喜兒溝水電站弧門排漂孔封堵經(jīng)濟(jì)效益分析

黃萬(wàn)虎 沈順云 張續(xù)光

(華能甘肅水電開(kāi)發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730070)

1 概 況

喜兒溝水電站位于甘肅省舟曲縣境內(nèi)的白龍江干流上游，為徑流式水電站，水庫(kù)正常蓄水位1538.00m，校核洪水位1539.00m，死水位1536.00m，可調(diào)節(jié)庫(kù)容51萬(wàn)m3，額定水頭57.80m，設(shè)計(jì)引用流量141m3/s，電站裝有3臺(tái)混流式機(jī)組，總裝機(jī)容量72MW，年設(shè)計(jì)發(fā)電量2.85億kW·h，年設(shè)計(jì)利用小時(shí)3955h。

喜兒溝電站大壩設(shè)置3孔泄洪閘，布置在大壩中央，孔口尺寸為8m×14m(寬×高)，閘門均為弧形閘門，其中1號(hào)弧門頂部設(shè)置一道高0.5m、寬1.7m的排漂孔。近幾年，隨著國(guó)家環(huán)保要求不斷提高，電站運(yùn)行過(guò)程中垃圾不能隨意下排，排漂孔已失去原有作用。在原設(shè)計(jì)發(fā)電水頭基礎(chǔ)上，對(duì)排漂孔進(jìn)行封堵，抬高庫(kù)區(qū)運(yùn)行水位，可有效提升水電站發(fā)電效益。

2 排漂孔封堵可行性研究

2.1 技術(shù)方案可行性

a.弧門排漂孔封堵不會(huì)對(duì)水工建筑物及金屬結(jié)構(gòu)造成影響。喜兒溝水電站正常蓄水位1538.00m，校核洪水位1539.00m，汛限水位1536.00m，弧門排漂孔高0.5m，排漂孔封堵后汛期依舊嚴(yán)格按照汛限水位控制發(fā)電，枯水期最高發(fā)電水位高程1538.50m，低于校核洪水位，水工建筑物及金屬結(jié)構(gòu)滿足發(fā)電要求，枯水期抬高水位運(yùn)行后，因枯水期流量較低，考慮水庫(kù)翹尾等因素，不會(huì)對(duì)庫(kù)區(qū)造成影響。

b.可改善機(jī)組運(yùn)行工況。對(duì)排漂孔進(jìn)行封堵，抬高庫(kù)區(qū)運(yùn)行水位，機(jī)組運(yùn)行水頭也相應(yīng)增加，這樣，可減少機(jī)組在低水頭惡劣工況下運(yùn)行的概率，改善機(jī)組運(yùn)行工況，減少振動(dòng)給機(jī)組帶來(lái)的危害。

弧門排漂孔封堵技術(shù)方案可行。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益可行性

a.增發(fā)的電量。

水輪機(jī)出力公式為

P=9.81QHη發(fā)η水

式中P——機(jī)組發(fā)電功率，kW·h；

H——發(fā)電水頭，m；

Q——發(fā)電流量，m3/s；

η發(fā)、η水——水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)效率。

根據(jù)上式，當(dāng)庫(kù)區(qū)運(yùn)行水位升高時(shí)，機(jī)組發(fā)電水頭提高，可提高水輪機(jī)功率，降低發(fā)電耗水率，達(dá)到增發(fā)電量目的。

b.加大庫(kù)容，增加調(diào)節(jié)能力。庫(kù)區(qū)運(yùn)行水位抬高后，庫(kù)區(qū)控制面積加大，可增加庫(kù)容，提高水庫(kù)調(diào)節(jié)能力。喜兒溝水電站發(fā)電后通過(guò)洛大變、綠源變、隴西變后向外輸送，由于洛大變—綠源變—隴西變線路為單回線，汛期線路容量受限，流域水電站送出受限嚴(yán)重。庫(kù)容加大后，一方面在初汛期及末汛期電網(wǎng)送出受限時(shí)，使棄水最小化；另一方面在枯水期通過(guò)合理下泄流量，可使機(jī)組盡量在高水位、機(jī)組最優(yōu)工況下運(yùn)行，提升電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，降低發(fā)電耗水率，通過(guò)節(jié)水發(fā)電、控制能耗來(lái)增加發(fā)電量，充分提高水資源利用率。

