水電企業(yè)經(jīng)濟(jì)運行管控模式探討與實踐

陳 媛，寇立夯，李永利

(1.國家能源集團(tuán)大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041；2.國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100034)

截至2017年底，國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司(以下簡稱集團(tuán)公司)擁有水電共18 498.9 MW，其中300 MW以上大型水電站僅11座，50 MW以下小型電站169座，中小水電比重大；季調(diào)節(jié)及以上性能水電站30座，日調(diào)節(jié)及徑流式水電站數(shù)量多；且有11條流域形成梯級聯(lián)合調(diào)度模式。面對這種中小水電占比大，調(diào)節(jié)性能差異性大，單站與流域梯級并存的復(fù)雜局面，集團(tuán)公司經(jīng)濟(jì)運行考核評價難度較大。因此，集團(tuán)公司一直致力于尋找能夠全面綜合考慮各電站特性的經(jīng)濟(jì)運行指標(biāo)，實現(xiàn)所有電站、下屬單位統(tǒng)一考核評價的標(biāo)準(zhǔn)體系。

本文理清不同類型水電站管理思路，基于棄水分類標(biāo)準(zhǔn)，提出一個全新的綜合考評指標(biāo)，完成水電站日常運行情況的統(tǒng)一監(jiān)督、評價，直接剖析運行管理不足，實現(xiàn)了對所有水電站、水電企業(yè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理和閉環(huán)管理。

1 管控目標(biāo)

水電經(jīng)濟(jì)運行管控，是指通過挖掘水電站設(shè)備、建筑物和水庫潛力，合理編制和實施水電站的運行方式，充分利用水能資源、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的管理活動[1-2]。集團(tuán)公司在經(jīng)濟(jì)運行管控過程中主要擔(dān)任監(jiān)督、評價以及技術(shù)指導(dǎo)職責(zé)，明確在保證安全的基礎(chǔ)上以企業(yè)效益最大化為根本目標(biāo)，根據(jù)來水、市場做好廠內(nèi)廠間經(jīng)濟(jì)運行，提高水能利用率的總體管控目標(biāo)[3]。

結(jié)合水電站調(diào)節(jié)能力、市場環(huán)境等特點，集團(tuán)公司針對性地提出經(jīng)濟(jì)運行管控要點。季調(diào)節(jié)以下水電站應(yīng)結(jié)合中短期來水預(yù)報降低發(fā)電水耗；年、季調(diào)節(jié)水電站應(yīng)結(jié)合中長期來水預(yù)報，尋求平枯期降水耗、汛前消落、汛中搶發(fā)、汛末蓄滿的最優(yōu)水庫調(diào)度方案；多年調(diào)節(jié)水電站應(yīng)結(jié)合年度年際來水預(yù)報，科學(xué)制定年際間調(diào)度策略，合理控制水位，杜絕棄水[4]；流域梯級水電站應(yīng)以流域效益最大化作為統(tǒng)一調(diào)度的根本目標(biāo)，同步開展廠間與廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運行[5-6]。非限電地區(qū)水電站應(yīng)以提高水能利用率為根本目標(biāo)；限電地區(qū)水電站應(yīng)以減少調(diào)度棄水損失為主要目標(biāo)，季調(diào)節(jié)及以上水電站的調(diào)度方案制定應(yīng)充分考慮所在地區(qū)電力市場環(huán)境。

2 水電經(jīng)濟(jì)運行評價體系

2.1 傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行評價體系

長期以來，影響水電站經(jīng)濟(jì)運行的因素概括起來分為內(nèi)因和外因兩大類[7]，很多學(xué)者和單位在評價方法研究、考核體系建設(shè)等方面做了大量研究[8-10]，但是歸結(jié)到量化指標(biāo)仍主要以耗水率和水量利用率為主：耗水率越低越好[11]，水量利用率越高越好[12]。實際運行過程中往往存在矛盾：若降低耗水率，則需要高水位運行，導(dǎo)致調(diào)節(jié)庫容減小，棄水風(fēng)險增大，水量利用率降低，反之亦然。因此從集團(tuán)公司角度出發(fā)，全面反映各類型電站經(jīng)濟(jì)運行重點、平衡兩個指標(biāo)，形成一個同一標(biāo)準(zhǔn)、面面俱到的評價體系是亟待解決的。

