水电站经济运行与管理技术研究

秦蓉 QIN Rong；李晓超 LI Xiao-chao

（①华北水利水电大学，郑州 450045；②浙江水利水电学院，杭州 310018；③中国长江三峡集团有限公司，武汉 430000）

0 引言

传统能源的大量消耗促进了我国经济的飞速发展，同时对生态和不可再生资源无疑是一个挑战。21世纪全球都陷入了能源危机，石油、煤、天然气等传统能源面临枯竭。目前，大部分国家都对传统能源进行了保护性开采，取而代之的是新型能源行业的迅猛发展，如太阳能、风能、水能、海洋能、潮汐能等清洁能源。另外由于环境的进一步恶化，全球海平面的持续上升等，已经使各国环保部门及联合国环境规划署不得不采取一些措施来应对这种困境。可以说将来这些清洁型能源，会广泛地应用在各行各业，以减轻环境污染、温室效应等带来的问题。

习总书记提出“创新、协调、绿色、开放、共享”的五大发展理念，强调绿水青山就是金山银山，要进一步贯彻落实可持续发展观，更是向全世界提出“人类命运共同体”的倡议，我们也是切实地从自身做起，调整火电能源比例、大力支持清洁能源开发利用、光盘行动、减塑行动等一系列活动，履行大国义务，展现大国担当。水电作为清洁能源不同于火电等传统能源那样污染大，且比光电、风电、海洋能发电等技术发展完善，我国的水电蕴藏量又十分丰富。因此，大力发展水电经济，是很有必要的，也符合我国当下的国情需求[1]。

1 水电站的经济运行与管理

随着当今电力市场的不断改革，大部分水电站也正在不断完善其相关的运行管理体系。与此同时，水电站的经济效益也在逐年稳步提升。传统的管理制度在一定程度上制约着水电站国际化发展的趋势。为了确保水电站能高效稳定地发展与转型，相关人员应当重视对水电站运行管理制度的时代性、科学性，确保提升水电站的经济效益，保证其能持续健康地发展。我国水电蕴藏量十分丰富，尽管已经建设了许多工程，也取得了很多成就，但实际开发利用量仍与可开发量有很大差距。目前，在能源建设中，我国将水力发电视为一项重要措施。举世闻名的三峡工程，不仅为长江沿岸及电网提供了可靠的电力资源，而且还兼具抗洪排涝、航运灌溉等功能，可以说已经不仅仅是单纯的水电站了，更是我国历史上一项伟大的民生工程；再如黄河上的小浪底水电站，不仅可进行水力发电，而且还为两岸农业、工业等生产用水提供保障，更为重要的是，黄河沿流的水电站在汛期进行综合调度，可对黄河这个“地上悬河”冲水调沙，降低河床位置。从此黄河安澜，黄河中下游沿岸也不会再有洪灾，两岸人民尽可安心生活、生产。这些水电站的例子不胜枚举，因此可以说水电站不仅在我国的国民经济当中占具了很重要的地位，更是一项关乎民生大计的伟大工程。想要进一步缓解我国能源紧张的现状，就需要大力提倡水电站经济运行技术，提高水电站运行管理水平。这对增加电厂效益以及确保电网安全运行有着重要意义[2]。

水电站的经济运行，要因地制宜，具体问题具体分析。即不同规模、种类、布置形式的水电站选择其最佳的运行方式，在保证电力系统安全运行的前提下，增加发电效益。通俗地讲即采用具体的措施，能够用最少的水量发出最大功率的电量[3]。对于水电站经济运行而言，制定水电站的最佳运行方式，不仅能够实现工程水利向资源水利的转型，还能确保电力系统的安全生产、经济发电及经济供电等目标的实现。同时，对提升水电站运行的管理水平、增加水电站的发电量、提高流域防洪能力都有着积极的促进作用[4]。

