浅谈优化调度对提高水电站经济效益的影响

2013-04-16 10:14傅守权
中国水能及电气化 2013年9期
关键词:泄洪洞防洪洪水

傅守权,艾 亮

(辽宁省柴河水库管理局,辽宁铁岭 112000)

水库效益发挥得好坏关键在于水库运行调度是否科学、合理。通常水库实际运行的情况和设计相差甚远。比如:柴河水库电站设计年发电量1600万kW·h,而实际多年平均发电量为900万kW·h,实际仅为设计值的56%。分析其原因,主要是规划设计时的调节计算方法较理想化,要求严格按照调度图运行,而实际很难办到。其次,柴河水库是以防洪灌溉为主的水利工程设施,防洪限制水位使得电站在汛期处于低水头运行,而灌溉期所需的流量加大,又需要开启泄洪洞集中供水灌溉,既不能保证有效利用水能发电,又增加了发电的沿途水头损失,致使多年平均发电量和装机利用小时数减少。此外,天然径流总量及其分布变化也是原因之一。

不难看出,上述各种损失的因素不可能完全消除,故损失的经济效益亦不可能完全弥补。但是采取一些非工程措施,如实施优化调度,可以明显提高水能资源利用率,获得显著的经济与社会效益。

1 柴河水库工程及水文特性

柴河是辽河左侧较大支流,发源于清原北乐山岔,河长143km,流域多年平均降雨量737mm,多年平均径流量3.73亿m3。

1.1 工程特性

柴河水库位于铁岭市城区东12km,是一座以防洪、灌溉为主,结合养鱼、发电及工业城市生活用水的大 (2)型水利枢纽工程,水库控制面积1355km2,占流域总面积的90%以上。水库按百年一遇洪水设计、可能最大洪水校核,总库容6.36亿m3,调洪库容3.52亿m3,防洪库容1.34亿m3。

水库由土坝、溢洪道、泄洪洞和水电站、工业引水口等工程组成。土坝为黏土心墙砂壳坝,坝长982m,坝高42.3m。泄洪洞出水口设弧形闸门一扇,设计最大泄量304m3/s;溢洪道设4孔10m×8m弧形闸门,设计最大泄量2950m3/s,

1.2 水文特性

柴河流域多年平均降水量737mm,年际和年内降雨分配不均,场次降雨分布也不均。75%年降雨量集中在6~9月,尤其是集中在7、8月,其中又以7月中旬到8月中旬最为集中。

形成柴河流域暴雨的主要天气系统有蒙古气旋、台风、高空槽、华北气旋、低压冷锋等,其中以蒙古气旋、华北气旋影响次数最多。造成流域内大洪水的暴雨多是几个天气系统连续出现,且维持较长时间的结果。

柴河流域的洪水均由暴雨产生。洪水特性主要受暴雨、下垫面及流域形状等因素制约。柴河流域洪水与降雨一致,75%出现在7、8月,特别是7月下旬至8月中旬。与暴雨历时短、雨量集中的特点相对应,柴河流域洪水汇流速度快、陡涨陡落。1次洪水过程一般为5~7天,主峰多集中在1~3天。

柴河流域内设雨量站5个、水文站2个。其中柴河堡站 (入库站)观测降雨量、水位、流量,其余的观测雨量、水位、流量、水温、气温等。

上述雨量站和水文站既有自动测报系统,又有水文部门人工同时观测设施,分别通过超短波、GPRS和电话传输雨情、水情信息,其分布见下图。

柴河水库流域图

2 柴河水库常规调度及优化调度方案比较

柴河水库有两套调度方式:常规调度方式和防洪预报调度方式。1996年以前,常规调度方式是水库唯一采用的调度方式。为解决防洪与兴利的矛盾,缓解辽北地区水资源紧张问题,1996年省防总批准柴河水库使用防洪预报调度方式。

2.1 常规调度方式

2.1.1 调度原则

当发生频率为5%的洪水时,保证水库下游石佛寺站的组合流量不超过5500m3/s、水库上游最高水位不超过110.8m。

2.1.2 泄流方式

(1)库水位在104.0~106.1m时,电厂、输水道同时泄流,最大泄量265m3/s。

(2)库水位在106.1~111.8m,且有错峰要求时,电厂运行,输水道全关;无错峰要求时,电厂、输水道全开泄流,最大泄量283m3/s。

(3)库水位在111.8~112.0m时,输水道与两孔溢洪道同时泄流。

(4)库水位超过112m.0时,输水道与4孔溢洪道同时泄流。

2.2 防洪预报调度方式

2.2.1 调度原则

(1)当发生频率为20%的洪水时,保水库下游拦河坝,下泄流量120m3/s。

(2)当发生频率为5%的洪水时,保证水库下游石佛寺站的组合流量不超过5500m3/s、水库上游最高水位不超过110.8m。

2.2.2 泄流方式

起调水位105.20m。

Q入≥120,q=120+q电

(2)R≥R5年时,Z=108.10~110.80

有错峰要求时,关闸,q=q电

无错峰要求时,q=200+q电

(3)R≥R20年时,Z≥110.80,q=q洞+q2孔溢

(4)R≥R100年,Z≥112.00,q=q洞+q4孔溢

以上式中 R——净雨量;

Q入——水库入库流量;

q电——电厂三台机组全开时的下泄流量;

q——下泄流量;

q洞——输水洞下泄流量;

q溢——溢洪道下泄流量;

Z——库水位。

3 调度实例

3.1 降雨情况

2005年8月13日与2010年8月20日,柴河流域发生了两次降雨分布及洪水特性十分接近的过程,但由于采用不同的调度方式,对水能综合利用效果产生的差异很大 (见表1)。

表1 洪水过程情况比较

3.2 调度效果分析

由表1可见,两次洪水过程十分接近,2005年比2010年偏大,但由于调度方式不同,两个年度内电站泄洪期发电量差别极大,现针对具体调度方式列表说明 (见表2)。

表2 不同调度方式机组出力比较

由表2对比可看出,2005年,为常规调度方式,以防洪限制水位为基本目标函数,按泄洪洞闸门全开方式最大泄量泄洪,由于电站进水口位于泄洪洞支洞,水头沿程损失之后,发电机组出力只有额定出力30%,而在加大泄洪流量之后,河道防洪标准偏低造成河道水利工程严重损毁,为了在冰冻期之前抢修水毁工程,避免秋汛,在洪水过程结束之后,又加大泄量至9月6日,然后泄洪洞与水电站同时关闸蓄水,河道开始施工。因此,此次洪水弃水多,70%由泄洪洞泄掉,而电站既受约束于水头损失,又受实际工作水头影响,没有有效利用水能。

2010年,在保证防洪要求情况下,采用防洪预报调度方案,在水位过高之后,采用集中时段大流量泄洪,根据天气预报及水文预报,逐步提高上游水位等方式,没有急于降低水库水位,增加了发电站发电时间,提高了发电水头,同时,在弃水过程中,通过最优函数计算,使得泄洪流量满足防洪要求的情境下,尽量减少发电水头损失,使发电机组得到有效利用。正是多种优化调度方案的联合应用,使得电站充分利用了此次洪水过程,上网销售电量达到800万kW·h,仅此一项就为水库增创产值240万元。

4 结 语

综上所述,通过优化调度提高水库水能利用率是十分必要的,它不仅具有重要的理论意义,而且具有更大的经济价值。

[1]王本德.水库模糊优化调度[M].大连:大连理工大学出版社,1990.

[2]李钰心.水电站经济运行[M].北京:中国电力出版社,2000

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