下坂地水電站裝機(jī)容量分析

張 明

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆？喀什？844000)

1 概 述

塔什庫(kù)爾干河是塔里木河水系葉爾羌河最大的一條清水河流，全長(zhǎng)298 km，總流域面積9 980 km2[1]。下坂地水利樞紐工程位于該河的中下游，是塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃中唯一的山區(qū)水利樞紐工程，壩址以上河長(zhǎng)217 km，占塔什庫(kù)爾干河全流域的95.9%[2]。流域呈典型的大陸性高原氣候，多年平均降水量68.9 mm。

2 水能分析

2.1 壩址徑流

下坂地水庫(kù)壩址以上的徑流主要是由于夏季氣溫升高冰雪融化形成的，其水情隨氣溫的變化而變化，即氣溫高，徑流量大；反之，則徑流量小。下坂地水庫(kù)的反調(diào)節(jié)水庫(kù)有6座，分布在上、中游灌區(qū)。下坂地水庫(kù)壩址控制流域面積9 570 km2，壩址多年平均徑流量10.88億m3，最大值15.2億m3(1959—1960)，最小值7.3億m3(1974—1975)。Cv=0.16，采用P—Ⅲ型曲線適線，適線結(jié)果為：W=10.9億m3，Cv=0.20，Cs=3.0Cv。

2.2 下坂地水庫(kù)正常蓄水位的選擇

下坂地水電站是喀什、克州兩地唯一具有調(diào)節(jié)性能比較好的電站，考慮到兩地州電網(wǎng)已經(jīng)由220 kV聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，電力補(bǔ)償能綜合發(fā)揮調(diào)峰電站的作用；但電力補(bǔ)償又是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，所以論證下坂地水庫(kù)正常蓄水位調(diào)度原則上按電力補(bǔ)償和不進(jìn)行電力補(bǔ)償兩種形式分析。

2.2.1 進(jìn)行電力補(bǔ)償

按照塔里木河流域近期綜合治理對(duì)葉河的要求及下坂地水庫(kù)工程任務(wù)，正常蓄水位在2 960 m的基礎(chǔ)上，按2.5 m一個(gè)間隔，上、下浮動(dòng)，對(duì)2 955、2 957.5、2 960、2 962.5、2 965 m共5個(gè)方案進(jìn)行了調(diào)節(jié)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的全面比較[3]。經(jīng)水利計(jì)算和比較，推薦采用2 960 m方案，詳見(jiàn)表1。

2.2.2 不進(jìn)行電力補(bǔ)償

為進(jìn)一步復(fù)核水庫(kù)正常蓄水位2 960 m方案的工程效益特征參數(shù)，對(duì)初設(shè)與可研階段的徑流系列進(jìn)行了分析計(jì)算，復(fù)核分析按下坂地水庫(kù)不進(jìn)行電力補(bǔ)償?shù)姆绞?，詳?jiàn)表2。從表2可以看出，下坂地水庫(kù)壩址徑流量即使年際有變化，年內(nèi)分配有變化，平原水庫(kù)多年平均損失水量略有減少。下坂地水庫(kù)多年平均春旱補(bǔ)水量略有增加，發(fā)電效益有所降低；但效益特征指標(biāo)變化不大，表明下坂地水庫(kù)正常蓄水位2 960 m是合理的。

表2 正常蓄水位復(fù)核情況表

3 電站裝機(jī)容量選擇

下坂地水電站運(yùn)行后投入喀什、克州兩地州電力系統(tǒng)，該電力系統(tǒng)目前的水電站均為徑流式電站，下坂地水電站為電網(wǎng)的調(diào)峰電站和骨干電站。電網(wǎng)水文代表年主要是根據(jù)葉河流域的水文特性進(jìn)行選用，經(jīng)復(fù)核，電網(wǎng)代表年枯水年、平水年選用枯水年(90%)為1998年7月—1999年6月；平水年(50%)為1963年7月—1964年6月。下坂地水電站出力采用本次設(shè)計(jì)成果，其他已建、未建電站采用最新設(shè)計(jì)成果。

下坂地裝機(jī)容量=必需容量+重復(fù)容量=(最大工作容量+事故備用+負(fù)荷備用+檢修備用)+重復(fù)容量。

（2）聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教材進(jìn)行再加工，科學(xué)地設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)，創(chuàng)造性地處理教材，將教材中現(xiàn)有的結(jié)論轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)探求知識(shí)的過(guò)程。 在教學(xué)《三角形三邊關(guān)系》時(shí)，聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，對(duì)教材進(jìn)行再加工，利用多媒體創(chuàng)設(shè)情景，小明從家到學(xué)校有三條路可以走，“走哪條路最近呢？”、“這是什么原因？”，并將這種虛擬的情景轉(zhuǎn)入學(xué)生的生活，學(xué)生憑著自己的生活經(jīng)驗(yàn)，知道走哪條路最近，但卻苦于表達(dá)不出其蘊(yùn)含的道理，這使學(xué)生處于很好的狀態(tài)，也使得對(duì)于三角形三邊關(guān)系的探索內(nèi)化成為學(xué)生的一種需求。把“三角形中任意兩邊的和大于第三邊”這一現(xiàn)有結(jié)論轉(zhuǎn)變學(xué)生主動(dòng)探索的主線。

