梯級反調節(jié)水電站優(yōu)化調度模式分析

張心娜

（黃河小浪底水資源投資有限公司，河南 鄭州450000）

0 小浪底水利樞紐概述

小浪底水利樞紐位于黃河干流中下游的最后一道峽谷處，河南省孟津縣境內，按照“以水定電”原則，受到黃河水利委員會和河南省電網(wǎng)的雙重調度，水調決定電調。

小浪底水利樞紐下設小浪底水力發(fā)電廠、西霞院反調節(jié)水電站。小浪底水力發(fā)電廠安裝6臺混流式水輪發(fā)電機組，設計庫容為126億m3，總裝機容量為6×300MW；西霞院反調節(jié)電站裝機4臺軸流轉槳式機組，設計庫容為1.6億m3，總裝機容量為4×35MW。西霞院反調節(jié)電站位于小浪底水力發(fā)電廠下游，距離16.5km。

1 電力市場的發(fā)展現(xiàn)狀

“電”能要求產、供、銷同時完成。計劃經(jīng)濟時代，我國電力市場沿襲著“發(fā)多少用多少”的生產模式。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電廠、電網(wǎng)的建設發(fā)展迅速。裝機容量從2003年的3.85億kW增長到2007年的7.13億kW，從2006年開始，我國連續(xù)兩年裝機容量增長超過了1億kW。2002年，國家電力公司深化改革，國家電力公司取消，新的發(fā)電集團華能、華電、國電、中電投、大唐誕生，河南省電力公司2004年、2005年裝機容量分別為2422.65萬kW和2880萬kW，在此之前，河南省一直是缺電省份，電力供應緊張。隨著河南省電力市場改革，省網(wǎng)裝機容量和負荷增長率大幅提升分別為24.91%和19.49%，2006年總裝機容量達到3511.5萬kW，僅2007年上半年省網(wǎng)裝機總容量就突破了3751萬kW。目前，河南電網(wǎng)已經(jīng)建成“兩縱四橫”500kV主網(wǎng)架，18個市城網(wǎng)全部實現(xiàn)220kVA環(huán)網(wǎng)供電，全省總裝機容量5057萬kW，其中統(tǒng)調裝機4715萬kW。2010年，河南全省發(fā)電量2284億kW·h，電力供應大大超過電力需求，發(fā)電企業(yè)經(jīng)常處于半發(fā)、停發(fā)狀態(tài)。

2 實施優(yōu)化調度的必要性

2004年，東北電網(wǎng)率先在網(wǎng)內實施競價上網(wǎng)，考慮到水力發(fā)電企業(yè)特點，水電企業(yè)并沒有參與競價上網(wǎng)。位于水電大省的川、渝電網(wǎng)華中電網(wǎng)，提高電網(wǎng)容量的同時，也改變了網(wǎng)內大中型水電所占比例，水電容量占電網(wǎng)總容量的38%。華中區(qū)域發(fā)電企業(yè)參與電力市場競爭已經(jīng)成為不可避免的趨勢。

河南省電力市場經(jīng)濟形成了新的電力市場格局，改革面臨兩個突出問題：①更好的滿足電力市場改革需求；②河南省電力供應遠遠超過了電力需求。許多發(fā)電企業(yè)由于競爭能力弱化，面臨著盈利困難的問題，小浪底水利樞紐急需采取相應措施，優(yōu)化調度方式，提高自身市場競爭力。

進行小浪底樞紐優(yōu)化調度，有效利用西霞院反調節(jié)電站庫容，保障樞紐綜合利用，提高水能利用率，為電網(wǎng)提供高品質電能，提高市場經(jīng)濟條件下，小浪底水利樞紐的市場競爭力，增加發(fā)電效益和調峰容量動態(tài)效益十分必要。

3 優(yōu)化調度的設想

小浪底水利樞紐優(yōu)化調度模式分析，應結合小浪底水利樞紐運行工況解決好下面3個問題。

3.1 專業(yè)人員配置合理、職責明確

在保證樞紐運行安全的前提下，確保發(fā)電效益最大化，做好樞紐優(yōu)化調度模式分析。優(yōu)化調度是實現(xiàn)經(jīng)濟運行的必要手段，針對市場營銷和優(yōu)化調度的關系，形成相關專業(yè)結構、工作高效、功能先進的調度系統(tǒng)是樞紐調度部門的核心工作。樞紐的經(jīng)濟運行涉及到機組調度、水庫調度運行、泥沙含量分析、國家政策、法律法規(guī)、市場營銷等不同專業(yè)。生產運行人員在掌握機組運行知識的基礎上，還需盡快了解、掌握國家水力政策法律法規(guī)、做好優(yōu)化調度以及電力市場營銷。

3.2 優(yōu)化調度管理系統(tǒng)

小浪底水利樞紐受到黃河水利委員會的水量調度和河南省電力公司的電量調度，水量調度決定電量調度。按照“以水定電”原則，實現(xiàn)兩庫的優(yōu)化調度和機組的經(jīng)濟運行，需要優(yōu)化樞紐調度管理系統(tǒng)（圖1），開展樞紐經(jīng)濟運行涉及到眾多數(shù)據(jù)的研究、分析。

圖1 調度運行管理系統(tǒng)

