对沧源县新牙河零级电站改建为抽水蓄能电站研究

冯 慧 陈 梅

（临沧市水利水电勘测设计院 677000） （临沧水文水资源分局 677000）

电力生产要求及时适量供应，电网送出的电力必须与当时的用电需求相一致，发、供、用三个环节必须同时完成。然而电力系统的用电需求是随时变化的，电力生产的及时性和用电负荷的多变性，要求发电设备必须具备可调节性。但电力又不像一般产品，一时用不完可以大量储存起来，为解决这一矛盾，建设抽水蓄能电站是一个比较好的选择，1882年瑞士就建成投产了世界上第一座抽水蓄能电站——苏黎世奈特拉抽水蓄能电站。

抽水蓄能电站实际上是一个能量转换装置，它利用水为载体，将电力系统的电能在时间上重新分配，以协调电力系统的发电出力与用电负荷在时间分配上的不一致性，从而达到系统安全、经济运行之目的。电站由上水库、下水库、输水道、厂房及开关站等组成。通俗的说法就是用负荷低谷区的剩余电力将下水库的水抽到上水库，将电能转化为位能储蓄起来，待电力系统负荷回升时，再将上库的水通过水轮发电机组放回下水库，将水的位能转换成电能送回电网。在以火电和核电为主要电源的电网中，抽水蓄能电站的削峰填谷、调整系统频率、调整系统电压和配合核电机组运行等作用显得尤其重要。以水电为主的电网中，只要条件合适，也可以建设季调节抽水蓄能电站，主要作用是将汛期多余的来水抽蓄储存后供枯水期使用，承担调节年内丰、枯季节电力负荷不均匀任务，可以避免或减少弃水，充分利用水资源，替代火电煤耗，降低电网运行成本，减少环境污染。

1 项目背景

新牙河属怒江水系，发源于沧源县境内最高峰窝坎大山（海拔2605.4m），汇入芒库河，河段长9.60km，经济可开发利用落差1391m，规划6级开发，总装机容量29360kW（见表 1）。

结合新牙河一级电站建设修建了库容136万m3的翁丁水库，第三期农村初级电气化建设时建成了跨流域调水的勐冷水库，库容804万m3，由于勐冷水库来水量不足，两座水库实际年调节水量约730万m3。

新牙河零级电站位于翁丁水库坝前库岸，利用勐冷水库和翁丁水库之间250m的落差发电，尾水进入翁丁水库后，调节新牙河梯级电站枯季发电。电站工程由沧源县水电局完成规划和勘测设计，为充分利用上游调节水库库内水头，并为今后改建为抽水蓄能电站打好基础，电站露天压力管道与水库无压隧洞内有压输水管道连接，管道全长2.72km。输水隧洞内压力管段出口处布置有直径2.50m的差动式调压井、控制阀和管道放空闸阀。电站土建工程于1996年3月开工，由于受水库输水隧洞工程进度影响，加之资金不能按时到位，1997～1998停工两年，直到1999年11月才竣工投产。

勐冷水库建成后已对新牙一级电站进行增容扩建，新增装机容量2500kW，并计划对新牙河二级电站加装一台4000kW机组。

表1 新牙河开发规划

翁丁水库本区控制径流面积7.10km2，外引区径流面积5.77km2（引渠过流量2.50m3/s），全部为森林覆盖。多年平均降水量高达3930mm，多年平均产水率260万m3/km2。水库坝高26m，库容只有136万m3，整个汛期除满足新牙河一级电站发电外，都得弃水运行。为保证水库安全运行，在入库右支流上开挖了导洪出库工程。由于水库坝址地质结构特别复杂，加之地形限制，对翁丁水库进行扩建并不经济。勐冷水库本区控制径流面积3.33km2，外引区径流面积0.8km2，全部为森林覆盖。多年平均降水量2960mm，多年平均产水量590万m3。水库坝高36m，库容804万m3，属多年调节水库。地形和地质条件具备扩建的条件，将拦河坝加高5m，库容可以达到1300万m3。

