水库调度在低水头电厂中的经济效益分析

肖学友

（湖南五凌电力有限公司洪江水电厂 怀化市 418200）

1 概述

洪江水电厂位于沅水干流上，是沅水梯级开发的重要水利枢纽工程，具有发电、防洪、航运、灌溉等综合利用效益。共安装有6台灯泡贯流式水轮发电机组，机组单机额定出力45MW，总装机容量270MW，首台机组于2003年2月投产，二期6#机组于2005年7月投产。设计水头20m，额定流量252.24m3/s，最高水头27.3m。

洪江水电厂水利枢纽工程包括水库大坝、泄洪闸、船闸和坝后式水电站。水库正常蓄水位190m，发电最低水位184.5m，水库总库容3.2亿m3，死库容1.2亿m3，兴利库容0.75亿m3，具有周调节能力。

洪江水电厂水库大坝，按100年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核。大坝中间部分设有9孔溢洪道，用19 m×16.5m弧形钢闸门控制。

洪江电厂上游库区有洪江市、洪江区、双溪镇、托口镇、江市镇等多个地区，在生产高峰季节、高温季节，特别是6、7、8月份，上游用水量大，为满足生产和生活用水需求，提高库水位尤其是迎峰度夏期内的库水位，有利于上游抗旱用水。下游洪江区有造纸厂、硅厂生产需求用水，必须24小时不间断供水，最低出库流量需保持在80m3/s左右，而在枯水季节，洪江水库日平均入库流量根本达不到80m3/s，因而保持高水位运行势在必行，可以适时为下游生活、生产提供供水补给。

2 水头效益分析

水轮机的输出功率：N=9.81ηQH

η代表水轮机的总效率：η=ηsηrηj

总效率是由水力效率ηs、流量效率ηr、机械效率ηj组成。

水轮机的总效率η在设计安装时已经确定，在输出功率N确定时，水头H越高，引用流量Q就越小，因而提高发电水头是减小水耗的有效手段，尤其在低水头电厂，水头每提高1m，发电流量减小非常明显，耗水率大幅降低，见表1。

统计存在一定的误差，但是水头效益是显而易见的。2006年1月7日，洪江水电厂上游沅水龙头三板溪电厂下闸蓄水，意味着洪江水库来水比历年来水将减少1/3，面对水库来水将严重偏枯的形势，洪江水电厂通过加强与中调和五凌公司梯调的密切联系，合理安排日发电计划，尽量保持水库高水位运行，抬高发电水头，降低发电耗水率，增加发电量。

1～4月份，上游三板溪电厂下闸蓄水拦蓄水量8.3亿m3,致使洪江水库来水量为 30.8972亿m3，较2005年同期减少32.5%，较历年同期减少41.5%，但是发电水头较2005年同期提高了1.53m，发电耗水率较2005年同期降低了0.92m3/kW·h，由此节约水量16600万m3，增发电量976.38万kW·h，见表2。

表1 2010年1～4月部分日期间水头与耗水率对比表

表2 2006年洪江水库1～4月入库洪量统计表 亿m3

3 保持高水位运行的可行性

3.1 洪水预报

洪江水电厂具备完善且运行稳定的雨水情遥测、洪水预报等系统，有稳定且预报精度较高的洪水预报方案。

洪江水电厂水情测报系统建于2002年，测报范围覆盖坝址以上流域以及坝址以下的整个巫水支流，测报面积接近30000km2，系统规模为1∶3∶43，即系统由1个中心站，3个中继站，43个遥测站（包括31个雨量遥测站、1个水位遥测站，11个水位雨量遥测站）组成，系统的畅通率大于96%。三水源新安江模型洪水预报方案于2002年投入运行，经受了2003～2007年洪水的检验，达到乙等以上方案规范要求，预报洪峰、洪量和实测过程，见表3。自动化程度较高，有效预见期较长，是目前主要采用的洪水预报作业方案。

