對(duì)滄源縣新牙河零級(jí)電站改建為抽水蓄能電站研究

馮 慧 陳 梅

（臨滄市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 677000） （臨滄水文水資源分局 677000）

電力生產(chǎn)要求及時(shí)適量供應(yīng)，電網(wǎng)送出的電力必須與當(dāng)時(shí)的用電需求相一致，發(fā)、供、用三個(gè)環(huán)節(jié)必須同時(shí)完成。然而電力系統(tǒng)的用電需求是隨時(shí)變化的，電力生產(chǎn)的及時(shí)性和用電負(fù)荷的多變性，要求發(fā)電設(shè)備必須具備可調(diào)節(jié)性。但電力又不像一般產(chǎn)品，一時(shí)用不完可以大量?jī)?chǔ)存起來，為解決這一矛盾，建設(shè)抽水蓄能電站是一個(gè)比較好的選擇，1882年瑞士就建成投產(chǎn)了世界上第一座抽水蓄能電站——蘇黎世奈特拉抽水蓄能電站。

抽水蓄能電站實(shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，它利用水為載體，將電力系統(tǒng)的電能在時(shí)間上重新分配，以協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的發(fā)電出力與用電負(fù)荷在時(shí)間分配上的不一致性，從而達(dá)到系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行之目的。電站由上水庫、下水庫、輸水道、廠房及開關(guān)站等組成。通俗的說法就是用負(fù)荷低谷區(qū)的剩余電力將下水庫的水抽到上水庫，將電能轉(zhuǎn)化為位能儲(chǔ)蓄起來，待電力系統(tǒng)負(fù)荷回升時(shí)，再將上庫的水通過水輪發(fā)電機(jī)組放回下水庫，將水的位能轉(zhuǎn)換成電能送回電網(wǎng)。在以火電和核電為主要電源的電網(wǎng)中，抽水蓄能電站的削峰填谷、調(diào)整系統(tǒng)頻率、調(diào)整系統(tǒng)電壓和配合核電機(jī)組運(yùn)行等作用顯得尤其重要。以水電為主的電網(wǎng)中，只要條件合適，也可以建設(shè)季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，主要作用是將汛期多余的來水抽蓄儲(chǔ)存后供枯水期使用，承擔(dān)調(diào)節(jié)年內(nèi)豐、枯季節(jié)電力負(fù)荷不均勻任務(wù)，可以避免或減少棄水，充分利用水資源，替代火電煤耗，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本，減少環(huán)境污染。

1 項(xiàng)目背景

新牙河屬怒江水系，發(fā)源于滄源縣境內(nèi)最高峰窩坎大山（海拔2605.4m），匯入芒庫河，河段長(zhǎng)9.60km，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)利用落差1391m，規(guī)劃6級(jí)開發(fā)，總裝機(jī)容量29360kW（見表 1）。

結(jié)合新牙河一級(jí)電站建設(shè)修建了庫容136萬m3的翁丁水庫，第三期農(nóng)村初級(jí)電氣化建設(shè)時(shí)建成了跨流域調(diào)水的勐冷水庫，庫容804萬m3，由于勐冷水庫來水量不足，兩座水庫實(shí)際年調(diào)節(jié)水量約730萬m3。

新牙河零級(jí)電站位于翁丁水庫壩前庫岸，利用勐冷水庫和翁丁水庫之間250m的落差發(fā)電，尾水進(jìn)入翁丁水庫后，調(diào)節(jié)新牙河梯級(jí)電站枯季發(fā)電。電站工程由滄源縣水電局完成規(guī)劃和勘測(cè)設(shè)計(jì)，為充分利用上游調(diào)節(jié)水庫庫內(nèi)水頭，并為今后改建為抽水蓄能電站打好基礎(chǔ)，電站露天壓力管道與水庫無壓隧洞內(nèi)有壓輸水管道連接，管道全長(zhǎng)2.72km。輸水隧洞內(nèi)壓力管段出口處布置有直徑2.50m的差動(dòng)式調(diào)壓井、控制閥和管道放空閘閥。電站土建工程于1996年3月開工，由于受水庫輸水隧洞工程進(jìn)度影響，加之資金不能按時(shí)到位，1997～1998停工兩年，直到1999年11月才竣工投產(chǎn)。

勐冷水庫建成后已對(duì)新牙一級(jí)電站進(jìn)行增容擴(kuò)建，新增裝機(jī)容量2500kW，并計(jì)劃對(duì)新牙河二級(jí)電站加裝一臺(tái)4000kW機(jī)組。

