汾河水電站經(jīng)濟(jì)運行分析及對策

高玉琴

（山西省汾河水庫管理局，山西 太原 030006）

1 概況

汾河水庫位于汾河上游段，地處太原市婁煩縣杜交曲鎮(zhèn)下石家莊村北。水庫修建于1958年，1961年投入運行，設(shè)計總庫容7.21億m3，設(shè)計壩高61.4 m，壩長1 002 m，壩頂寬6 m，最大回水長度18 km，最大回水面積32 km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼有供水、發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖生態(tài)等綜合效益的大（二）型水利樞紐。汾河水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞和水電站5部分組成。

汾河水電站是一座壩后引水式季節(jié)性水庫電站，1982年興建，1986年竣工驗收并投入運行。水電站裝機2×6 500 kW，設(shè)計水頭52 m，最大設(shè)計流量2×14.75 m3/s，年設(shè)計發(fā)電180~220 d。運行20多年來，累計發(fā)電小時數(shù)129 836 h，累計有功發(fā)電量41 889萬kW·h，無功發(fā)電量31 415萬kW·h，為太原地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

2 存在問題

在山西已建成的水電站中，目前實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運行功能的比重偏低，一方面，重建輕管的思想依然存在，另一方面，在技術(shù)上有所欠缺。技術(shù)原因主要體現(xiàn)在：一是水庫調(diào)度研究由于徑流預(yù)報精度問題進(jìn)展緩慢，導(dǎo)致總體無法投入使用；洪水預(yù)報和氣象預(yù)報精度目前不夠準(zhǔn)確；河床受沖刷流域內(nèi)地形復(fù)雜，使得徑流預(yù)報精度不夠準(zhǔn)確，進(jìn)度緩慢，水庫調(diào)度優(yōu)化難。二是水電站缺乏實測流量儀器，過機流量主要依靠導(dǎo)葉開度和下游水文站提供的數(shù)據(jù)來推算，機組的特性曲線由模型特性曲線換算而來，與實際情況有出入，加之上游來水量與過機水量不可能完全一致，導(dǎo)致庫水位變化，從而影響計算精度。三是水電站經(jīng)濟(jì)運行主要取決于其實時性，而傳統(tǒng)的負(fù)荷等優(yōu)化算法會出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”，難以達(dá)到實時性要求。水電站運行的來水量取決于河流水文情況，具有隨機性；水電站運行方式的變化將引起上游水位的變化，會影響以后時段的經(jīng)濟(jì)運行；汾河水電站放水量取決于徑流和汾河二庫的放水情況，時間上存在延遲，所以汾河水庫、二庫水電站的運行方式是互相影響的；需考慮防洪、灌溉、工業(yè)及生態(tài)用水等綜合需要；電網(wǎng)負(fù)荷的變化也會影響其實時性。四是優(yōu)化計算為開環(huán)計算，由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，經(jīng)濟(jì)研究方法各有不同，運行條件變化時，計算結(jié)果精度難以達(dá)到要求。以上幾方面因素都嚴(yán)重制約了水電站經(jīng)濟(jì)運行功能的實現(xiàn)。

3 經(jīng)濟(jì)運行影響因素及應(yīng)對措施

水電站經(jīng)濟(jì)運行很大程度上依賴于發(fā)電機組。根據(jù)汾河水電站20多年的運行實踐經(jīng)驗，分析總結(jié)了影響水電站經(jīng)濟(jì)運行的各種原因及應(yīng)對措施。

3.1 水庫調(diào)度優(yōu)化

汾河水電站屬于季節(jié)性水電站，發(fā)電服務(wù)于灌溉、供水和生態(tài)。汾河水庫運用“蓄清排洪”方式，每年3—5月上旬為春澆期，6月下旬—7月上旬為晚春澆，9月為工業(yè)供水期，11月下旬—12月上旬為冬澆。為充分發(fā)揮發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益，生產(chǎn)管理部門應(yīng)積極進(jìn)行水情調(diào)度和地調(diào)的溝通，根據(jù)汾河水庫水情和電網(wǎng)負(fù)荷要求，合理制定生產(chǎn)計劃，并根據(jù)上游來水量及下游汾河二庫水情進(jìn)行實時調(diào)整。

3.1.1 科學(xué)分析，加強管理

第一，復(fù)核修正水文特性曲線。注重水基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計，分析多年水庫運行資料，不斷修正機組水頭—綜合出力關(guān)系曲線、出庫流量—綜合出力關(guān)系曲線等，使曲線科學(xué)反映水電站運行工況。第二，制定和出臺水電站優(yōu)化調(diào)度管理制度。水電站運行車間詳細(xì)制定了早春澆、晚春澆、汛期、工業(yè)供水、冬澆不同時期的調(diào)度預(yù)案,出臺了水庫水位控制相關(guān)規(guī)定，通過制度加強水庫調(diào)度管理。

