冬季枯水期吉林台梯级水电调度优化方式的探讨

李国庆，丘 刚，常喜强，赵新蔚，杨桂兴

(1.国网新疆电力公司，新疆 乌鲁木齐 830000;2.国电龙源达坂城风电场，新疆 乌鲁木齐 830039;3.国网乌鲁木齐供电公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 流域概况

喀什河为伊犁河的第二大支流，流域呈狭长的柳叶形羽状水系，总面积9 578 km2，河长297 km，天然落差2 506 m。该河属典型的冰川积雪补给为主的河流，径流的补给方式是以冰川积雪融水补给为主，降雨补给为辅，地下水补给次之的混合型补给。喀什河流域目前运行的水电站包括吉林台水电站、吉林台二级水电站、尼勒克水电站、温泉水电站、托海水电站。模式为吉林台一级电站水库库容较大，具有不完全多年调节性能;其余各级均为水库调节能力较小的周调节、日调节水电站或者是径流式水电站 (见图1)。

图1 喀什河流域梯级水电站分布示意

2 2014年流域水情情况及来水预测

2014年喀什河遭遇60 a来最严重干旱，属特枯年份，整个汛期来水严重偏枯，6、7、8月份日均出现超过200 m3/s的天数仅有14 d。2014年汛期的平均入库流量仅有157 m3/s，比多年汛期平均入库流量214 m3/s偏少26.64%。由于水库来水量偏少，属于特枯水年，使得发电与下游用水间存在很多矛盾［1］。

根据喀什河流域水文特性分析，喀什河流域来水受气候影响较为明显，预计2015年度喀什河流域降雨、降雪量较往年严重偏少，就目前降水情况来看，2015年来水形势不容乐观。

根据吉林台下游尼勒克县灌区及温泉下游喀什河流域管理处提供的2015年度灌溉用水计划，喀什河中下游灌溉用水量较2014年有显著增加。在2015年4～8月灌溉高峰期，很有可能多次出现因电网负荷受限喀什河流域下泄流量过小以及喀什河流域来水较小等而引发的供水矛盾问题。

3 水库调度方案制定原则

3.1 总原则

按照水库调度设计确定的任务、参数、指标及调度原则，在确保大坝安全的前提下，充分发挥水库的综合利用效益。考虑安全约束、以水定电，发挥水库的综合效益和水电站在电网运行中的调峰、调频和事故备用等作用［2］。

3.2 梯级水库调度细化原则

流域梯级调度根据来水预测，统一调度各站水库，控制好不同时期水库水位，确保首级水电站水库不弃水，尽量减少下游水库的弃水量。

4 方案制定存在问题及考虑因素

4.1 喀什河梯级水电站冬季水电调度存在问题

(1)蓄水问题。10月初吉林台一级水电站水库水位仅比死水位高出2 m，比正常蓄水位低了接近38 m，少蓄水量15.3亿m3，水库已经基本丧失调节能力。

(2)电站特殊作用。吉林台水库地理位置特殊，担负着喀什河下游的城镇生活用水、农业灌溉用水、工业用水等任务。

(3)电站水电调度与电网运行制约关系。吉林台水电站担负着新疆电网的基荷和调峰调频调压等任务，综合要求较高，供水和蓄水矛盾较大，在特枯水年矛盾更加突出。

4.2 喀什河梯级水电站冬季水电调度考虑因素

为保证2014年冬天喀什河流域的防冰凌安全和2015年农业灌溉用水需求，对调度部门制定喀什河流域水电厂发电计划提出了很高的要求，本次水库调度方案的制定和优化主要考虑了以下几个方面:

(1)气象预报和水文预报信息对水库调度运用的指导。利用准确及时的中短期和长期气象及水文预报信息，对水库蓄水、防冰凌及保证灌溉提供了很强的指导作用。

(2)特枯水年及时调整水库运行方式，保证水库经济运行。调度部门在发电计划的制定上以气象预报、水文预报信息为参考，在运行方式上进行灵活调整、优化，尽量弥补水库因干旱带来的蓄水损失。