表1 新牙河開發(fā)規(guī)劃

翁丁水庫本區(qū)控制徑流面積7.10km2，外引區(qū)徑流面積5.77km2（引渠過流量2.50m3/s），全部為森林覆蓋。多年平均降水量高達(dá)3930mm，多年平均產(chǎn)水率260萬m3/km2。水庫壩高26m，庫容只有136萬m3，整個(gè)汛期除滿足新牙河一級(jí)電站發(fā)電外，都得棄水運(yùn)行。為保證水庫安全運(yùn)行，在入庫右支流上開挖了導(dǎo)洪出庫工程。由于水庫壩址地質(zhì)結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，加之地形限制，對(duì)翁丁水庫進(jìn)行擴(kuò)建并不經(jīng)濟(jì)。勐冷水庫本區(qū)控制徑流面積3.33km2，外引區(qū)徑流面積0.8km2，全部為森林覆蓋。多年平均降水量2960mm，多年平均產(chǎn)水量590萬m3。水庫壩高36m，庫容804萬m3，屬多年調(diào)節(jié)水庫。地形和地質(zhì)條件具備擴(kuò)建的條件，將攔河壩加高5m，庫容可以達(dá)到1300萬m3。

新牙河零級(jí)電站直接從勐冷水庫取水，由于水庫屯蓄水量少，使得零級(jí)電站只能在枯水期調(diào)峰運(yùn)行，年發(fā)電量?jī)H450萬kW·h，裝機(jī)利用小時(shí)1800h，整個(gè)汛期都處在停機(jī)狀態(tài)。因此有必要借助零級(jí)電站管道，將翁丁水庫汛期多余來水抽到勐冷水庫屯蓄，并擴(kuò)建勐冷水庫?？菁痉潘l(fā)電，可以改善新牙河梯級(jí)電站的枯季出力狀況，增加寶貴的枯季電力。在勐冷水庫和零級(jí)電站設(shè)計(jì)時(shí)曾作過抽水蓄能方案研究，限于當(dāng)時(shí)條件沒有實(shí)施，但仍然鋪設(shè)了2.72km的有壓管道，為方案的實(shí)施打下了一定基礎(chǔ)。

臨滄電網(wǎng)中的水電比重較大，并且基本都是無調(diào)節(jié)能力的徑流式電站，枯季出力只能達(dá)到裝機(jī)容量的20%左右，為解決枯季供電問題，現(xiàn)行的主要途經(jīng)是向省電網(wǎng)購入和鼓勵(lì)修建高水頭有調(diào)節(jié)能力的電站，但目前情況是省電網(wǎng)枯季仍然缺電，修建有調(diào)節(jié)水庫的高水頭電站一則資源有限，二則林地、土地和淹沒賠償工作投入巨大，投資商多不愿涉足，因此有必要再次研究將新牙河零級(jí)電站改建為抽水蓄能電站的方案。

2 設(shè)計(jì)年徑流

2.1 參證站選擇及計(jì)算方法

設(shè)計(jì)流域內(nèi)只有翁丁水庫1989～1993年的實(shí)測(cè)降雨資料（自計(jì)和普計(jì)）無實(shí)測(cè)徑流資料，直距30km的勐董水文站與設(shè)計(jì)流域水文環(huán)境區(qū)域相似，降水徑流成因基本一致、下墊面因素基本相同，故選擇勐董水文站作參證站。用面積比加降水修正的方法推求翁丁水庫的設(shè)計(jì)年徑流，其他方法為輔作合理性檢查。

2.2 設(shè)計(jì)年徑流

勐董水文站的多年平均徑流有30水文年的實(shí)測(cè)資料，基本滿足水文設(shè)計(jì)新規(guī)范資料年限需在30年以上的要求。由勐董水文站實(shí)測(cè)系列年平均徑流量系列，應(yīng)用常規(guī)頻率分析計(jì)算方法，推求得勐董水文站設(shè)計(jì)年徑流，采用面積比加降水修正的方法推求設(shè)計(jì)流域的設(shè)計(jì)年徑流，計(jì)算公式為