2.2 集團(tuán)經(jīng)濟(jì)運行考評體系

在傳統(tǒng)評價體系的基礎(chǔ)上，集團(tuán)公司提出了新指標(biāo)“考核利用小時差異率(以下簡稱差異率)”[13]，智慧解決了耗水率最優(yōu)與水量利用率最大化的平衡問題，建立經(jīng)濟(jì)運行分析系統(tǒng)。集團(tuán)公司通過該系統(tǒng)，反向核算電站運行實況，結(jié)合調(diào)度棄水、泄洪棄水等棄水分類細(xì)化，精細(xì)化理清經(jīng)濟(jì)運行影響因素，反饋子分公司以此指導(dǎo)后續(xù)經(jīng)濟(jì)運行工作。

2.2.1 考核利用小時差異率指標(biāo)

差異率是度量電站實發(fā)與應(yīng)發(fā)電量差異情況，理論利用小時應(yīng)扣除經(jīng)集團(tuán)認(rèn)定的區(qū)域平均限電損失利用小時，計算公式如下：

(1)

式中：α為差異率；h為理論利用小時，等于理論電量除以平均裝機容量；hsw為區(qū)域平均限電損失利用小時(指電網(wǎng)原因)；hr為實際利用小時。

2.2.2 理論電量計算方式

理論電量指水電站有效來水(天然來水扣除未經(jīng)發(fā)電直接從水庫引走的供水、灌溉、生態(tài)等水量)按集團(tuán)認(rèn)定的水庫調(diào)度方案、耗水率等基本參數(shù)，計算的應(yīng)發(fā)電量。針對不同類型水電站管控重點的不同，集團(tuán)公司將理論電量計算模型分為“季調(diào)節(jié)以下”、“年季調(diào)節(jié)”和“多年調(diào)節(jié)”三種類型。

1)季調(diào)節(jié)以下水電站

考察重點：優(yōu)化水位及發(fā)電效率，降低發(fā)電水耗。

計算思路：這類電站采取定水頭定耗水率方式計算，耗水率取歷史最優(yōu)值。根據(jù)逐日有效出庫水量和裝機容量，計算最大發(fā)電能力。

2)季調(diào)節(jié)及以上、多年調(diào)節(jié)以下電站

考察重點：調(diào)度方案執(zhí)行是否到位，經(jīng)濟(jì)調(diào)度靈活性及管控水平。

計算思路：這類電站采取變水頭方式計算，按照經(jīng)集團(tuán)認(rèn)定的水庫水位控制計劃，取有效出庫水量(有效入庫水量扣除庫容變化量)除以耗水率(當(dāng)日水頭對應(yīng)耗水率)所得電量與當(dāng)日水頭下最大發(fā)電能力中的最小值為當(dāng)日發(fā)電量。若計入最大發(fā)電能力后仍存在棄水風(fēng)險，優(yōu)先考慮按照水位上限留存水量。時段理論發(fā)電量還應(yīng)考慮時段初、末實際水位與控制計劃不一致而導(dǎo)致的庫容差電量。

3)多年調(diào)節(jié)電站

考察重點：是否通過年際間科學(xué)調(diào)度，合理控制水位，降低發(fā)電耗水率，要求杜絕棄水。

計算思路：這類電站選用固定耗水率(一般取50%調(diào)節(jié)庫容對應(yīng)水位下的耗水率)計算理論電量。此處不扣除防洪棄水。

2.2.3 差異率主要影響因素

影響差異率的主要因素仍是耗水率和水量利用率。不棄水時期，在發(fā)電用水量一定時，降低發(fā)電耗水率，可提高發(fā)電量；汛期可能棄水期間，通過洪水過程管控(洪前騰庫、尾洪攔蓄)[14]，充分利用可調(diào)庫容增加發(fā)電水量。實際運行過程中，可以通過抬高水頭(抬高上游水位、降低下游水位)和優(yōu)化機組負(fù)荷分配方式(減少空載和低效率運行)等方式來降低耗水率[15]；而調(diào)節(jié)性水庫在提高水量利用率方面可以發(fā)揮較大優(yōu)勢。

2.2.4 棄水認(rèn)定

在經(jīng)濟(jì)運行考評體系中，電站出庫水量根據(jù)其下泄方式、用途可細(xì)化為發(fā)電用水、生態(tài)及灌溉用水、泄洪棄水、調(diào)度棄水、檢修棄水五類。其中生態(tài)及灌溉用水是指用于保持生態(tài)流量或者滿足下游灌溉、供水等通過非機組渠道下泄的水量，不計入有效來水；檢修棄水是指因站內(nèi)設(shè)備檢修而導(dǎo)致無法達(dá)到最大出力時的棄水量，反映了設(shè)備檢修時間安排不妥等主觀管理因素，全部計入有效來水；調(diào)度棄水是指電站在電網(wǎng)線路檢修、線路斷面送出有限或區(qū)域消納有限等外部客觀因素下未達(dá)到最大出力時的棄水量，全部計入有效來水，但評價中可根據(jù)電站所在區(qū)域平均限電情況對部分調(diào)度棄水損失進(jìn)行認(rèn)定；泄洪棄水是指超過電站滿發(fā)或調(diào)節(jié)能力時下泄的水量，其量的多少與電站運行方式密切相關(guān)，因此按照表1進(jìn)行調(diào)增。

