小型径流式水电站水能复核研究

□ 程大鹏 □魏跃民

(1郑州大学水利与环境学院 2河南省陆浑水库管理局陆浑水电站)

1 工程概况

迎水寺水电站位于信阳市固始县，其建址于鲇鱼山水库中干渠上，目前电站装机1600 kW（2×800kW），1978年开始建设，1984年5月投产发电。电站设计水头15.50m，最大水头15.70m，最小水头15m，设计流量单机6.90m3/s，设计多年平均发电量380万kW·h。在农田灌溉季节，电站利用渠道灌溉放水发电；在非灌溉季节，利用鲇鱼山水库鲇鱼山水电站发电尾水发电。电站自建成并网运行至2011年底累计发电量为9800万kW·h，年均发电量350万kW·h。

迎水寺水电站经过多年运行，其设备老化较为严重，安全操作性差，综合能效较低。为提高电站对水能的利用效率，进一步发挥其发电效益，拟对迎水寺水电站进行全面的技术更新改造。考虑电站建设年代较早，为合理确定其装机方案，需通过水库的调节计算，结合水库与电站的运行特性，对其装机方案进行复核，选出其合理的装机方案。

2 水文径流资料选取

鲇鱼山水库为河南省南部的大型水库，其水文径流资料较为全面，本次迎水寺水电站的径流资料根据鲇鱼山水库1987—2010年共24 a历年出库流量资料进行推求，以此作为此次水能复核计算的引用径流系列，其多年径流过程如图1所示。

由图1可知，1987—2010年24 a间的年径流量总体较平稳，近年来由于受到人类活动以及地面植被变化的影响，径流较上世纪有减少趋势。迎水寺水电站多年平均年径流量为1.70亿m3，年径流量最大值3.50亿m3，年径流量最小值0.80亿m3，1987—2010年24 a间来流相差较大，水能复核选取来水系列中包含了丰、平、枯典型年，因此选取径流资料系列具有代表性。

图1 电站多年径流过程图

3 径流资料排频

由于电站对不同来流的利用情况不同，因此，必须对其来流按照流量区间进行排频，划分流量区间过大，则导致计算精度过低，划分流量区间过小，则会导致计算工作量的增加，因此，选择排频流量的划分区间应充分考虑计算精度与计算效率，本次水能计算选取的流量区间为1m3/s，其流量统计见表1。

以上数据处理采用经验公式，为更精确地描述电站引水流量情况，利用皮尔逊Ⅲ型曲线表示流量频率关系，如图2所示。

图2 流量频率曲线图

表1 多年径流资料流量统计表

统计分析多年径流资料可知：1987—2010年24a间迎水寺水电站多年平均流量为5.30m3/s，最大流量为60.50m3/s，流量相差悬殊；各年4—8月来流均较大，为汛期月份，汛期持续时间较长、水能资源充沛，平均流量为9.90m3/s，最大流量可达60.50m3/s。

4 水能计算分析

电站的出力计算按照式（1）计算[3]：

式中，K为综合出力系数；Q为发电流量，对于列表法，取排频流量的平均值；为发电净水头，H对于迎水寺电站，取其设计水头15.5m。

其发电时间为流量出现频率与年小时的乘积，发电量为发电时间与其出力乘积，以此方法计算不同装机对应的发电量如图3所示。

图3 电站多年平均发电量与装机容量关系曲线图

从电站年均发电量与装机容量的关系可知，电站总装机容量在1800 kW以下均比较合理，>1800 kW后年均发电量增幅变化不大。但是考虑到电站为改造项目，受到原有发电机组所在土建部分以及引水管道过流能力的限制，不可能增幅太大。

5 装机容量确定

结合迎水寺水电站的实际运行情况，初步拟定以下两种装机方案：方案一：保持现有2台机组单机容量800 kW不变，仅更换高效机组，总装机容量仍为1600 kW；方案二：1台机组保持原装机800 kW不变，另1台机组增容至1000 kW，总装机容量达到1800 kW。现对上述两种方案进行技术经济论证分析，改造后年均发电效益计算时上网电价按0.32元/kW·h，计算得到年均发电毛效益；通过查阅国内目前水电设备的价格情况以及厂家询价，对电站改造方案的机组报价给出参考价格。迎水寺水电站技改方案投资差异在不考虑土建情况下，主要在于发电机组、变压器、调速器的差异，其余辅助设备差异较小，因此，在投资比较时取两者的投资进行比较，综合列表如表2所示。

表2 迎水寺水电站技术改造方案经济比较表

由表2可知，两种初拟技改方案电站年均发电量和发电收益较实际多年运行状况均有大幅提升，但方案一的效益投资比高于方案二；通过对1987—2010年24 a间径流资料统计分析可知，平均每年径流达到和超过13.20m3/s即以装机1600 kW满负荷运行的时段比例为10.80%，而平均每年径流达到和超过14.90 m3/s即以装机1800 kW满负荷运行的时段比例仅为8.30%，且近年来天然径流受人类活动及地面植被变化影响有减少趋势，如果电站扩容，不仅水能上无法对其提供有力支撑，降低电站年利用小时数和设备利用率，同时不利于对原有土建部分的适应性，因此，本次技术改造最终确定的迎水寺装机容量为1600 kW（2×800 kW）。

6 结语

本文结合迎水寺水电站技术改造工程，充分水电站的实际运行情况，在对水文资料进行分析的基础上，应用列表法对其水能进行分析计算，并通过对不同方案进行比选，最终确定了合理的装机方案，对迎水寺水电站的技术改造具有一定的指导意义，也可以为类似工程提供必要的参考。

[1]赵鹏.基于模糊物元的中小型水电站增容改造方案研究[D].郑州大学,2010.

[2]伯纳德·佩利肯，张学进.奥地利小水电发展现状[J].中国农村水利水电,2002(8):56-57.

[3]马跃先，马希金，闫振真.小型水电站优化运行与管理[M].郑州，黄河水利出版社，2000.