新牙河零级电站直接从勐冷水库取水，由于水库屯蓄水量少，使得零级电站只能在枯水期调峰运行，年发电量仅450万kW·h，装机利用小时1800h，整个汛期都处在停机状态。因此有必要借助零级电站管道，将翁丁水库汛期多余来水抽到勐冷水库屯蓄，并扩建勐冷水库。枯季放水发电，可以改善新牙河梯级电站的枯季出力状况，增加宝贵的枯季电力。在勐冷水库和零级电站设计时曾作过抽水蓄能方案研究，限于当时条件没有实施，但仍然铺设了2.72km的有压管道，为方案的实施打下了一定基础。

临沧电网中的水电比重较大，并且基本都是无调节能力的径流式电站，枯季出力只能达到装机容量的20%左右，为解决枯季供电问题，现行的主要途经是向省电网购入和鼓励修建高水头有调节能力的电站，但目前情况是省电网枯季仍然缺电，修建有调节水库的高水头电站一则资源有限，二则林地、土地和淹没赔偿工作投入巨大，投资商多不愿涉足，因此有必要再次研究将新牙河零级电站改建为抽水蓄能电站的方案。

2 设计年径流

2.1 参证站选择及计算方法

设计流域内只有翁丁水库1989～1993年的实测降雨资料（自计和普计）无实测径流资料，直距30km的勐董水文站与设计流域水文环境区域相似，降水径流成因基本一致、下垫面因素基本相同，故选择勐董水文站作参证站。用面积比加降水修正的方法推求翁丁水库的设计年径流，其他方法为辅作合理性检查。

2.2 设计年径流

勐董水文站的多年平均径流有30水文年的实测资料，基本满足水文设计新规范资料年限需在30年以上的要求。由勐董水文站实测系列年平均径流量系列，应用常规频率分析计算方法，推求得勐董水文站设计年径流，采用面积比加降水修正的方法推求设计流域的设计年径流，计算公式为

式中W设——翁丁水库设计年径流量，万m3；

W勐——勐董水文站设计年径流量，万m3；

F设——翁丁水库集水面积，取本区7.10km2、引水区5.77km2；

F勐——勐懂水文站集水面积，取41.6km2；

H设——翁丁水库多年平均降水量，取3930mm；

H勐——勐懂水文站多年平均降水量，取2262mm。

将相关数值代入，推求出翁丁水库及引水区设计年径流。成果见表2、表3。

设计年径流的年内分配，按水量相近且分配对工程不利的原则，直接从勐董水文站的实测径流系列中选取，即根据勐懂水文站径流实测期的年内变化情况，选取1971～1972年为P=20%中等丰水代表年，1986～1987年为P=50%平水代表年，1978～1979年为P=80%中等枯水代表年，按同倍比法进行设计年径流的年内分配计算。月分配成果见表4、表5，月平均流量成果见表6、表7。

表2 翁丁水库本区设计年径流成果

表3 翁丁水库引区设计年径流成果

3 项目规划

新牙河零级电站的上水库（勐冷水库）、下水库（翁丁水库）、输水道、厂房及升压站和35kV输电线路以及相应的管理设施已全部建成，加装一套水泵即可以实现抽水蓄能目的。计划在发电球阀前设置岔管安装水泵，水泵安装高程不能低于翁丁水库的校核洪水位1862.5m，也不宜高于零级站地坪1864m，当翁丁水库水位低于1856米时停止抽水。勐冷水库正常水位2118m，如扩建则有可能提高到2123m，地形扬程为263m。新增工程内容为 φ600球阀 1套，φ600钢管30m，扬程 320m、出流 0.7m3/s水泵 1台，2500kVA、6.3/0.4kV变压器1台，房建120m2。电站装机规模维持现状不变，改建成早期纯抽水蓄能电站所采用的水轮机、发电机、电动机和水泵四机分置的组合式抽水蓄能电站，便于使水轮机和水泵都按最佳效率运行。为了获得较大蓄水库容，有必要同时扩建勐冷水库。

表4 翁丁水库本区设计年径流量年内月分配成果

表5 翁丁水库引区设计年径流量年内月分配成果

表6 翁丁水库本区设计年径流月平均流量成果 单位：m3/s

表7 翁丁水库引区设计年径流月平均流量成果 单位：m3/s

从表 8、表 9 可以看出，6、7、8、9、10 五个月来水量占全年来水量的85%左右，此期间系统内电力相对富余，新牙河一级电站可以适当少发电，在7、8、9三个月可以做到满发满抽，来水量可以满足设计要求。