3.1 最大工作容量的確定

下坂地水電站是具有完全多年調(diào)節(jié)的水庫(kù)電站，冬季日保證電能(11月—4月)：

E日=KN90%×24

式中：K為下坂地水庫(kù)日調(diào)節(jié)系數(shù)，K=1.2；N90%為下坂地電站保證出力，35.95 MW。

經(jīng)計(jì)算，冬日保證電能為1 035.36 MW·h。

在喀～克統(tǒng)一電網(wǎng)設(shè)計(jì)枯水年典型日平衡圖(冬季：12月)上找到P/Pm=0.115，最大負(fù)荷為870 MW，則最大工作容量為870×0.115=100 MW。

3.2 備用容量

系統(tǒng)事故備用容量按最大負(fù)荷的10%設(shè)置，共87 MW，下坂地分擔(dān)35 MW，待建電站分擔(dān)52 MW；系統(tǒng)負(fù)荷備用容量按系統(tǒng)最大負(fù)荷的5%設(shè)置，共44 MW，下坂地水電站分擔(dān)15 MW，待建電站分擔(dān)29 MW。該電站不設(shè)專門的檢修備用。

3.3 重復(fù)容量

由于下坂地水電站“以水定電”，下坂地水庫(kù)調(diào)節(jié)性能較好，棄水量很小，當(dāng)泄放較大流量時(shí)，備用容量可投入運(yùn)行，因此不設(shè)重復(fù)容量。

3.4 裝機(jī)容量

N裝=最大容量+負(fù)荷10%的分擔(dān)容量+負(fù)荷5%的分擔(dān)容量=100+35+15=150 MW。

為了進(jìn)一步論證裝機(jī)容量，針對(duì)下坂地水電站不對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電力補(bǔ)償，列出4個(gè)不同裝機(jī)容量的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，比較結(jié)果如表3所示。從表3中可以看出，隨著裝機(jī)的增加，發(fā)電量增幅有限；說(shuō)明水庫(kù)調(diào)節(jié)性能好，水能得到了充分利用，季節(jié)性電能有限；從增加裝機(jī)年利用小時(shí)角度看，140 MW方案較好。由于長(zhǎng)距離輸電線路和分?jǐn)倶屑~投資不會(huì)有太大的變化，故各方案的電站投資變差不大。從補(bǔ)充千瓦投資看，150 MW方案較優(yōu)。從增值單位電量看，裝機(jī)從130 MW增加到140 MW，增加單位電量投資為2.55元/kW·h；裝機(jī)從140 MW增加到150 MW，增加單位電量投資為2.3元/kW·h；裝機(jī)從150 MW增加到160 MW，增加單位電量投資為67.6元/kW·h；顯然從140 MW增加到150 MW是經(jīng)濟(jì)的。

表3 下坂地水電站裝機(jī)容量比較表

下坂地水電站為電力系統(tǒng)的主要電站之一，將擔(dān)負(fù)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，發(fā)揮容量效益，預(yù)留1臺(tái)機(jī)做負(fù)荷備用和事故備用是必要的，裝機(jī)容量確定為150 MW是合適的。

3.5 單機(jī)容量

電站裝機(jī)容量一定時(shí)，在一定范圍內(nèi)單機(jī)容量越大，其綜合經(jīng)濟(jì)效益越大。根據(jù)下坂地水電站實(shí)際情況，從運(yùn)行管理的靈活性及節(jié)省投資等角度考慮，機(jī)組臺(tái)數(shù)宜在2～4臺(tái)范圍內(nèi)選??；少于2臺(tái)則運(yùn)行調(diào)度不靈活，多于4臺(tái)則投資增加較大，不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷上漲速度、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)要求的備用容量、重復(fù)容量以及電站的保證出力、發(fā)電和供水流量的匹配等因素，現(xiàn)對(duì)2、3、4臺(tái)方案對(duì)應(yīng)的單機(jī)容量75、50、37.5 MW進(jìn)行比選分析。

當(dāng)電站裝2臺(tái)機(jī)組時(shí)，單機(jī)容量為75 MW，檢修備用容量偏大，電站運(yùn)行調(diào)度也不靈活。同時(shí)，對(duì)于在系統(tǒng)中承擔(dān)峰荷的電站，單機(jī)容量過(guò)大會(huì)降低電站小出力調(diào)節(jié)靈活性，難于適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷變化對(duì)電站出力的要求；此方案不合理，故不選用2臺(tái)機(jī)組方案[4]。對(duì)于裝機(jī)3臺(tái)和4臺(tái)兩個(gè)方案，單機(jī)容量分別為50 MW和37.5 MW，從運(yùn)行管理方便、機(jī)組運(yùn)行靈活性以及工作容量、發(fā)生事故時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響、電站投資等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，50 MW×3臺(tái)機(jī)方案較37.5 MW×4臺(tái)機(jī)方案要優(yōu)；所以，單機(jī)容量選擇50 MW。

