淺談優(yōu)化調(diào)度對提高水電站經(jīng)濟效益的影響

傅守權(quán)，艾 亮

(遼寧省柴河水庫管理局，遼寧鐵嶺 112000)

水庫效益發(fā)揮得好壞關(guān)鍵在于水庫運行調(diào)度是否科學、合理。通常水庫實際運行的情況和設(shè)計相差甚遠。比如:柴河水庫電站設(shè)計年發(fā)電量1600萬kW·h，而實際多年平均發(fā)電量為900萬kW·h，實際僅為設(shè)計值的56%。分析其原因，主要是規(guī)劃設(shè)計時的調(diào)節(jié)計算方法較理想化，要求嚴格按照調(diào)度圖運行，而實際很難辦到。其次，柴河水庫是以防洪灌溉為主的水利工程設(shè)施，防洪限制水位使得電站在汛期處于低水頭運行，而灌溉期所需的流量加大，又需要開啟泄洪洞集中供水灌溉，既不能保證有效利用水能發(fā)電，又增加了發(fā)電的沿途水頭損失，致使多年平均發(fā)電量和裝機利用小時數(shù)減少。此外，天然徑流總量及其分布變化也是原因之一。

不難看出，上述各種損失的因素不可能完全消除，故損失的經(jīng)濟效益亦不可能完全彌補。但是采取一些非工程措施，如實施優(yōu)化調(diào)度，可以明顯提高水能資源利用率，獲得顯著的經(jīng)濟與社會效益。

1 柴河水庫工程及水文特性

柴河是遼河左側(cè)較大支流，發(fā)源于清原北樂山岔，河長143km，流域多年平均降雨量737mm，多年平均徑流量3.73億m3。

1.1 工程特性

柴河水庫位于鐵嶺市城區(qū)東12km，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合養(yǎng)魚、發(fā)電及工業(yè)城市生活用水的大 (2)型水利樞紐工程，水庫控制面積1355km2，占流域總面積的90%以上。水庫按百年一遇洪水設(shè)計、可能最大洪水校核，總庫容6.36億m3，調(diào)洪庫容3.52億m3，防洪庫容1.34億m3。

水庫由土壩、溢洪道、泄洪洞和水電站、工業(yè)引水口等工程組成。土壩為黏土心墻砂殼壩，壩長982m，壩高42.3m。泄洪洞出水口設(shè)弧形閘門一扇，設(shè)計最大泄量304m3/s;溢洪道設(shè)4孔10m×8m弧形閘門，設(shè)計最大泄量2950m3/s，

1.2 水文特性

柴河流域多年平均降水量737mm，年際和年內(nèi)降雨分配不均，場次降雨分布也不均。75%年降雨量集中在6～9月，尤其是集中在7、8月，其中又以7月中旬到8月中旬最為集中。

形成柴河流域暴雨的主要天氣系統(tǒng)有蒙古氣旋、臺風、高空槽、華北氣旋、低壓冷鋒等，其中以蒙古氣旋、華北氣旋影響次數(shù)最多。造成流域內(nèi)大洪水的暴雨多是幾個天氣系統(tǒng)連續(xù)出現(xiàn)，且維持較長時間的結(jié)果。

柴河流域的洪水均由暴雨產(chǎn)生。洪水特性主要受暴雨、下墊面及流域形狀等因素制約。柴河流域洪水與降雨一致，75%出現(xiàn)在7、8月，特別是7月下旬至8月中旬。與暴雨歷時短、雨量集中的特點相對應(yīng)，柴河流域洪水匯流速度快、陡漲陡落。1次洪水過程一般為5～7天，主峰多集中在1～3天。

柴河流域內(nèi)設(shè)雨量站5個、水文站2個。其中柴河堡站 (入庫站)觀測降雨量、水位、流量，其余的觀測雨量、水位、流量、水溫、氣溫等。

上述雨量站和水文站既有自動測報系統(tǒng)，又有水文部門人工同時觀測設(shè)施，分別通過超短波、GPRS和電話傳輸雨情、水情信息，其分布見下圖。

柴河水庫流域圖

2 柴河水庫常規(guī)調(diào)度及優(yōu)化調(diào)度方案比較

柴河水庫有兩套調(diào)度方式:常規(guī)調(diào)度方式和防洪預(yù)報調(diào)度方式。1996年以前，常規(guī)調(diào)度方式是水庫唯一采用的調(diào)度方式。為解決防洪與興利的矛盾，緩解遼北地區(qū)水資源緊張問題，1996年省防總批準柴河水庫使用防洪預(yù)報調(diào)度方式。