(3)充分发挥梯级电站中各水库的调节作用。因吉林台一级站尾水和吉林台二级站库区连在一起，吉林台二级水库有346万m3的调节库容，可对吉林台一级水电站调峰运行起到一定的反调节作用，具备日调节能力。此次调度方案的制定充分考虑和发挥了吉林台二级水库的日调节能力，通过一级站集中发电放水由二级站水库拦水，再通过二级站均衡稳定的下泄，满足了下游的基本用水需求。

5 水库调度方案优化及调整

根据喀什河流域的来水预测、用水需求、水库水位等情况，此次新疆调控中心分别制定了连续发电、集中发电两种运行方式，并反复进行对比，最终确定了最优的运行方案;即在伊犁河下游河道封冻前，吉林台一级水电站“每天集中发电、最大限度蓄水”。具体运行方式为:每天早晚新疆用电负荷高峰，即7∶00～11∶00和19∶00～23∶00期间，1台机组发电，出力为5.5万kW，其余时间全站停机;为了保障吉林台水库下游生态及发电用水，吉林台二级水电站带基荷0.5万kW，确保下泄流量均衡稳定。因吉林台一级站尾水和吉林台二级站库区连在一起，吉林台一级站停机期间不会产生此区间断流问题，吉林台二级站下游将通过吉林台二级水库 (日调节能力)调节满足下游流量均衡稳定和基本的用水需求。

在下游河道封冻后 (预计12月底左右)，将方式调整为:吉林台一级水电站机组需要连续发电，单机3～5万kW，确保下泄流量在40～60 m3/s，以保障下游流域的防冰凌安全;下游其他水电站“以水定电”，尽量减少小水库水位变幅，以确保大坝、引水渠道等水工建筑物的安全。

现将2014年10月底至11月初15 d期间的集中发电与连续发电两种运行方案进行对比分析。

5.1 连续发电

吉林台一级水电站单机运行每天平均出力1.26万kW(每天发电量30万kW·h)，连续发电日计划曲线如下所示 (见图2)。

图2 连续发电日计划曲线

根据上述发电曲线可以得出15 d的发电量、耗水量及水位变化情况 (见表1)。

表1 连续发电的运行方案

5.2 集中发电

将现有的单机运行每天平均出力1.26万kW(每天发电量30万kW·h)调整为新疆用电负荷早晚高峰期 (7∶00～11∶00、19∶00～23∶00)发电，其他时间全站停机备用。集中发电日计划曲线如下所示 (见图3)。

图3 集中发电日计划曲线

根据上述发电曲线可以得出15 d的发电量、耗水量及水位变化情况 (见表2)。

从表1、表2的发电水量和水位升高对比看，集中发电的运行方式比连续发电的运行方式有明显的节水效果，期间集中发电相对连续发电节约水量共0.208亿m3，期末水位升高了0.72 m。连续发电的运行方式由于机组长期处于低水头、低负荷运行，造成水耗偏高为7.76 m3/kW·h;集中发电运行方式的水耗为4.02 m3/kW·h。

表2 集中发电的运行方案

6 结论及建议

通过上述分析，在目前吉林台水库低水头运行情况下，通过合理安排负荷，在两种发电方式电量基本持平的情况下，集中发电较连续发电有较大优势，水耗大幅度下降，同期水位涨幅较高;吉林台一级水电站集中发电时段与新疆电网、伊犁地区电网负荷特性相符合，满足了电网调峰的需要，避开了吉林台一级水电站机组运行振动区 (3.5万kW以下)。因此在满足喀什河流域下游冬季用水的前提下，采用集中发电的运行方式不仅能达到吉林台水库蓄水的目的，还能在此基础上多发电，降低水耗，提高水能利用率。