3.1.2 善于溝通，靈活調(diào)度

要加強與水文人員溝通，及時獲取實時水情，以及下游汾河二庫的水位、出庫流量及設(shè)備運行的起始時間；運行人員根據(jù)實際水情及時與地調(diào)聯(lián)系，合理安排機組運行方式，減少機組空轉(zhuǎn)和低負(fù)荷運行時段，靈活主動地調(diào)整機組負(fù)荷曲線，充分利用水庫現(xiàn)有水量多發(fā)電。為確保春澆用電，可以在冬季提前將黃河水引入汾河水庫，提高機組運行水頭，降低發(fā)電耗水率，保持機組高效運行；水電站運行車間根據(jù)不同機組特性及調(diào)度負(fù)荷要求，制定機組運行方式，優(yōu)先運行水能利用率高的機組，優(yōu)化運行機組組合，降低輔機電機主變損耗。

3.2 機組工況優(yōu)化

第一，及時清污，減少水頭損失。要及時清除水庫攔污柵垃圾，垃圾淤積會使機組進(jìn)水中攔污柵前后水位差增大，致使機組出力大大降低；尾水渠道及時清污，以降低尾水位，減少水頭損失。根據(jù)汾河水電站多年運行資料分析，每增加1 m水頭損失，水電損失出力125 kW，每天電量損失3 000 kW·h，經(jīng)濟(jì)損失約810元，年發(fā)電損失14.5萬元。

第二，降低機組耗水率，加強經(jīng)濟(jì)運行管理。通過對歷年耗水率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)汾河水電站廠內(nèi)負(fù)荷分配不盡合理是導(dǎo)致汾河水電站耗水率增大的主要原因。為此，通過進(jìn)一步落實精細(xì)化管理，制定耗水率的技術(shù)措施，優(yōu)化設(shè)備的運行方式，加強設(shè)備狀態(tài)分析，以提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及機組利用率。同時還開展了加深機組進(jìn)相深度，減少機組空轉(zhuǎn)耗水的試驗研究工作，并加大設(shè)備巡查和日常維護(hù)保養(yǎng)力度，提高設(shè)備的檢修質(zhì)量，保證設(shè)備完好率。汾河水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運行主要是系統(tǒng)給定的負(fù)荷條件下，根據(jù)機組工作特性及運行經(jīng)驗，判斷可投入機組發(fā)電效率的高低。通過powerbase自動化投入的次序，提高機組組合及機組負(fù)荷分配，實現(xiàn)廠內(nèi)耗水量優(yōu)化控制，從而在用水量一定條件下使水電站發(fā)電量最大化。

通過采取以上措施，汾河水電站經(jīng)濟(jì)運行效果明顯：一是機組空轉(zhuǎn)時間大大縮短。以單機負(fù)荷小于3 000 kW為空轉(zhuǎn)統(tǒng)計，2011年3—4月機組累計空轉(zhuǎn)30 h，比2009年同期機組累計空轉(zhuǎn)150 h減少了120 h。二是機組耗水率降低。加強水庫水情調(diào)度，及時與地調(diào)溝通，水輪發(fā)電機始終運行在最優(yōu)工況區(qū)，耗水率由原來發(fā)電1 kW·h用水12 m3降至10 m3，降低了16%，在同樣過機水量的前提下，經(jīng)濟(jì)效益提高了10%以上。

3.3 設(shè)備運行優(yōu)化

提高水電經(jīng)濟(jì)運行，除了要保證設(shè)備安全可靠運行外，設(shè)備優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益也不可忽視。

第一，大力運用新技術(shù)，保證機組增效率。汾河水電站于2006年8月開始自動化改造，采用加拿大Powerbase公司第一代自動保護(hù)和控制Tcm-10000-2.5及后臺監(jiān)控系統(tǒng)兼容，運行良好。主要表現(xiàn)在：開停機程序化，可使開機時間由原來的50 min縮短到5 min；自動化程度提高，勞動強度減弱，勞動力減少，實現(xiàn)了“無人值班、少人值守”；保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性和快捷性進(jìn)一步加強，并且便于分析故障、事故發(fā)生的原因；機組穩(wěn)定性提高，運行中發(fā)電機組隨時提供油、水、氣、溫度指標(biāo)。輔助設(shè)備按預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行工作，及時向值班人員以語音、接收短信息的形式發(fā)送故障、事故報警信號。同時Powerbase會根據(jù)故障事故原因判斷機組是否會停機。通過自動化改造不僅縮短了并網(wǎng)時間，節(jié)省水力資源、降低成本，還直接關(guān)系到發(fā)電機的安全運行和經(jīng)濟(jì)運行。

第二，開拓思路、提升輔助設(shè)備效率。汾河水電站屬于壩后引水式水庫電站，水電站滲水較大，采用上堵下排減少水電站尾水層滲水量，將滲排水系統(tǒng)由水銀接點控制改為磁力控制，接入加拿大powerbase系統(tǒng)EXP-30擴展模塊，提高滲排水系統(tǒng)的可靠性，降低抽水次數(shù)，對輔助設(shè)備精心維護(hù)，及時完成設(shè)備消缺，提高輔助設(shè)備的效率，降低用電消耗，選用高效率的輔助設(shè)備將在很大程度上降低生產(chǎn)消耗，提高機組經(jīng)濟(jì)運行水平。

4 結(jié)語

水電站經(jīng)濟(jì)運行可以提高企業(yè)管理水平和技術(shù)實力，增加發(fā)電效益，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，還充分體現(xiàn)了利用清潔能源、節(jié)能減排的企業(yè)社會責(zé)任。汾河水電站結(jié)合增效擴容改造工程，提升水電站的管理水平，合理利用水能，其經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)步上升。