水电站是否经济运行主要有内因和外因两个方面进行评判[5]，以往的研究主要集中于评价方法研究、考核体系建设等[6-8]，但是归根到量化指标上，以耗水率和水量利用率两评价目标为主，即耗水率越低越好[9]，水量利用率越高越好[10]。但在实际运行过程中，两者往往存在矛盾。即如果降低耗水率，电站就需要在高水位下运行，而高水位运行下，就导致水库可调节库容减少，弃水风险增加，水量利用率降低。因此，形成一个较全面的评价目标体系、合适平衡两指标、适度反映不同类型电站经济运行重点，就显得尤为重要[11]。

2 水电站经济运行管理措施

2.1 降低运行成本

降低的成本主要有三个方面，一是降低人力成本。我们可以在自动化高度发达的今天，借鉴自动化软件来替代人工，提升劳动率的同时还可以减少人力支出；二是控制采购成本，采购过程要严格公开、公平、公正，采用高性价比的设备，可有效地控制成本；三是加强对自由经费的使用，合理规划运行成本管理目标，将其形式化、制度化、有效化，确保电站成功运行的前提下，减少一些不必要的支出。

2.2 提高运行效益

提高运行效益即水电站发电小时数最大化，发电量高，效益就上去了。方式也有三个方面，一是保证设备的运行可靠性。即电站接到发电任务后，可运行机组除满足正常发电任务，还应该能够有一定的余量以应对突发状况紧急调度所需。这就要求电站人员平时要对机组设备精心养护，有问题应及时维修养护，不能在关键时刻“掉链子”；二是保证设备的运行稳定性。即机组应尽量避开不利工况或尽可能少的运行在不利工况下，更应该使机组运行在最优工况下，以保证机组在高效区运行，减少辅助设备消耗；三是优化电站调度运行方式，利用智能软件，精密计算、预测并合理分配发电任务，以避免或最大限度地减少损耗，减少弃水，让每一滴水都发挥出其应有价值。

2.3 具体措施

2.3.1 增强管理服务建设，提高工作效率

探索符合自身实际的高效管理机制，各部门之间加强联系有序配合，发现问题尽快上报、解决好问题。另外要关心员工的工作和生活，有一套员工都能满意的考核和奖惩机制，按劳分配，适当地提高员工福利待遇，从而提高其工作积极性，推动企业效益提升，以促进优化运行工作全面推进。

2.3.2 把握市场电价变化，为企业争取效益

加强与有关部门的沟通协调，把握规则，争取政策，主动申请负荷，增加发电量，同时也要合理把握电网交易市场，为企业争取最大的效益。

2.3.3 探索设备智慧管理运行模式

打铁还需自身硬，要逐渐形成一套符合自身实际的设备智慧运行机制，能及时发现设备故障及隐患并解决问题，保证设备在运行时不出大问题，不影响企业的正常生产。

2.3.4 优化设备运行方式，确保设备最大限度运行在高效区

制定合适的方案，使水电机组及其辅助设备、电气设备等均处于最优状态下运行，最大限度地避免在非最优工况下的运行时长。一来在高效率区运行有利于延长机组的工作寿命；二来还可最大限度地减少能源损耗，从而增加企业的效益。

2.3.5 优化调度模式

要做好水情预测，在保证安全的前提下，科学合理地利用来水，最大限度地减少弃水，合理安排计划发电量。另外也要和上游电站联系沟通，了解其发电规划，实现联动工作，使每一滴水都发挥出最大价值[12]。

本文将这些举措归结为两类：第一类是面对外因，即人力无法抗拒的外力所造成的，比如来流量等；第二类是面对内因，即人为因素，如管理水平、运行工况等。针对外因，这是大自然决定的，我们左右不了，只能未雨绸缪，尽我们最大的努力，通过现有的科技手段，进行预测及制定相应周密的应对方案。而取决于我们自身的内在因素，是可以通过我们自己内在的努力来改变的，比如提升我们的管理水平、自动化水平等。尤其是在科技高速发达的今天，随着计算机技术的迅猛发展，一些计算机软件得到了快速成长并被应用于我们的实际生活中，这些计算程序、软件不仅可以把我们人员本身从工作中解放出来，还能够提高效率。

