來(lái)水偏枯形勢(shì)下集控水電廠的提質(zhì)增效措施

余 偉

（1.五凌電力有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

五凌電力有限公司發(fā)電集控中心于2010年成立，目前控制運(yùn)行著公司13個(gè)集控水電廠，這些水電廠分布在湖南沅水、資水、湘江3個(gè)流域形成梯級(jí)水電站群，總裝機(jī)容量469.5萬(wàn)kW。目前各集控電廠的水庫(kù)調(diào)度和發(fā)電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作均由集控中心負(fù)責(zé)。

長(zhǎng)期以來(lái)，水電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要是通過(guò)優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度，抬高庫(kù)水位進(jìn)而提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行水頭來(lái)降低耗水率，在同樣水量下發(fā)出更多電量，從而增加發(fā)電效益。但自2022年7月~2023年底，因?yàn)槌掷m(xù)偏強(qiáng)的副熱帶高氣壓作用導(dǎo)致長(zhǎng)江中下游地區(qū)持續(xù)干旱，湖南地區(qū)受影響非常明顯，沅水流域來(lái)水較往年減少50%，資水流域來(lái)水較往年減少60%，湘江來(lái)水較往年減少55%。來(lái)水減少對(duì)水電廠發(fā)電效益影響巨大，如何在來(lái)水偏枯的形式下，充分發(fā)揮水電站的發(fā)電潛力，提高發(fā)電效率，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益，是集控水電工作的重中之重[1，2]。本文旨在分析來(lái)水偏枯形勢(shì)下集控水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響因素，從優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度、提升運(yùn)行管理、設(shè)備改造等方面提出相關(guān)的提質(zhì)增效措施。

1 優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度相關(guān)提質(zhì)增效措施

水庫(kù)調(diào)度是指在確保水庫(kù)安全的前提下，掌握各流域的天氣狀況及水情特性，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和接受來(lái)水流量的變化情況，充分發(fā)揮流域內(nèi)季調(diào)、年調(diào)、多年調(diào)節(jié)水庫(kù)的調(diào)蓄作用，豐水期錯(cuò)峰、枯水期補(bǔ)水，及時(shí)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行方式，降低耗水率，使水庫(kù)的效益最大化。目前主要采取的措施有骨干水庫(kù)汛前消落、汛末蓄水、洪前騰庫(kù)、攔蓄洪尾、人工增雨、汛期水位動(dòng)態(tài)控制等。

1.1 汛前消落、汛末蓄水、洪前騰庫(kù)

湖南流域汛期為每年4月1日~9月30日，主汛期為5月1日~8月31日。骨干水庫(kù)在汛期來(lái)臨前進(jìn)行水位消落，可以保證減少棄水損失，在汛末將庫(kù)水位抬高運(yùn)行，可以降低綜合耗水率。進(jìn)入汛期后，抓住時(shí)機(jī)進(jìn)行大發(fā)滿發(fā)，利用洪水來(lái)臨前加大發(fā)電出力消落庫(kù)水位，減少棄水量。這就需要集控水庫(kù)調(diào)度部門(mén)根據(jù)多年來(lái)水?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際來(lái)水情況合理制定水位消落和發(fā)電計(jì)劃，做到“年估測(cè)、月計(jì)劃、周調(diào)整、日跟蹤”，確保發(fā)電效益最大化。

1.2 攔蓄洪尾

集控水電廠在某場(chǎng)洪水泄洪過(guò)程中，在入庫(kù)流量大于滿發(fā)流量的情況下，通過(guò)預(yù)報(bào)提前關(guān)閘攔蓄洪尾，則從停止泄洪開(kāi)始，至本場(chǎng)洪水退至入庫(kù)流量小于等于滿發(fā)流量為止，期間多攔蓄且被發(fā)電利用的水量所發(fā)的發(fā)電量計(jì)算方法：

1.3 人工增雨

在來(lái)水偏枯的情況下，可以根據(jù)天氣情況在流域骨干水庫(kù)區(qū)域開(kāi)展人工增雨作業(yè)，增加的入庫(kù)水量，提高梯級(jí)水電站發(fā)電，增加的發(fā)電量計(jì)算方法：

式中：W人工增雨i為第i時(shí)段人工增雨增加的水量；W棄i為人工增雨期間第i時(shí)段的棄水量；ηij平均為第i時(shí)段人工增雨增加的入庫(kù)水量能被第j水電站發(fā)電利用的該電站平均發(fā)電耗水率；m、n分別為人工增雨可被利用的水電站個(gè)數(shù)、人工增雨次數(shù)。

1.4 汛期水位動(dòng)態(tài)控制

汛限水位又稱防洪限制水位、汛期控制水位，是協(xié)調(diào)防洪與興利的關(guān)系，確保水庫(kù)發(fā)揮防洪功能而設(shè)定的水位參數(shù)指標(biāo)。在正常年份各水庫(kù)嚴(yán)格按照汛限水位執(zhí)行，可以有效保障度汛安全。來(lái)水偏枯年份，在保證汛期水庫(kù)大壩防洪安全的前提下，根據(jù)來(lái)水預(yù)測(cè)情況向防汛主管部門(mén)申請(qǐng)并經(jīng)同意后，集控水電廠通過(guò)動(dòng)態(tài)控制汛限水位，在未發(fā)生開(kāi)閘泄洪的情況下，庫(kù)水位從原設(shè)計(jì)汛限水位上升又回落至原設(shè)計(jì)汛限水位期間，利用超汛限水位的蓄水量增發(fā)電量計(jì)算方法：