2.1 常規(guī)調(diào)度方式

2.1.1 調(diào)度原則

當發(fā)生頻率為5%的洪水時，保證水庫下游石佛寺站的組合流量不超過5500m3/s、水庫上游最高水位不超過110.8m。

2.1.2 泄流方式

(1)庫水位在104.0～106.1m時，電廠、輸水道同時泄流，最大泄量265m3/s。

(2)庫水位在106.1～111.8m，且有錯峰要求時，電廠運行，輸水道全關(guān);無錯峰要求時，電廠、輸水道全開泄流，最大泄量283m3/s。

(3)庫水位在111.8～112.0m時，輸水道與兩孔溢洪道同時泄流。

(4)庫水位超過112m.0時，輸水道與4孔溢洪道同時泄流。

2.2 防洪預(yù)報調(diào)度方式

2.2.1 調(diào)度原則

(1)當發(fā)生頻率為20%的洪水時，保水庫下游攔河壩，下泄流量120m3/s。

(2)當發(fā)生頻率為5%的洪水時，保證水庫下游石佛寺站的組合流量不超過5500m3/s、水庫上游最高水位不超過110.8m。

2.2.2 泄流方式

起調(diào)水位105.20m。

Q入≥120，q=120+q電

(2)R≥R5年時，Z=108.10～110.80

有錯峰要求時，關(guān)閘，q=q電

無錯峰要求時，q=200+q電

(3)R≥R20年時，Z≥110.80，q=q洞+q2孔溢

(4)R≥R100年，Z≥112.00，q=q洞+q4孔溢

以上式中 R——凈雨量;

Q入——水庫入庫流量;

q電——電廠三臺機組全開時的下泄流量;

q——下泄流量;

q洞——輸水洞下泄流量;

q溢——溢洪道下泄流量;

Z——庫水位。

3 調(diào)度實例

3.1 降雨情況

2005年8月13日與2010年8月20日，柴河流域發(fā)生了兩次降雨分布及洪水特性十分接近的過程，但由于采用不同的調(diào)度方式，對水能綜合利用效果產(chǎn)生的差異很大 (見表1)。

表1 洪水過程情況比較

3.2 調(diào)度效果分析

由表1可見，兩次洪水過程十分接近，2005年比2010年偏大，但由于調(diào)度方式不同，兩個年度內(nèi)電站泄洪期發(fā)電量差別極大，現(xiàn)針對具體調(diào)度方式列表說明 (見表2)。

表2 不同調(diào)度方式機組出力比較

由表2對比可看出，2005年，為常規(guī)調(diào)度方式，以防洪限制水位為基本目標函數(shù)，按泄洪洞閘門全開方式最大泄量泄洪，由于電站進水口位于泄洪洞支洞，水頭沿程損失之后，發(fā)電機組出力只有額定出力30%，而在加大泄洪流量之后，河道防洪標準偏低造成河道水利工程嚴重損毀，為了在冰凍期之前搶修水毀工程，避免秋汛，在洪水過程結(jié)束之后，又加大泄量至9月6日，然后泄洪洞與水電站同時關(guān)閘蓄水，河道開始施工。因此，此次洪水棄水多，70%由泄洪洞泄掉，而電站既受約束于水頭損失，又受實際工作水頭影響，沒有有效利用水能。

2010年，在保證防洪要求情況下，采用防洪預(yù)報調(diào)度方案，在水位過高之后，采用集中時段大流量泄洪，根據(jù)天氣預(yù)報及水文預(yù)報，逐步提高上游水位等方式，沒有急于降低水庫水位，增加了發(fā)電站發(fā)電時間，提高了發(fā)電水頭，同時，在棄水過程中，通過最優(yōu)函數(shù)計算，使得泄洪流量滿足防洪要求的情境下，盡量減少發(fā)電水頭損失，使發(fā)電機組得到有效利用。正是多種優(yōu)化調(diào)度方案的聯(lián)合應(yīng)用，使得電站充分利用了此次洪水過程，上網(wǎng)銷售電量達到800萬kW·h，僅此一項就為水庫增創(chuàng)產(chǎn)值240萬元。

4 結(jié) 語

綜上所述，通過優(yōu)化調(diào)度提高水庫水能利用率是十分必要的，它不僅具有重要的理論意義，而且具有更大的經(jīng)濟價值。

［1］王本德.水庫模糊優(yōu)化調(diào)度［M］.大連:大連理工大學出版社，1990.

［2］李鈺心.水電站經(jīng)濟運行［M］.北京:中國電力出版社，2000