寶珠寺水力發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析及優(yōu)化

田明

(華電四川發(fā)電有限公司寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元 628003)

1 寶珠寺水力發(fā)電廠概況

華電四川發(fā)電有限公司寶珠寺水力發(fā)電廠位于四川省廣元市境內(nèi)，是嘉陵江水系白龍江干流上第2座水電站，控制流域面積為28 428 km2。該電站是以發(fā)電為主，兼有灌溉和防洪等效益的綜合利用的大(I)型工程，攔河壩為混凝土實(shí)體重力壩，中間壩后式廠房。大壩全長(zhǎng)524.48 m，最大壩高132.00 m，壩頂高程595.00 m；總庫(kù)容25.5億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容13.4億m3。電站裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量175 MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量23.5億kW·h。電站出線四回，采用發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線方式，以220 kV電壓等級(jí)并入四川電網(wǎng)。電站于1984年10月開工建設(shè)，1996年12月首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，1998年6月機(jī)組全部建成投產(chǎn)發(fā)電，擔(dān)負(fù)著四川電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的任務(wù)。電站投產(chǎn)以來(lái)，充分發(fā)揮了可調(diào)節(jié)水庫(kù)庫(kù)容和機(jī)組快速反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，是川西北地區(qū)的重要電源支撐點(diǎn)。

2 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要性及目標(biāo)

水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是以電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)供電為目標(biāo)，制訂最優(yōu)運(yùn)行方式，以一定的水電能源獲取最大的發(fā)電量。開展水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作，提高水電站運(yùn)行的管理水平，挖掘潛力，對(duì)增加水電站的發(fā)電效益、確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，是充分利用水能資源、減少水能消耗的有效措施，也是水電廠在“廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的電力系統(tǒng)新體制下降低生產(chǎn)成本的重要手段。水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是在保障安全、可靠發(fā)供電以及多目標(biāo)綜合利用的前提下，合理、有效、最大限度地利用水能、節(jié)約能源、多發(fā)電，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

寶珠寺水力發(fā)電廠機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要性：一是用價(jià)值思維的理念充分應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)增速回落、用電需求下降、水電新增機(jī)組多、電力產(chǎn)能過(guò)剩壓力增大、機(jī)組利用小時(shí)可能大幅下降等的影響；二是最大限度提升電價(jià)執(zhí)行水平，以應(yīng)對(duì)近年來(lái)氣候異常、流域來(lái)水不確定、發(fā)電量難以有效保證而造成的影響。寶珠寺水力發(fā)電廠作為具有年調(diào)節(jié)能力的電站，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)為：負(fù)荷和水頭一定時(shí)，廠內(nèi)機(jī)組總耗水率最??；減少機(jī)組低負(fù)荷及空載運(yùn)行時(shí)間；電量結(jié)構(gòu)合理，提高上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行水平。

3 影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素分析

3.1 耗水率

耗水率是衡量水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)，而影響該指標(biāo)的主要因素之一就是水輪機(jī)的運(yùn)行工況，因此要降低耗水率，必須優(yōu)化水輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，改善其運(yùn)行工況。下面從水輪機(jī)運(yùn)行的2個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——工作水頭和運(yùn)行效率出發(fā)，進(jìn)行優(yōu)化分析。

3.1.1 工作水頭

水輪發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)為：額定出力,175 MW；額定水頭,94.4 m；最大水頭,103.0 m；最小水頭,68.5 m；額定流量,239 m3/s；額定效率,94%。從這些數(shù)據(jù)可看出，水頭最大變幅達(dá)34.5 m。而從水輪機(jī)的出力公式N=9.81qVhη不難分析運(yùn)行水頭與出力的關(guān)系：對(duì)理想狀態(tài)而言，在效率η和流量qV不變的情況下，水頭h與出力成正比，運(yùn)行水頭越高，機(jī)組出力就越大。也就是說(shuō)，水頭越高，水輪發(fā)電機(jī)組耗水率就越低。表1為寶珠寺水力發(fā)電廠水輪機(jī)在不同負(fù)荷、不同水頭下的耗水率。

由表1可知，機(jī)組帶固定負(fù)荷120 MW時(shí)，最大工作水頭與最小工作水頭下的耗水率相差0.96m3/(kW·h)，顯然，水輪機(jī)工作水頭對(duì)其耗水率有顯著的影響，因此，要降低發(fā)電耗水率必須提高水輪機(jī)的工作水頭。假設(shè)發(fā)電用水量同為1億m3，則對(duì)應(yīng)低、中、高水頭的發(fā)電量分別為18.62，20.85及22.67 GW·h，發(fā)電量差別達(dá)4.05 GW·h，以寶珠寺水力發(fā)電廠2011年平均電價(jià)0.512 81元/(kW·h)(含稅)計(jì)，經(jīng)濟(jì)效益相差207萬(wàn)元。

表1 寶珠寺水力發(fā)電廠水輪機(jī)在不同負(fù)荷、不同水頭下的耗水率 m3/(kW·h)

提高水頭的措施：(1)在保證安全的前提下，盡一切可能提高上游水位，這是提高水頭的直接措施；(2)確保進(jìn)水口攔污柵之前沒有雜物，保證進(jìn)水暢通，發(fā)現(xiàn)堵塞立即清理；(3)通過(guò)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行方式來(lái)降低下游水位，比如1臺(tái)機(jī)組能夠滿足負(fù)荷要求時(shí)，盡量避免2臺(tái)或3臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，電網(wǎng)電壓不足或過(guò)高(過(guò)高時(shí)，開機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，降低網(wǎng)壓)時(shí)才開機(jī)穩(wěn)電壓；(4)保證機(jī)組技術(shù)供水總閥及泄洪閘門全關(guān)，機(jī)組停機(jī)后，檢查導(dǎo)葉有無(wú)漏水現(xiàn)象。