零级站运行方式：枯水期1、2、3、4、5五个月为发电运行期，此时段开启发电球阀，关闭抽水球阀。平水期11、12两个月既不发电也不抽水。汛期6、7、8、9、10五个月为抽水期，此时段关闭发电球阀，开启抽水球阀。最大抽水量按800万m3/年设计（勐冷水库不扩建时则只需抽250万 m3/年）。

从能量守恒原理看，抽水蓄能电站本身的电量转换存在“4度换3度”的情况，但新牙河梯级电站是个特例，发电水头和抽水扬程之比是5.35∶1（1391/260），按年抽水量 800万m3计算，扣除损耗，实际做功水量按760万m3计算（水库原来蓄水库容不参加分析），为便于进行粗线条分析，以760万m3水量按零级站满发时的1.32m3/s等流量供出并且下游各梯级电站不发生弃水的理想状态进行计算，各梯级电站年增加电量见表10。

表8 设计抽水期入库水量 单位：万m3

表9 设计抽水期入库月平均流量 单位：万m3

表10 零级站改建后各梯级电站年增加电量

从表10可以看出，通过抽水蓄能改造，新牙河梯级电站可以新增枯季出力11392kW，增加枯季电量2220万kW·h，扣除抽水耗电量576万kW·h（1600kW×150天×24h），净增发电量 1644万kW·h。

实际运行工况时运行时间将比本方案计算时间要长，增加出力将达不到11392kW，但新增发电量相差不会太多，以此作收入测算。

4 投资估算

项目总投资930万元，主要包括两项:

a.勐冷水库扩建投资。为了达到收益最大化，将新牙河零级电站改建为抽水蓄能电站时，应同步将勐冷水库拦河坝加高5m，使库容达到1300万m3。现有水库坝顶高程2120m，顶宽6m，加高后坝顶高程为2125m，最大坝高41m，顶宽7m，回填土石方11万m3，翻动原坝体2万m3，右岸单薄山梁需作加固处理，建筑工程估算投资420万元，其他投资180万元，合计600万元。

b.电站改造投资。电站土建投资主要包括房建和抽水机基础和进水廊道建设，估算50万元。设备投资包括抽水机组、变压器、电气控制盘柜和球阀、钢管道等，估算投资160万元，其他投资120万元，合计投资330万元。

表11 国民经济评价指标计算 单位：万元

表12 财务评价指标计算 单位：万元

5 经济评价

经济评价按投入产出法进行，成本计算中固定成本只计算勐冷水库扩建和电站改建投资新增折旧及固定修理费，单位电量可变成本按新牙河梯级电站近三年平均值计算；效益计算包括有项目后梯级电站全部新增收益。经济评价计算期包括1年建设期和20年生产期。

a.国民经济评价指标。按影子电价0.244元/（kW·h）(电网距离调整系数K1=1、缺电情况调整系数K2=1.1、交通运输条件调整系数K3=1.15)，基准收益率12%，年折旧率5%，固定修理费率25%，单位电量可变成本0.02元/（kW·h），计算项目经济内部收益率42.44%，计算期内经济净现值1822.30万元，经济效益费用比2.34。

b.财务经济评价指标。按项目新增固定资产投资

30%为资本金注入，70%银行贷款，贷款利息7.2%；所得税率33%；枯期上网电价0.22元/（kW·h），汛期抽水电价0.15元/（kW·h），基准收益率12%，年折旧率5%，固定修理费率25%，单位电量可变成本0.02元/（kW·h），计算所得税后项目经济内部收益率23.39%，经济净现值643.36万元，贷款偿还年限5年；计算期内项目总纳税额2393万元。评价结果见78页表11、12。

6 结语

新牙河零级电站已具备改建为抽水蓄能电站的有利条件，上下水库、输水压力管道、输（出）入线路、发电设备和外引渠道均已建成，来水充足，能满足抽水蓄能需要。可以充分利用水资源，避免或减少弃水，提高新牙河梯级电站的枯季出力，符合建设资源节约型社会的宏观要求。财务指标优越，投资回报率高，经济效益显著。建议当地政府和水行政主管部门引导新牙河开发商开展一些必要的前期工作，择期建设。