表1 集團(tuán)泄洪棄水損失電量調(diào)增標(biāo)準(zhǔn)表

2.2.5 評價標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)認(rèn)定理論利用小時為最優(yōu)運行成果，實際利用小時與理論利用小時越接近，差異率越小，說明運行過程越經(jīng)濟(jì)高效。對差異率指標(biāo)進(jìn)行分級評價，共分為五個等級：五星(α≤3%)說明科學(xué)高效開展經(jīng)濟(jì)運行管控，成效顯著；四星(3%<α≤8%)說明科學(xué)開展經(jīng)濟(jì)運行管控，達(dá)到預(yù)期成效；三星(8%<α≤15%)說明合理開展經(jīng)濟(jì)運行管控，基本達(dá)到預(yù)期成效；二星(15%<α≤25%)說明經(jīng)濟(jì)運行管控成效一般；一星(α≥25%)說明經(jīng)濟(jì)運行管控成效較差(見表2)。

表2 集團(tuán)考核利用小時完成差異率評價標(biāo)準(zhǔn)表

3 應(yīng)用示例

3.1 多年調(diào)節(jié)性水電站

以吉林臺一級水電站為例，電站位于新疆伊犁州喀什河，為不完全多年調(diào)節(jié)性水庫，年徑流量36.9億m3，裝機容量500 MW。2016、2017年電站差異率分別為8.79%和4.08%，分別對應(yīng)三星和四星，2016年汛期因區(qū)域限電產(chǎn)生調(diào)度棄水損失，按照區(qū)域平均限電水平調(diào)整利用小時數(shù)，調(diào)整后差異率為-1.62%，認(rèn)定為五星(見圖1)。

圖1 吉林臺一級水電站2016年和2017年運行情況圖

2016年經(jīng)濟(jì)運行亮點：①利用5-11、6-17兩場洪水快速回蓄至正常蓄水位；②充分利用汛前消落庫容攔蓄洪水，提高水量利用率。不足：年初水位較低，若預(yù)報失誤，來水偏枯將導(dǎo)致后期持續(xù)低水位風(fēng)險增大。

2017年經(jīng)濟(jì)運行亮點：①應(yīng)對來水偏枯，主動減少汛前消落程度，較2016年汛前水位高7.7 m；②6月利用來水增加的機會快速回蓄。不足：①1～2月份因發(fā)電負(fù)荷安排稍差，導(dǎo)致耗水率偏高；②9～10月加大發(fā)電導(dǎo)致水位快速降低，縮短了維持高水位運行的時間；③年末水位控制偏低(見表3)。

2016、2017年屬于典型的豐水年和平水年，差異率反映出：對于多年調(diào)節(jié)性電站來說，提高水量利用率是豐水年經(jīng)濟(jì)運行的關(guān)鍵，而平水和枯水年的運行重點應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)橐越档秃乃蕿橹鳌?/p>

表3 吉林臺一級水電站經(jīng)濟(jì)運行指標(biāo)對比表

3.2 季調(diào)節(jié)性水電站

以萬安水電站為例，電站位于江西省萬安縣贛江中游，為季調(diào)節(jié)性水庫，年徑流量297億m3，裝機容量533 MkW。2016、2017年電站差異率分別為-0.76%和-0.69%，均為五星(見圖2)。

圖2 萬安水電站2016年和2017年運行情況圖

2016、2017年經(jīng)濟(jì)運行亮點：①實際水位與控制計劃基本一致，說明來水預(yù)測和水位控制計劃制定較成功；②平枯期持續(xù)高水位運行，有效降低耗水率；③多場洪水調(diào)度工作到位，有效提高了水量利用率；④2016年3月利用中小洪水快速回蓄消落、搶發(fā)電量，2017年3月持續(xù)高水位運行、降低水耗；⑤6月快速回蓄。不足：①2017年10～11月來水偏枯，水位持續(xù)偏低、水耗偏大；②2年實際年均水耗均低于計劃，說明水庫調(diào)度方案仍有優(yōu)化空間。

