流域梯级水电站集控中心管理的必要性及对低碳经济发展的作用

杜成锐, 赵永龙, 陈 尧

(1.四川省电力公司调度中心,四川 成都 610041;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川 成都 610072)

1 梯级水电站集控中心管理的必要性

1.1 保障电网安全运行的需要

流域梯级电站群往往具有多级电站、装机容量大等特点。流域梯级电站的集中控制管理可以通过具有年调节性能的水库拦蓄丰水期来水,减少无益弃水,补充枯水期水量以提高枯期发电量,缓解电力系统丰枯矛盾和峰谷矛盾,提高电网运行安全性。另外,梯级水电站往往承担电力系统的调频、调峰任务。通过集中控制管理,一方面可增大系统调峰容量,减轻火电参与系统调峰容量,使火电机组能稳定运行在基荷带,降低火电煤耗;另一方面,通过合理分配各水电站出力,优化机组运行工况,可减少机组在系统中旋转备用的运行时间和机组空载运行率,并统一躲避机组振动区,降低发电耗水率,实现电网经济运行[1]。

1.2 提高流域水资源利用率的需要

实施流域梯级电站集控中心管理,可充分利用水资源[2]。流域梯级电站间具有紧密的水力联系和电力联系,各电站发电效益受上下游电站的影响较大。下游电站的调度用水及发电水头直接受上游电站的制约,同时下游电站的回水又直接影响上游电站的发电水头。若各梯级电站单独运行,不从全流域整体考虑,容易造成顾此失彼,使梯级整体水能利用率较低,易导致水库及下游电站无益弃水,从而造成大量弃水电量。而集控中心的实施,则从流域整体水能利用率最大化角度出发,不仅龙头水库的调节作用可以得到充分发挥,而且梯级水库之间可通过径流电力补偿调节,合理确定梯级水库蓄放水次序,如汛初水库蓄水时可先蓄调节能力较小的水库,而龙头水库后蓄,从而提高梯级电站的引用水头;汛后则龙头水库先开始加大发电,对下游各梯级水库进行补偿调节,可使梯级电站枯季的发电能力有大幅度的提高,从而相应提高流域径流的水量利用率。

1.3 流域和梯级电站安全防洪度汛的需要

流域梯级水电站集控中心管理有利于流域各梯级电站的安全防洪渡汛。根据流域的水文特点,流域降雨在时间和地区分布上存在着差异,利用各梯级水库调节性能的不同,充分发挥龙头水库、大型水库的调节优势,通过水库之间的削峰、错峰,可以提高流域梯级整体的防洪能力。另外,随着流域梯级水电站集控中心管理的实施,全流域洪水预报和局部流域的洪水预报成果,不仅可以为各梯级水电站的防洪度汛提供可靠的信息,而且使梯级调度机构成为全流域的水情信息中心,有利于防洪调度方案的快速决策。

1.4 减轻电网调度任务,提高工作效率的需要

随着我国流域梯级水电站的开发,梯级水电站数目剧增,必将加重电网调度中心发、供电调度工作的任务,若所有梯级电站都由电网调度中心直接调度,其任务将极其繁重;其次,各梯级所在流域均有自己的特性,而掌握一个流域的水文、气象、电站特性需要经过较长时间的摸索,各电网调度中心的发、供电调度其本身任务已非常繁重,再要求电网调度人员去掌握各梯级所在流域特性是不现实的,也是不必要的。因此,通过设立梯级集控中心,电力调度部门即可将梯级总负荷曲线下达给梯调中心,再由梯调中心下达至各梯级电站,这样即可减轻电网调度的工作量,从而大大提高工作效率。

1.5 节约生产运行成本,改善员工工作环境的需要

梯调中心作为流域开发公司下属各梯级电站监视、控制和调度管理中心,可实现对各电站的遥控、遥调、遥测、遥信、遥视以及梯级经济运行和调度管理,不仅可以精简水库调度人员、发电运行值班人员,减少相关管理岗位人员数量,达到精简运行维护人员的目的,还可以通过集控模式实现流域梯级各电站的备品备件和相关装置、设备的共享,消除了备品备件和物资材料的重复储备现象,从而降低生产成本。此外,流域梯级电站大多处于偏远,环境、气候条件较差的地区,而“五遥”的实施和“无人值班”(少人值守)集中控制管理模式的推行,能有效地把电站运行人员从艰苦的环境中解脱出来,真正实现企业“以人为本”的科学发展观。

1.6 电力体制改革的需要

随着电力体制改革的推进,厂网分开及竞价上网的逐步实施,电网对电力的调度将逐步从原来的微观管理走向宏观控制,即对各发电公司的电力调度将采用总负荷曲线控制的方式,使各发电公司的电力调度管理更加灵活。水电厂的水库调度任务已不再是单纯的水库调度,企业须按市场经济规律的要求对防洪、发电、航运等综合利用进行协调控制和管理,利用水库运用水位的允许变幅,统一制定梯级电站发电计划,降低水耗,实现电力生产效益最大化,同时还要优化梯级枢纽的发电调度和检修计划,以满足电力市场对机组和负荷控制的要求。