式中W設(shè)——翁丁水庫設(shè)計(jì)年徑流量，萬m3；

W勐——勐董水文站設(shè)計(jì)年徑流量，萬m3；

F設(shè)——翁丁水庫集水面積，取本區(qū)7.10km2、引水區(qū)5.77km2；

F勐——勐懂水文站集水面積，取41.6km2；

H設(shè)——翁丁水庫多年平均降水量，取3930mm；

H勐——勐懂水文站多年平均降水量，取2262mm。

將相關(guān)數(shù)值代入，推求出翁丁水庫及引水區(qū)設(shè)計(jì)年徑流。成果見表2、表3。

設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配，按水量相近且分配對(duì)工程不利的原則，直接從勐董水文站的實(shí)測(cè)徑流系列中選取，即根據(jù)勐懂水文站徑流實(shí)測(cè)期的年內(nèi)變化情況，選取1971～1972年為P=20%中等豐水代表年，1986～1987年為P=50%平水代表年，1978～1979年為P=80%中等枯水代表年，按同倍比法進(jìn)行設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配計(jì)算。月分配成果見表4、表5，月平均流量成果見表6、表7。

表2 翁丁水庫本區(qū)設(shè)計(jì)年徑流成果

表3 翁丁水庫引區(qū)設(shè)計(jì)年徑流成果

3 項(xiàng)目規(guī)劃

新牙河零級(jí)電站的上水庫（勐冷水庫）、下水庫（翁丁水庫）、輸水道、廠房及升壓站和35kV輸電線路以及相應(yīng)的管理設(shè)施已全部建成，加裝一套水泵即可以實(shí)現(xiàn)抽水蓄能目的。計(jì)劃在發(fā)電球閥前設(shè)置岔管安裝水泵，水泵安裝高程不能低于翁丁水庫的校核洪水位1862.5m，也不宜高于零級(jí)站地坪1864m，當(dāng)翁丁水庫水位低于1856米時(shí)停止抽水。勐冷水庫正常水位2118m，如擴(kuò)建則有可能提高到2123m，地形揚(yáng)程為263m。新增工程內(nèi)容為 φ600球閥 1套，φ600鋼管30m，揚(yáng)程 320m、出流 0.7m3/s水泵 1臺(tái)，2500kVA、6.3/0.4kV變壓器1臺(tái)，房建120m2。電站裝機(jī)規(guī)模維持現(xiàn)狀不變，改建成早期純抽水蓄能電站所采用的水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和水泵四機(jī)分置的組合式抽水蓄能電站，便于使水輪機(jī)和水泵都按最佳效率運(yùn)行。為了獲得較大蓄水庫容，有必要同時(shí)擴(kuò)建勐冷水庫。

表4 翁丁水庫本區(qū)設(shè)計(jì)年徑流量年內(nèi)月分配成果

表5 翁丁水庫引區(qū)設(shè)計(jì)年徑流量年內(nèi)月分配成果

表6 翁丁水庫本區(qū)設(shè)計(jì)年徑流月平均流量成果 單位：m3/s

表7 翁丁水庫引區(qū)設(shè)計(jì)年徑流月平均流量成果 單位：m3/s

從表 8、表 9 可以看出，6、7、8、9、10 五個(gè)月來水量占全年來水量的85%左右，此期間系統(tǒng)內(nèi)電力相對(duì)富余，新牙河一級(jí)電站可以適當(dāng)少發(fā)電，在7、8、9三個(gè)月可以做到滿發(fā)滿抽，來水量可以滿足設(shè)計(jì)要求。

零級(jí)站運(yùn)行方式：枯水期1、2、3、4、5五個(gè)月為發(fā)電運(yùn)行期，此時(shí)段開啟發(fā)電球閥，關(guān)閉抽水球閥。平水期11、12兩個(gè)月既不發(fā)電也不抽水。汛期6、7、8、9、10五個(gè)月為抽水期，此時(shí)段關(guān)閉發(fā)電球閥，開啟抽水球閥。最大抽水量按800萬m3/年設(shè)計(jì)（勐冷水庫不擴(kuò)建時(shí)則只需抽250萬 m3/年）。

從能量守恒原理看，抽水蓄能電站本身的電量轉(zhuǎn)換存在“4度換3度”的情況，但新牙河梯級(jí)電站是個(gè)特例，發(fā)電水頭和抽水揚(yáng)程之比是5.35∶1（1391/260），按年抽水量 800萬m3計(jì)算，扣除損耗，實(shí)際做功水量按760萬m3計(jì)算（水庫原來蓄水庫容不參加分析），為便于進(jìn)行粗線條分析，以760萬m3水量按零級(jí)站滿發(fā)時(shí)的1.32m3/s等流量供出并且下游各梯級(jí)電站不發(fā)生棄水的理想狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，各梯級(jí)電站年增加電量見表10。