式中：W超蓄為水電站動(dòng)態(tài)控制汛限水位期間超蓄且發(fā)電利用的總水量，m3；n為庫(kù)水位回落至汛限水位前重復(fù)利用庫(kù)容進(jìn)行調(diào)蓄的次數(shù)；Wi為庫(kù)水位回落至汛限水位前第i次重復(fù)利用庫(kù)容的調(diào)蓄水量，m3為動(dòng)態(tài)控制汛限水位過(guò)程的平均發(fā)電耗水率，m3/kW·h。

2 集控運(yùn)行相關(guān)提質(zhì)增效措施

五凌集控不僅負(fù)責(zé)水庫(kù)調(diào)度工作，也負(fù)責(zé)各集控電廠的發(fā)電運(yùn)行工作，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控、開(kāi)停機(jī)、負(fù)荷調(diào)整、“兩個(gè)細(xì)則”管理等，可以從上述工作的日常管理工作方面采取提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率的提質(zhì)增效措施。

水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率是指水流能夠轉(zhuǎn)化為電能的效率，通常用水能轉(zhuǎn)換效率表示。計(jì)算方法為：水輪發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能所占水能總量的比例，即發(fā)電機(jī)的輸出功率與水的輸入功率之比。水輪發(fā)電機(jī)在70%～100%的額定負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)效率較高。這是因?yàn)樵谠撠?fù)荷范圍內(nèi)，水輪機(jī)的水能轉(zhuǎn)換效率較高，能夠?qū)⑺苡行У剞D(zhuǎn)化為機(jī)械能，并通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能高效地轉(zhuǎn)換為電能。同時(shí)，在這個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)的內(nèi)部損耗和外部負(fù)載匹配較好，使得整體運(yùn)行效率較高[3]。從運(yùn)行管理的角度提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率主要可以采取以下幾種措施：

（1）優(yōu)化機(jī)組的啟停方式。對(duì)機(jī)組的啟停環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致研究，依據(jù)設(shè)備存在的問(wèn)題、機(jī)組效率、系統(tǒng)需求以及廠用電的可靠性等因素，制定出機(jī)組的開(kāi)機(jī)和停機(jī)優(yōu)先策略。在相同條件下，應(yīng)優(yōu)先啟動(dòng)單位耗水量較小的機(jī)組和漏水量較大的機(jī)組。效率高的機(jī)組應(yīng)最后停機(jī)，效率低的機(jī)組應(yīng)先停機(jī)。當(dāng)單臺(tái)機(jī)組解列停機(jī)后，根據(jù)全廠的總體負(fù)荷，結(jié)合當(dāng)前的水頭狀況，及時(shí)且合理地調(diào)整其他運(yùn)行機(jī)組的負(fù)荷分配，確保每臺(tái)運(yùn)行中的機(jī)組都在高效區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，以保持全廠并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組具有最高的總效率。

（2）當(dāng)全廠出力固定的時(shí)候，盡可能與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)申請(qǐng)以最小的機(jī)組臺(tái)數(shù)來(lái)滿足發(fā)電要求，及時(shí)調(diào)整各發(fā)電機(jī)組出力，減少機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用或空載調(diào)壓的時(shí)間，使機(jī)組在高效率區(qū)間運(yùn)行，從而提高機(jī)組運(yùn)行效率。

（3）攔污柵壓差增大，水流受到的阻力增加，水輪機(jī)進(jìn)口的水流速度減小，水輪機(jī)效率降低。為了提高水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率，需要定期清理攔污柵上的垃圾和泥沙，保持?jǐn)r污柵的暢通，從而減小攔污柵壓差對(duì)水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率的影響。

（4）電網(wǎng)輔助服務(wù)市場(chǎng)開(kāi)啟后，夜間系統(tǒng)負(fù)荷較低時(shí)，火電普遍開(kāi)啟深調(diào)，可以在及時(shí)了解該情況后，相應(yīng)停下水電機(jī)組，減少分?jǐn)傠娏俊?/p>

（5）機(jī)組停機(jī)后，應(yīng)及時(shí)停運(yùn)相關(guān)輔助設(shè)備，減少?gòu)S用電量損失，通過(guò)降本增效提升經(jīng)濟(jì)效益。

（6）水輪發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，以確保在機(jī)組停機(jī)時(shí)停止供水，在開(kāi)機(jī)時(shí)恢復(fù)供水，從而降低機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)下的水量損失。

3 結(jié)語(yǔ)

在來(lái)水偏枯形勢(shì)下，流域梯級(jí)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行面臨諸多困難。本文分析了梯級(jí)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響因素，并提出了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施。包括優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度，抬高庫(kù)水位，提高水能利用效率、優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式、降本增效等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況制定相應(yīng)的措施，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水電站的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。