另外,电力体制改革的推进将促进电力交易实时竞价体系的形成。竞价上网是关系到电量合同和电价协议签订的重要环节。为迎接这一改革需要,争取主动,流域梯级电站必须通过水电集控中心管理设置水电结合的实时调度以应对电价实时交易。实时调度通过对水情信息的充分掌握,以及对售电能力和发电能力的信息收集,有效根据电力市场的动态信息、未来水情,做好发电计划并实施最优运行方式,提升水电等可再生清洁能源开发企业在电力市场中的竞争力[3]。

2 梯级电站集控中心管理的可行性

2.1 政策支持

党的十七大报告指出:“坚持节约资源和保护环境的基本国策,关系人民群众切身利益和中华民族生存发展”。目前,转变经济发展方式、大力推行节能环保成为举国上下的共识,也是当前及今后相当长一段时期内我国经济工作的中心任务之一。电力工业是生产清洁二次能源的重要产业,电力被我国政府列为节能减排的重要行业之一,节能发电调度是综合治理发电企业能耗与排放的重要突破口。据估算,节能发电调度若能全面推行,全国每年将节约发电用原煤 1亿 t以上,由此初步推算,还能减排烟尘约 30万 t、二氧化硫约 90万 t、氮氧化物约 50万 t、二氧化碳约 1.6亿t。节能发电调度一方面直接降低发电用煤及相应污染物的排放,同时还能间接地减少煤炭开采对环境的破坏和煤炭运输对环境的污染,其社会效益和经济效益十分巨大。

节能发电调度以节能、环保、经济为标准,使洁净的水能资源得到优先使用,并要求积极提高水资源利用率。为此,节能发电调度明确要求:“对流域梯级水电厂,应积极开展水库优化调度和水库群的集控中心管理,合理运用水库蓄水”。

2.2 国内外已有成功经验

目前不少发达国家的梯级电站都实行集控中心管理,各种相关技术也已非常成熟。如法国电力公司、加拿大魁北克水电公司、委内瑞拉 EDELCA公司等的流域梯级电站集控中心管理的实践和取得的巨大经济效益和社会效益均有力地证明了梯级水电站集控中心管理切实可行,不仅不会给电网安全造成负面影响,相反,先进的集控系统的采用还能提高工作效率和调度指令执行的准确率,增强电网的安全稳定运行能力。

国内已建成的梯级调度机构有湖北清江梯调管理中心、三峡梯调通信中心、乌江流域梯级电站远程集控中心、黄河水电公司梯级电站集控中心等。这些流域性的梯级调度机构成立后,在优化生产、提升管理水平、人才培养等方面积累了成功经验。

3 梯级水电站集控中心的管理效益

笔者以大渡河干流梯级电站为例,说明集控中心管理能够带来的巨大经济效益和社会效益。

该河流以发电为主,兼顾防洪、航运。规划梯级开发电站 22级。其中,以下尔呷为上游“龙头”水库,以双江口为上游控制性水库,以瀑布沟为中游控制性水库,总装机容量 2340万 kW。

通过梯级水电站集控中心管理能够获得显著的经济效益,全梯级多年平均年发电量可由单独调度运行的 1053亿 kW◦h提高到 1123亿 kW◦h,增长 6.6%,保证出力由 479万 kW增长到1083万 kW,增加 126%,其中枯期电量由 195亿kW◦h增加到 413亿 kW◦h,增加 112%。

实施梯级水电站集控中心管理,水电增发电量,进而减少火电发电量和耗煤量。水电站每多发 1kW◦h电量,按保守估计可节约 300g标煤计算(目前水平,小火电机组发电煤耗率约为 380～500g/kW◦h,30万 kW、60万 kW的高效发电机组的标准煤耗率约 275～330g/kW◦h),大渡河干流梯级电站实施集控中心管理后一年可增发电量 70亿 kW◦h,相当于少燃烧约 210万 t标煤;

实施梯级水电站集控中心管理,将减少污染排放。由于减少了发电燃煤,相应减少污染物排放,节约 210万 t标煤,相当于减少约 300万 t吨原煤的采掘、运输、燃放和排放。

4 结 语

水电是优质、绿色、清洁的可再生能源。实施流域梯级水电站集控中心管理是坚持统筹兼顾流域梯级上下游,统筹兼顾水量、水头,科学利用水能资源的根本方法,符合建设资源节约型、环境友好型社会的要求,是实现节能减排目标和发展低碳经济的重要途径,对贯彻落实科学发展观,促进又好又快发展具有重要意义。因此,随着我国各大流域水电项目的陆续投产,将会形成愈来愈多的梯级水电站群。因此,开展流域梯级水电站集控中心管理是十分必要的。

[1] 张勇传.水电站经济运行[M].武汉:华中科技大学出版社,1998.

[2] 马光文,刘金焕,李菊根.流域梯级水电站群联合优化调度[M].北京:中国电力出版社,2008.

[3] 杨东方,马光文,过夏明,张 建,王立明.竞价上网环境下梯级水电厂的经济运行问题研究[J].东北水利水电,2003,21(1):1-3.