4 裝機(jī)容量驗(yàn)證

根據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)電力局編制的《2020年電力發(fā)展規(guī)劃報(bào)告》，預(yù)測(cè)2025年喀什、克州電網(wǎng)系統(tǒng)最大負(fù)荷870 MW，需電量41億kW·h。下坂地水電站發(fā)電用水為“以水定電”，以需定發(fā)，根據(jù)兩地州電力系統(tǒng)電力電量平衡，驗(yàn)證下坂地水電站所選裝機(jī)容量是否適宜系統(tǒng)運(yùn)行需要。

4.1 平衡依據(jù)

下坂地水電站總裝機(jī)容量150 MW，設(shè)計(jì)水平年為2025年，相應(yīng)的電力系統(tǒng)負(fù)荷水平為870 MW。2025年水電站的設(shè)計(jì)水平年統(tǒng)一選為：枯水年(90%)為1998年7月—1999年6月，平水年(50%)為1963年7月—1964年6月。

4.2 電力電量平衡原則與方法

電力電量平衡的原則是：系統(tǒng)內(nèi)各類電站的出力應(yīng)滿足系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)電力電量的要求，同時(shí)使系統(tǒng)總的容量與電量得到較充分的發(fā)揮。在電力電量平衡中，優(yōu)先發(fā)揮已建電站的容量與電量作用，充分發(fā)揮調(diào)節(jié)性能好的骨干電站的調(diào)峰作用，并根據(jù)各電站的特點(diǎn)合理設(shè)置備用容量和安排機(jī)組檢修。

根據(jù)各電站的建設(shè)情況，參加平衡的順序?yàn)椋阂殉尚∷娬救?、已成火電站、下坂地水電站、待建電站。雖然下坂地水庫(kù)的開(kāi)發(fā)任務(wù)是“以春旱供水和生態(tài)補(bǔ)水為主，結(jié)合發(fā)電”，水庫(kù)調(diào)節(jié)原則是“以水定電”，但由于下游灌區(qū)平原水庫(kù)可以充當(dāng)反調(diào)水庫(kù)，所以下坂地水電站可以擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的調(diào)峰任務(wù)，按照不同的負(fù)荷進(jìn)行容量分擔(dān)。

4.3 電力電量平衡結(jié)果

日平衡：冬季(12月)日最大負(fù)荷870 MW，待建電站在尖峰工作容量199.3 MW，下坂地在尖峰工作容量100 MW，兩電站共計(jì)299.3 MW，占最大負(fù)荷的34.4%；夏季(7月)最大負(fù)荷522 MW，待建電站在尖峰工作容量119.3 MW，下坂地在尖峰工作容量100 MW，兩電站共計(jì)219.3 MW，占最大負(fù)荷的42%。冬季最高與最小負(fù)荷區(qū)間位置全部由兩電站承擔(dān)。

設(shè)計(jì)枯水年、平水年及豐水年平衡中，待建電站和下坂地水電站625 MW，占系統(tǒng)總裝機(jī)967 MW的64.6%，且按計(jì)劃留有事故和負(fù)荷備用，可充分發(fā)揮水庫(kù)調(diào)節(jié)和水電機(jī)組起動(dòng)靈活的作用，豐水期讓小水電站群多發(fā)季節(jié)性電能。下坂地水電站和待建電站發(fā)電量為24億kW·h，占系統(tǒng)電量41.01億kW·h的59%，可見(jiàn)效益是明顯的，平衡結(jié)果如表4所示。

表4 2025年喀～克統(tǒng)一電網(wǎng)設(shè)計(jì)平水年電量平衡表

從電力電量平衡結(jié)果來(lái)看，系統(tǒng)缺電力和電量問(wèn)題十分突出，下坂地水庫(kù)建成后，對(duì)開(kāi)發(fā)建設(shè)下游電站、彌補(bǔ)電力電量不足奠定了十分有利條件。下坂地水電站不同裝機(jī)規(guī)模，系統(tǒng)對(duì)電力和電量均能吸收；所以，裝機(jī)規(guī)模的大小主要取決于電能指標(biāo)。

5 結(jié) 語(yǔ)

下坂地水電站的主要作用是滿足喀什克州電網(wǎng)的用電需要，增加電網(wǎng)調(diào)峰容量。合適的裝機(jī)容量對(duì)于充分利用庫(kù)爾干河水能、優(yōu)化配置塔里木河水資源、解決喀什克州用電需求具有重要作用。

經(jīng)過(guò)分析探討，下坂地水電站分?jǐn)傁到y(tǒng)備用容量35 MW、系統(tǒng)負(fù)荷備用15 MW，合計(jì)總?cè)萘?50 MW，最大工作容量100 MW，滿足電力系統(tǒng)2025年電力和電量平衡。裝機(jī)150 MW既充分利用了水能，也保證了系統(tǒng)的需要，是合適的，為類似區(qū)域水電開(kāi)發(fā)容量分析提供了借鑒。