梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的探討

【摘要】梯級(jí)水電站的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，能夠充分利用水資源，發(fā)揮各梯級(jí)水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能和補(bǔ)償作用，降低發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行成本，使經(jīng)濟(jì)效益最大化。本文論述了梯級(jí)水電站水能資源的利用、實(shí)施聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的優(yōu)勢(shì)及具體實(shí)施的必要條件，并就清江梯級(jí)水電站實(shí)施聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度情況進(jìn)行了總結(jié)分析，最后提出了梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度還有待改進(jìn)的地方。

【關(guān)鍵詞】梯級(jí)水電站；聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度；水能資源；經(jīng)濟(jì)效益；改進(jìn)

1、前言

梯級(jí)水電站是指同一條河流上的若干個(gè)水電站以串聯(lián)的形式所構(gòu)成的水電站群，這些水電站不但有電力聯(lián)系，而且還有水力和水量方面的聯(lián)系。[1]若各梯級(jí)水電站單獨(dú)運(yùn)行，不從流域整體出發(fā)考慮，會(huì)使梯級(jí)水電站整體水能利用率較低，[2]還會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)特別是無(wú)調(diào)節(jié)能力的水庫(kù)產(chǎn)生棄水，造成大量棄水電量，經(jīng)濟(jì)效益低下。而梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行就是統(tǒng)籌考慮梯級(jí)各電站水庫(kù)水文徑流特性、調(diào)節(jié)性能，以及各電站之間存在的水文、電力上的聯(lián)系，充分發(fā)揮相互之間的補(bǔ)償作用，最大程度的利用水資源。因此實(shí)施聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度對(duì)梯級(jí)水電站優(yōu)化運(yùn)行管理、安全防洪度汛、提高發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益和綜合利用效益至關(guān)重要。

2、梯級(jí)水電站水能資源的利用

水能是一種可以再生的能源，利用水能發(fā)電成本低、效益高，可持續(xù)性強(qiáng)。

水電站水力發(fā)電就是利用大壩匯集水量、集中水頭使水庫(kù)上下游產(chǎn)生水位差，形成水能，然后通過(guò)引水管道和蝸殼等引水部件將水能輸送到水輪機(jī)使其旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而將水能先轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能。

水電站發(fā)電能力的大小主要取決于水頭（即水庫(kù)水位）和水量，特別是在梯級(jí)水電站中，這種聯(lián)系更加明顯。下游水電站發(fā)電水量主要取決于上游水電站的下泄水量（還包括區(qū)間流量），因此下游水電站的發(fā)電量受上游水電站發(fā)電量的影響。另一方面，梯級(jí)水電站還存在水頭上的聯(lián)系，若下游水電站庫(kù)水位過(guò)高，抬高了上游水電站的尾水，則會(huì)降低上游水電站的發(fā)電水頭，減少發(fā)電量；[2]若上游水電站發(fā)電不合理，導(dǎo)致下游水電站庫(kù)水位過(guò)低，發(fā)電水頭偏低，則會(huì)降低下游水電站的發(fā)電效益。因此在梯級(jí)水電站中，從流域整體出發(fā)，使水頭、水量充分利用和重復(fù)利用顯得非常重要。

3、實(shí)施梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的優(yōu)勢(shì)

（1）提高流域水能資源利用率

實(shí)施流域梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，通過(guò)制定長(zhǎng)期的水庫(kù)調(diào)度策略，可以發(fā)揮具有年調(diào)節(jié)性能或多年調(diào)節(jié)性能水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，對(duì)調(diào)節(jié)性能較差的水庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)償，在流域梯級(jí)各水電站防洪和發(fā)電統(tǒng)一考慮下，提高梯級(jí)水能資源的利用率，使流域徑流得到充分利用。

（2）提高梯級(jí)水電站發(fā)電綜合效益

實(shí)施流域梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，根據(jù)梯級(jí)各水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能、各電站的裝機(jī)容量和機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行情況，通過(guò)合理分配梯級(jí)各電站間的發(fā)電計(jì)劃，確定不同時(shí)期各水庫(kù)的蓄放水次序，發(fā)揮電力補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用，可以提高梯級(jí)水電站的發(fā)電引用水頭，使梯級(jí)水電站的發(fā)電能力（尤其是枯水期）得到大幅度的提高。同時(shí)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行還可以進(jìn)一步優(yōu)化梯級(jí)水電站機(jī)組的運(yùn)行方式，改善機(jī)組運(yùn)行工況，聯(lián)合躲避機(jī)組振動(dòng)區(qū)，減少單機(jī)在系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水電站發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。

（3）有利于安全防洪度汛

根據(jù)流域的水文氣象特性，流域降雨在時(shí)間和空間分布上存在差異，實(shí)施梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行，利用梯級(jí)各水庫(kù)調(diào)節(jié)性能的不同，充分發(fā)揮大型龍頭水庫(kù)的調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)水庫(kù)之間的削峰、錯(cuò)峰可以提高梯級(jí)各電站的整體防洪能力，有利于安全度汛。