調度運行管理系統(tǒng)應具備以下功能：

3.2.1 基礎數(shù)據(jù)的分析

經(jīng)過系統(tǒng)在線分析，在終端顯示以下內容：電力系統(tǒng)的負荷（包括日負荷、月負荷、年負荷）、水庫的水情（包括歷史水情、當日水情、水庫運行工況要求）以及機組的出力（包括日內計劃出力、實際出力、最優(yōu)出力）等運行數(shù)據(jù)。

3.2.2 信息平臺、資源共享

市場經(jīng)濟條件下，市場競爭要求發(fā)電企業(yè)管理高度集中、規(guī)范、科學。按水力發(fā)電規(guī)律，建立信息平臺，數(shù)據(jù)共享，準確地收集、處理和反饋信息。

小浪底水力發(fā)電廠、西霞院反調節(jié)電站已建立了辦公自動化系統(tǒng)，將該系統(tǒng)升級，實施智慧小浪底管理，做到信息共享、資源共享，實現(xiàn)管理工作的科學化、現(xiàn)代化、規(guī)范化、高效化。

3.2.3 開展研究分析，掌握樞紐最佳運行工況

樞紐的優(yōu)化調度以“提高水能利用率、爭取最大發(fā)電效益”為目標，合理利用峰谷差價是實現(xiàn)該目標最直接有效地辦法，掌握樞紐的最佳運行工況，施行精細化調度。

（1）提高設備完好率及可用率。提高設備巡視、檢查、維護質量，加大改造力度，確保設備完好率及可用率，做到設備即啟即用，多發(fā)優(yōu)質電能，增加上網(wǎng)電量，避免因設備健康水平影響市場競爭能力。

（2）合理利用峰谷差價?！逗幽鲜“l(fā)展計劃委員會關于實行峰谷分時電價的通知》規(guī)定峰、谷時段的電價系數(shù)分別是1.335、0.55，小浪底水力樞紐發(fā)電基礎電價為0.317元/kW·h，在額定運行工況下，谷時段向峰時段和平時段每爭取1萬kW·h的發(fā)電量，增收發(fā)電效益為0.1957萬元。

（3）科學分配出力?？茖W分配機組出力提高機組效率和水能利用率?？刂莆飨荚悍凑{節(jié)庫水位133.5m，下泄流量400m3/s時，安排單機帶3.5萬kW運行，水輪機組發(fā)電效率達到93%左右，發(fā)電流量約為324m3/s，多余的76m3/s流量已不具備開機條件，造成棄水；如果安排開2臺機組，每臺水輪發(fā)電機都帶2.2萬kW運行，單機效率可達94%左右，平均每臺機組發(fā)電流量為200m3/s。避免棄水的同時，增加發(fā)電出力約0.9萬kW，發(fā)電效率提高1%，多增加發(fā)電效益約6萬元/d。

（4）控制機組高水頭運行。西霞院反調節(jié)庫水位提升可以提高西霞院反調節(jié)水電站水輪發(fā)電機組的效率，但是過高就會降低小浪底水力發(fā)電廠的發(fā)電水頭，降低小浪底水力發(fā)電機組的發(fā)電效率?？刂莆飨荚悍凑{節(jié)水電站庫水位在133.5～134m，既保證了小浪底水力發(fā)電機組和西霞院反調節(jié)水電站發(fā)電機組的高效率發(fā)電，又為小浪底機組水力發(fā)電廠留有約0.1105億m3的調峰庫容。額定工況下，控制西霞院反調節(jié)水電站水輪發(fā)電機組發(fā)電水頭在11～13m，發(fā)電水頭以11m為基數(shù)，每增加1m，單臺機組發(fā)電出力可以增加0.2萬kW，增收效益約1.44萬元/d·臺；小浪底水力發(fā)電廠發(fā)電機組每增加1m發(fā)電水頭，單機增加出力6.7萬kW，增收效益約2.0萬元/d·臺。

（5）優(yōu)化機組開停組合。小浪底水力發(fā)電廠每2臺發(fā)電機組機共用一條尾水洞。在額定工況下同時開共用1條尾水洞的2臺機組，發(fā)電尾水位升高約2.1m，等于同樣運行工況下17m3/s發(fā)電流量損失。下泄流量小于900m3/s，優(yōu)化開機組合，在相同的運行工況下，可多發(fā)電約13.4萬kW·h/d，增收發(fā)電效益約4.0萬元/d·臺。

（6）精準預報優(yōu)化調度。上游來水是制約水力發(fā)電的瓶頸，通過建立調度管理系統(tǒng)，及時、準確掌握未來某段時間的降雨、上游來水預報，以及河南省電網(wǎng)次日或者未來某時段的負荷預測，根據(jù)水調部門的水調指令及電力調度部門發(fā)電計劃，分析確定小浪底水利樞紐小浪底水力發(fā)電廠-西霞院反調節(jié)電站水輪發(fā)電機組的綜合運行方式，確保機組高效、靈活運行。

4 結束語

價格策略的3大中心是：成本、需求和競爭，實現(xiàn)小浪底水利樞紐優(yōu)化調度、經(jīng)濟運行，可以降低價格成本，提高市場競爭力。實踐證明，小浪底水利樞紐梯級反調節(jié)電站優(yōu)化調度方式的分析是必要的，該優(yōu)化調度模式也是可行的。