2.4 实例分析

溪洛渡水电站总装机容量为1386万kW，为探索溪洛渡水电站的经济运行，刘刚等[13]对电站内各机组的特性进行了分别分析。通过对溪洛渡电站各机组运转特性曲线、耗水率曲线等分析，发现哈电集团、东电集团生产制造的机组耗水率小，福伊特公司生产的机组耗水率较大，进一步分析发现，机组在高水头、高负荷下运行可有效降低耗水率，机组要尽量运行在最优工况下。此外在机组分配任务时要优先运行水头损失小的，而漏水量较大的机组为避免浪费水能也应考虑优先运行。电网还应该对梯级电站整体进行联合规划，以使水能利用最大化。综合机组耗水率、水头损失、流量与出力关系及其他因素，刘刚等给出了18台机组的建议开启顺序。

彭水水电厂总装机容量为1750MW，肖剑等[14]为彭水水电厂设计并实现了厂内的经济运行系统。其以耗水量最小为目标，对非实时负荷分配进行了分析，基于C#和NET.Framework开发了水电站厂内经济运行系统，通过对其模型分析及模型求解方法等介绍，完成了基于粒子算法的模型系统。并将该系统成功应用于彭水水电厂，有效地解决了传统软件存在的问题。

响水水电站总装机容量为260MW，李雅楠[15]对该电站的经济运行采用的方式进行了分析，主要从四个方面即：调度方式、来水预测、运行工况、合理用电来分析了该电站的经济运行管理。具体为：上游水情预测；高效区及高水头运行；充分利用调节库容多蓄水；变负荷保证高水位运行。此外，电站还积极研究机组的超发可能性。

3 水电站经济运行与管理的算法研究

目前，对水电站的经济运行算法的研究及应用很多。水电站经济运行的研究，国内外学者从模型的调度优化和求解进行探索[16]。模型的调度优化主要从实际情况中考虑，较多的能体现出电站运行时的主要特性，同时对于模型求解方法的要求也是越简洁越好。文献[17-18]提出了一种短期运行优化模型，其优化的方案将入库流量和水头设置为定值，同时将机组启停时带来的损失也作为考量。文献[19]根据机组的投运情况，建立了考虑空载情况和开机约束的经济调度模型。在不同调度要求下的模型也随着深入的研究，变得更加完善，也反映出真实状态下的水电站运行。水电站经济运行的模型有着很多约束条件和目标函数的非线性问题[20]，最早的研究大多基于动态规划法[21-23]，但是受制于“维数灾”，进而影响计算的精度及效率。随着研究的深入，一些新的智能算法取代了传统的方法[22]，文献[24-25]基于遗传算法求解水电站经济运行的模型，从多个初值点开始，沿多条路径进行搜索。文献[26-27]基于改进的粒子群算法（PSO）进行水库调度。Zhao Zhang[28]提出一种基于站点跳过的优化调度方法，可减少一个或多个泵站的使用，并优化总水头到其他站点的分配。文献[29]在多约束条件下，提出利用变异算子自适应变化的进化规划算法,求得耗水量最低的厂内经济运行方式。同时对三峡水电站24h运行情况进行算例分析，验证了所提方法的正确性和有效性。

4 结语

本文对目前国内在水电站经济运行与管理的研究现状进行总结和拓展，并引用具体电站进行分析论证。水电站经济运行与管理水平付诸具体实施的同时，对水电站运行调度模型、算法的优化不仅有利于进一步提高水电站经济运行与管理水平，同时也是电站自动化建设的重要部分，向“无人值班，少人值守”的目标更进一步，同时电站的经济效益也得到了很大的提升。尽管水电站经济运行与管理目前仍在不断地探索，尚没有形成统一的技术理论，但我们取得的成果还是有目共睹的，我们要继续结合实际，探索出一套适合自身实际的水电站经济运行与管理系统。