弧門排漂孔封堵，可有效增加發(fā)電量，經(jīng)濟(jì)效益良好。

3 排漂孔封堵措施

3.1 措施方案

在排漂孔迎水面，設(shè)置電動(dòng)推拉擋板，擋板長(zhǎng)1.9m、高0.56m，采用厚0.8cm鋼板制作，擋板底部安裝3組6202型滾動(dòng)軸承；推拉擋板軌道長(zhǎng)4m，采用∠50×50×5角鋼制作，在軌道兩端安裝限位樁；選用0.75kW三相減速電動(dòng)機(jī)作為擋板驅(qū)動(dòng)；為確保擋板不漏水，在擋板與原弧門中間設(shè)置P型止水；擋板安裝完成后對(duì)擋板及軌道進(jìn)行防腐處理。

排漂孔封堵于2019年3月5日開(kāi)始，3月15日結(jié)束，施工時(shí)間10天。

3.2 工程投入

排漂孔高0.5m、寬1.7m，面積僅為0.85m2，迎水面受水壓力較小，封堵工作難度較小，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，排漂孔封堵合計(jì)成本為21700元(見(jiàn)表1)。

表1 排漂孔封堵實(shí)施成本統(tǒng)計(jì)

喜兒溝水電站排漂孔封堵工期短，封堵施工難度小，封堵費(fèi)用低，封堵實(shí)施方案具有較高的可行性。

4 排漂孔封堵后效益分析

4.1 抬高水位增發(fā)電量

喜兒溝電站單機(jī)引用流量為47m3/s，根據(jù)水輪機(jī)出力公式P=9.81QHη發(fā)η水，排漂孔封堵，機(jī)組發(fā)電水頭提高0.5m后，η發(fā)取0.9716，η水取0.93，單臺(tái)機(jī)組每小時(shí)增加發(fā)電量為P=9.81×47×0.5×0.9716×0.93≈208kW·h。三臺(tái)機(jī)組每小時(shí)增加發(fā)電量為208kW·h×3=624kW·h。

電站設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)為3955h，考慮汛期降低運(yùn)行水位因素，按年利用小時(shí)數(shù)的2/3考慮，三臺(tái)機(jī)組一年可增發(fā)電量3955×624×2/3≈164.52萬(wàn)kW·h。

4.2 調(diào)節(jié)有效庫(kù)容增發(fā)電量

排漂孔封堵后，庫(kù)區(qū)水位在原基礎(chǔ)上抬高0.5m，電站蓄水位達(dá)到1538.5m，增加庫(kù)容約25萬(wàn)m3，增加了電站水庫(kù)調(diào)節(jié)能力。在電網(wǎng)限負(fù)荷前通過(guò)加大機(jī)組負(fù)荷，降低庫(kù)區(qū)水位，電網(wǎng)限負(fù)荷時(shí)進(jìn)行庫(kù)區(qū)蓄水，通過(guò)水庫(kù)調(diào)節(jié)，盡量減少棄水。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2019年在電網(wǎng)限負(fù)荷時(shí)，喜兒溝水電站利用有效庫(kù)容進(jìn)行反調(diào)節(jié)27次，反調(diào)節(jié)過(guò)程中排漂孔封堵后增加庫(kù)容使電站增發(fā)電量90.46萬(wàn)kW·h(見(jiàn)表2)。

表2 喜兒溝水電站2019年水庫(kù)反調(diào)節(jié)排漂孔封堵增加庫(kù)容增發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

4.3 綜合效益評(píng)價(jià)

2019年，喜兒溝水電站通過(guò)排漂孔封堵抬高水位增發(fā)電量與庫(kù)區(qū)水位反調(diào)節(jié)過(guò)程中因排漂孔封堵后增加庫(kù)容而增發(fā)電量?jī)身?xiàng)合計(jì)為254.98萬(wàn)kW·h，喜兒溝水電站上網(wǎng)電價(jià)為0.262元/kW·h，全年增加收入約66.8萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益良好。

5 結(jié) 語(yǔ)

喜兒溝水電站通過(guò)對(duì)弧門排漂孔進(jìn)行封堵，有效提高了庫(kù)區(qū)運(yùn)行水位，增加了水輪機(jī)功率，降低了發(fā)電耗水率；同時(shí)提高庫(kù)水位運(yùn)行，增加了水庫(kù)的調(diào)節(jié)庫(kù)容和調(diào)節(jié)能力，提高了水資源利用率。

喜兒溝水電站弧門排漂孔封堵用較小的工程成本，獲取了較為可觀的經(jīng)濟(jì)收益，為同類水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了新的思路。