（4）提高工作效率

眾多河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)使得梯級(jí)水電站數(shù)目多，將加重電網(wǎng)調(diào)度部門對(duì)水電站的調(diào)度工作任務(wù)。若成立梯級(jí)調(diào)度中心或集控中心來(lái)實(shí)施梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，可以讓電網(wǎng)調(diào)度部門不必去面對(duì)眾多的水電站，直接與梯級(jí)調(diào)度中心或集控中心進(jìn)行業(yè)務(wù)聯(lián)系，減少工作面，使相互之間的生產(chǎn)信息交換、調(diào)度管理更加方便和有效，也便于梯級(jí)發(fā)電企業(yè)對(duì)各水電站的生產(chǎn)管理，提高工作效率。

4、實(shí)施梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的條件

梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度作為一種高效率的先進(jìn)管理模式，有上述如此多的優(yōu)勢(shì)，一經(jīng)提出便受到了全國(guó)各流域發(fā)電企業(yè)的青睞，紛紛探索實(shí)施，總結(jié)起來(lái)，具體實(shí)施需要具備如下一些條件：一是為了方便梯級(jí)水電站的統(tǒng)一調(diào)度管理，發(fā)電企業(yè)需要得到公司內(nèi)部以及上級(jí)電網(wǎng)公司的支持，成立梯級(jí)調(diào)度中心或集控中心；二是必須要建立一套完善的自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)來(lái)提供技術(shù)支撐，包括自動(dòng)發(fā)電控制監(jiān)控系統(tǒng)、水情遙測(cè)系統(tǒng)、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等；三是需要培養(yǎng)梯級(jí)發(fā)電調(diào)度運(yùn)行、水情水庫(kù)調(diào)度作業(yè)、設(shè)備系統(tǒng)維護(hù)等相關(guān)專業(yè)的人才隊(duì)伍。

5、清江梯級(jí)水電站實(shí)施聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度情況

清江梯級(jí)水電站包括水布埡、隔河巖、高壩洲三座水電站，其中水布埡是多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，隔河巖是年調(diào)節(jié)水庫(kù)，兩座電站機(jī)組性能優(yōu)越，開(kāi)停及負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，是華中電網(wǎng)骨干調(diào)峰調(diào)頻電站；高壩洲是日調(diào)節(jié)水庫(kù)，作為上一級(jí)隔河巖的反調(diào)節(jié)水庫(kù)。

清江公司作為清江梯級(jí)水電站的業(yè)主，自開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)管理以來(lái)，一直重視梯級(jí)水電站的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，并不斷探索創(chuàng)新運(yùn)行管理模式，早在1999年便成立了全國(guó)第一家流域性調(diào)度管理機(jī)構(gòu)——清江梯調(diào)管理中心，主要負(fù)責(zé)梯級(jí)三座電站機(jī)組的集中控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行以及梯級(jí)水庫(kù)的防洪和優(yōu)化調(diào)度。清江梯調(diào)管理中心通過(guò)中長(zhǎng)期氣象水文預(yù)報(bào)，制定年度水庫(kù)調(diào)度方案、汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃，并結(jié)合梯級(jí)電站機(jī)組設(shè)備運(yùn)行情況，合理安排三座電站日發(fā)電計(jì)劃和機(jī)組運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各水庫(kù)的水量平衡，來(lái)充分發(fā)揮水頭效應(yīng)，重復(fù)利用庫(kù)容水量，在梯級(jí)電站發(fā)電和防洪方面取得了巨大的成績(jī)。特別是從2013年實(shí)施水電聯(lián)合調(diào)度以來(lái)，密切了水和電的聯(lián)系，加快了水和電的響應(yīng)速度，更是收獲了輝煌的成績(jī)。2014年9月的秋汛，在氣象預(yù)報(bào)降雨不大的情況下，通過(guò)水電聯(lián)調(diào)的快速響應(yīng)機(jī)制，化被動(dòng)為主動(dòng)，科學(xué)調(diào)度，充分發(fā)揮梯級(jí)電站的發(fā)電能力來(lái)消納洪水，最終實(shí)現(xiàn)了零棄水的目標(biāo)，并創(chuàng)造了多項(xiàng)發(fā)電記錄；在2017年10月，流域突發(fā)多輪強(qiáng)降雨，通過(guò)制定合理的洪水調(diào)度方案以及發(fā)揮水電聯(lián)調(diào)的優(yōu)勢(shì)，最終成功實(shí)現(xiàn)流域安全防汛和洪水資源的充分利用，年度發(fā)電量首次突破了百億千瓦時(shí)。另外清江梯調(diào)中心通過(guò)近二十年的不斷探索梯級(jí)水電站的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度以及實(shí)施水電聯(lián)調(diào)，積累了豐富的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，并培養(yǎng)了一批既懂水又懂電的梯級(jí)調(diào)度人才。

6、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)施梯級(jí)水電站的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，能夠充分利用流域水能資源，降低梯級(jí)水電站的生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益和綜合效益。符合建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求，符合創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享的發(fā)展理念。但是在實(shí)際的運(yùn)行中，還依然存在一些問(wèn)題，比如水文氣象預(yù)報(bào)不準(zhǔn)、流域中不同發(fā)電企業(yè)的水電站的信息資源共享不夠、所需自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)繁多且接口不一致等問(wèn)題，需要在今后的探索實(shí)施中進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.中央廣播電視大學(xué)出版社，陳德新，2004年8月

[2]流域梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行.中國(guó)電力出版社，馬光文、劉金煥、李菊根編，2008年4月