2016、2017年屬于典型的豐水年和平水年，差異率反映出：對于季調(diào)節(jié)性電站來說，提高水量利用率和降低耗水率都是重點。2017年差異率指標(biāo)略差于2016年，一個主要原因是設(shè)定的2017年目標(biāo)高于2016年，比如：①汛前集中消落：將3月均勻消落8 m調(diào)整為枯水期均勻消落2.2 m后5 d內(nèi)快速消落4.8 m；②汛末集中回蓄：將6月均勻回蓄7.5 m調(diào)整為月底10 d內(nèi)快速回蓄7 m。若以同一標(biāo)準(zhǔn)，2017年差異率指標(biāo)將優(yōu)于2016年4.37%(見表4)。

表4 萬安水電站經(jīng)濟(jì)運行指標(biāo)對比表

3.3 徑流式水電站

以多布水電站為例，電站位于西藏林芝市尼洋河流域，為日調(diào)節(jié)性水庫，年徑流量152億m3，裝機容量120 MW。2016、2017年電站差異率分別為29.69%和29.97%，按照西藏地區(qū)平均限電水平調(diào)整利用小時數(shù)，調(diào)整后差異率分別為4.43%和4.62%，均為四星(見圖3)。

2016年經(jīng)濟(jì)運行亮點：平枯期耗水率控制較優(yōu)，11～12月耗水率明顯優(yōu)于目標(biāo)值。不足：5～10月水位持續(xù)低于死水位，耗水率大幅偏高。2017年經(jīng)濟(jì)運行亮點：較2016年，水量利用率提高4.76%，耗水率降低2.43%。不足：11～12月耗水率明顯較2016年偏高。

2016、2017年都屬于平水年，2017年略偏枯10%左右，差異率反映出：對于徑流式電站來說，由于可調(diào)庫容有限，水量利用率提高有限，降低水耗是控制經(jīng)濟(jì)運行的重要手段。2016年運行情況反映出最優(yōu)耗水率存在較大調(diào)節(jié)空間，依據(jù)11～12月實際耗水率調(diào)節(jié)2017年最優(yōu)耗水率目標(biāo)為分段水耗(平枯期16.6 m3/kW·h、汛期19 m3/kW·h)，見表5。

圖3 多布水電站2016年和2017年運行情況圖

表5 多布水電站經(jīng)濟(jì)運行指標(biāo)對比表

3.4 水電企業(yè)

差異率是集團(tuán)公司評價三級單位經(jīng)濟(jì)運行的重要指標(biāo)，2017年，集團(tuán)公司三級單位五星占比同比增長14.66%，四星占比同比增長1.75%，二星和一星單位占比下降為0，各單位水庫調(diào)度、經(jīng)濟(jì)運行工作成效不斷提升(見表6)。

表6 集團(tuán)公司三級單位經(jīng)濟(jì)運行情況評價統(tǒng)計表

4 結(jié) 語

本文理清了不同類型水電站管控重點，綜合考慮了限電與非限電地區(qū)市場環(huán)境帶來的水電運行差異性，創(chuàng)新提出經(jīng)濟(jì)運行考核指標(biāo)差異率，實現(xiàn)了所有水電站、所有水電企業(yè)在同一標(biāo)準(zhǔn)下的經(jīng)濟(jì)運行評價。該評價體系作為國家能源集團(tuán)對三級水電企業(yè)考評的主要方式，已完整試用2年。在該體系的指導(dǎo)下，各企業(yè)經(jīng)濟(jì)運行水平大幅提高，總體上成效顯著。

同時，隨著實際應(yīng)用的開展，也暴露出該評價指標(biāo)存在的問題。后續(xù)工作中應(yīng)在以下方面持續(xù)改進(jìn)。

1)差異率建立的基礎(chǔ)是追求發(fā)電量最大化，沒有考慮電價的影響。對于針對存在豐枯電價的地區(qū)，以及流域梯級電站(各電站電價不一致)，需要進(jìn)一步考慮電價對調(diào)度策略的影響。

2)現(xiàn)有評價體系主要以單站為主，后續(xù)需要進(jìn)一步開展流域梯級聯(lián)合調(diào)度評價體系。

3)季調(diào)節(jié)及以上、多年調(diào)節(jié)以下電站差異率指標(biāo)與年初制定的水庫調(diào)度方案密切相關(guān)，而水庫調(diào)度方案又是基于來水預(yù)測開展，在目前年度來水預(yù)測準(zhǔn)確度不高的情況，極有可能出現(xiàn)實際調(diào)度過程與年度預(yù)測過程偏差極大的情況，因此建議下一步開展水庫調(diào)度方案滾動測算及評價。