表3 洪水预报与实测对比表

气象部门的短期气象预报的精度日益提高，流域降雨过程预报的预见期为3～5天，为洪江电厂及时发电腾库提供了决策依据。

3.2 水位消落方案

当预报来水大于全厂满发流量1500m3/s时（以未安排检修考虑，有检修时需要相应折减），而调度面临日时段初水库蓄水状态可用调蓄库容又不足以进行完全调蓄情况下，为充分利用水量，面临日需采用“加大发电腾库运行”策略。腾库额度以寻求水量充分利用和水头充分利用最佳结合点方法优选确定，以发电量最大为优化目标。

说明：以预测期为6h为例，当目前运行库水位为189m时，预计6h后，入库流量大于1500m3/s，为保证在预见期内充分腾库，1台机运行预计6h后库水位为188.88m，两台机运行预计6h后库水位为188.76m，3台机运行预计6h后库水位为188.52m，以此类推，当6台机满负荷运行时，6h后库水位为187.8m，见表4。

4 水库优化调度措施

洪江水电厂在确保防洪安全和满足设计规定的综合利用要求的原则下，利用有限的水库调节能力，通过科学预报，进行合理的经济调度，以减少弃水、降低水耗、增加发电效益，实现安全防汛与最大发电效益。主要采取四大措施：

（1）积极开展优化调度、充分利用水能。

进入汛期，通过优化机组运行方式，保持较高的发电水头，洪江水电厂设计汛限水位为187m，按照怀化市防汛抗旱指挥部批准的汛期水库运行调度方案执行，即汛期根据来水情况在水库入库流量较小时期以最高不超过190m为上限适当抬高水位，分流量段控制运行水位,确保实现水库大坝防洪安全与经济运行。

（2）做好洪前预腾库、拦蓄洪尾增发电量。

在洪水调度过程中，水调人员充分利用水情自动测报系统的雨水情信息和预报成果，与调通中心水调处、五凌公司梯调、上游电站等单位密切联系，精心调度，合理安排蓄泄，在洪水来临前利用发电预腾库容，及时将库水位降至汛限水位以下运行，洪末根据入库流量变化情况及时关闸回蓄，减少弃水，是提高汛期发电效益的主要方式。

表4 洪江电厂腾库运行方式表

（3）加强水库来水分析和预测，减少弃水，保发电。

水调人员充分利用气象卫星云图系统、水情自动测报系统快速、准确的优势，及时收集上游雨水情，开展洪水预报工作，精心调度，尽力协调防洪与发电的矛盾。在水库入库流量较小时期,水调人员加强与调通中心水调处、五凌公司梯调的联系，及时根据水情和下达负荷曲线测算水库水位，适时提出负荷调整建议，避免水库水位消落到较低水位，控制维持较高的发电水头，降低发电水耗，减少弃水，提高水量利用率。

（4）加强清污管理工作，提高发电水头。

采取加强机组进水口拦污栅的清污工作，在洪水来临前提前清污，尽可能减少水电大发过程中停机清污次数；根据拦污栅压差及机组运行工况，及时组织人员对机组进行清污，减少过栅水头损失和清污损失水量，提高机组运行水头，并在洪水消退时利用洪水期末有利时机及时根据污物堆积情况调整弧门开度，通过不损失水量的冲渣，减少水头损失，提高水能利用率。

5 结 语

水电厂的水库调度，应根据设计原则和规定，结合实际情况，在确保大坝等主要水工建筑物安全的原则下，正确解决防洪与兴利之间的矛盾，妥善处理蓄泄关系，考虑经济用水，以获得更多的兴利效益。对于库容较小、发电水头较低、调节性能较差的水电厂，在汛期开展水库预报调度，合理抬高水库运行水位，可明显地增加水电厂的发电效益，促进水库经济调度水平的提高，几年来洪江水电厂的实践已充分证明了这一点。在提倡发展低碳经济，大力推行节能减排的当前，电网调度机构在保证电网安全的前提下，应科学调度，充分发挥水电厂的水头效益，为社会提供清洁、环保的优质能源。