表8 設(shè)計(jì)抽水期入庫水量 單位：萬m3

表9 設(shè)計(jì)抽水期入庫月平均流量 單位：萬m3

表10 零級(jí)站改建后各梯級(jí)電站年增加電量

從表10可以看出，通過抽水蓄能改造，新牙河梯級(jí)電站可以新增枯季出力11392kW，增加枯季電量2220萬kW·h，扣除抽水耗電量576萬kW·h（1600kW×150天×24h），凈增發(fā)電量 1644萬kW·h。

實(shí)際運(yùn)行工況時(shí)運(yùn)行時(shí)間將比本方案計(jì)算時(shí)間要長(zhǎng)，增加出力將達(dá)不到11392kW，但新增發(fā)電量相差不會(huì)太多，以此作收入測(cè)算。

4 投資估算

項(xiàng)目總投資930萬元，主要包括兩項(xiàng):

a.勐冷水庫擴(kuò)建投資。為了達(dá)到收益最大化，將新牙河零級(jí)電站改建為抽水蓄能電站時(shí)，應(yīng)同步將勐冷水庫攔河壩加高5m，使庫容達(dá)到1300萬m3。現(xiàn)有水庫壩頂高程2120m，頂寬6m，加高后壩頂高程為2125m，最大壩高41m，頂寬7m，回填土石方11萬m3，翻動(dòng)原壩體2萬m3，右岸單薄山梁需作加固處理，建筑工程估算投資420萬元，其他投資180萬元，合計(jì)600萬元。

b.電站改造投資。電站土建投資主要包括房建和抽水機(jī)基礎(chǔ)和進(jìn)水廊道建設(shè)，估算50萬元。設(shè)備投資包括抽水機(jī)組、變壓器、電氣控制盤柜和球閥、鋼管道等，估算投資160萬元，其他投資120萬元，合計(jì)投資330萬元。

表11 國民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算 單位：萬元

表12 財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算 單位：萬元

5 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)按投入產(chǎn)出法進(jìn)行，成本計(jì)算中固定成本只計(jì)算勐冷水庫擴(kuò)建和電站改建投資新增折舊及固定修理費(fèi)，單位電量可變成本按新牙河梯級(jí)電站近三年平均值計(jì)算；效益計(jì)算包括有項(xiàng)目后梯級(jí)電站全部新增收益。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)計(jì)算期包括1年建設(shè)期和20年生產(chǎn)期。

a.國民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。按影子電價(jià)0.244元/（kW·h）(電網(wǎng)距離調(diào)整系數(shù)K1=1、缺電情況調(diào)整系數(shù)K2=1.1、交通運(yùn)輸條件調(diào)整系數(shù)K3=1.15)，基準(zhǔn)收益率12%，年折舊率5%，固定修理費(fèi)率25%，單位電量可變成本0.02元/（kW·h），計(jì)算項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率42.44%，計(jì)算期內(nèi)經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值1822.30萬元，經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比2.34。

b.財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。按項(xiàng)目新增固定資產(chǎn)投資

30%為資本金注入，70%銀行貸款，貸款利息7.2%；所得稅率33%；枯期上網(wǎng)電價(jià)0.22元/（kW·h），汛期抽水電價(jià)0.15元/（kW·h），基準(zhǔn)收益率12%，年折舊率5%，固定修理費(fèi)率25%，單位電量可變成本0.02元/（kW·h），計(jì)算所得稅后項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率23.39%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值643.36萬元，貸款償還年限5年；計(jì)算期內(nèi)項(xiàng)目總納稅額2393萬元。評(píng)價(jià)結(jié)果見78頁表11、12。

6 結(jié)語

新牙河零級(jí)電站已具備改建為抽水蓄能電站的有利條件，上下水庫、輸水壓力管道、輸（出）入線路、發(fā)電設(shè)備和外引渠道均已建成，來水充足，能滿足抽水蓄能需要。可以充分利用水資源，避免或減少棄水，提高新牙河梯級(jí)電站的枯季出力，符合建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的宏觀要求。財(cái)務(wù)指標(biāo)優(yōu)越，投資回報(bào)率高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。建議當(dāng)?shù)卣退姓鞴懿块T引導(dǎo)新牙河開發(fā)商開展一些必要的前期工作，擇期建設(shè)。