3.1.2 水輪機(jī)運(yùn)行效率

由水輪機(jī)的效率特性可知，機(jī)組帶高負(fù)荷時(shí)，水頭高則效率相對(duì)高，水輪機(jī)效率最高可達(dá)95%。寶珠寺水力發(fā)電廠水輪機(jī)不同負(fù)荷下的效率統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 寶珠寺水力發(fā)電廠水輪機(jī)不同負(fù)荷下的效率

通過(guò)表2可知，機(jī)組應(yīng)最大限度地在高效率區(qū)(80%～95%)運(yùn)行，盡量減少在中等效率區(qū)(74%～80%)運(yùn)行，全力避免在低效率區(qū)運(yùn)行。而保證水輪機(jī)高效運(yùn)行的措施有：(1)避開振動(dòng)區(qū)，根據(jù)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線及時(shí)調(diào)整水輪機(jī)出力；(2)人工水頭運(yùn)行時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整調(diào)速器電柜水頭設(shè)定值，提高水輪機(jī)效率；(3)在條件允許的情況下，進(jìn)行機(jī)組效率試驗(yàn)，以便運(yùn)行人員更為合理地調(diào)整機(jī)組運(yùn)行方式，做到效率最大化。

3.2 執(zhí)行電價(jià)

四川電網(wǎng)實(shí)行的是分時(shí)電價(jià)，寶珠寺水力發(fā)電廠就有9個(gè)電價(jià)，因此，在日常運(yùn)行中，做好水庫(kù)調(diào)度顯得尤為重要。四川電網(wǎng)低谷時(shí)間段為00：00—07：00，23：00—00：00；平段時(shí)間段為11：00—19：00；高峰時(shí)間段為07：00—11：00，19：00—23：00。寶珠寺水力發(fā)電廠1個(gè)水文年內(nèi)不同用電時(shí)段的執(zhí)行電價(jià)見表3。

表3 寶珠寺水力發(fā)電廠1個(gè)水文年內(nèi)不同用電時(shí)段的執(zhí)行電價(jià) 元/(kW·h)

提高執(zhí)行電價(jià)的具體措施有：(1)與上游大唐碧口電站保持聯(lián)系，準(zhǔn)確及時(shí)地掌握上游來(lái)水情況；(2)收集天氣預(yù)報(bào)信息，及時(shí)掌握上游的水汛變化情況，根據(jù)天氣的變化對(duì)來(lái)水量進(jìn)行分析，確定合理的運(yùn)行方式，適時(shí)開展人工增雨工作，有效增加發(fā)電水量；(3)加強(qiáng)與水力調(diào)度、計(jì)劃、營(yíng)銷部門的聯(lián)系，正確處理好水庫(kù)水位與發(fā)電的關(guān)系，保持機(jī)組在高水位運(yùn)行，千方百計(jì)降低耗水率；(4)優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，加強(qiáng)與調(diào)度的溝通和聯(lián)系，盡可能減少開、停機(jī)次數(shù)，根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷峰、平、谷情況，盡量做到谷段時(shí)蓄水、峰段時(shí)多發(fā)電，提高電能的綜合利用水平。

3.3 廠用電率

廠用電率是電站主要運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，降低廠用電率不僅能降低電能成本，同時(shí)能增加對(duì)系統(tǒng)的供電量。寶珠寺水力發(fā)電廠廠用電分為自用電、公用電、照明電以及壩區(qū)用電。降低廠用電率的措施為：(1)對(duì)滲漏集水井來(lái)水量和水泵效率情況進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，減少水泵啟動(dòng)次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間；(2)冬春季時(shí)，將廠房風(fēng)機(jī)切除；(3)節(jié)省廠房照明用電，減少長(zhǎng)明燈，辦公用電保證人離開時(shí)關(guān)閉電源；(4)通過(guò)調(diào)整主變壓器分接頭來(lái)調(diào)整機(jī)端電壓，以降低變壓器、線路損耗；(5)減小頂蓋漏水量，延長(zhǎng)頂蓋排水泵啟動(dòng)時(shí)間間隔。

4 運(yùn)行方式優(yōu)化

4.1 廠用電運(yùn)行方式優(yōu)化

(1)2臺(tái)及以上機(jī)組運(yùn)行時(shí)由運(yùn)行機(jī)組帶全廠廠用電，其余機(jī)組作為廠用電第一備用電源，壩區(qū)外來(lái)電源作為第二備用電源，柴油發(fā)電機(jī)作為廠用緊急備用電源。

(2)只有1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，由運(yùn)行機(jī)組帶全廠廠用電，壩區(qū)外來(lái)電源作為廠用電第一備用電源，拉開備用機(jī)組的出口刀閘作為廠用電第二備用電源，柴油發(fā)電機(jī)組作為廠用緊急備用電源。

(3)機(jī)組全停時(shí)，由壩區(qū)外來(lái)電源帶全廠廠用電，拉開備用機(jī)組出口刀閘從系統(tǒng)倒送，作為廠用電備用電源，柴油發(fā)電機(jī)作為廠用緊急備用電源。

(4)根據(jù)來(lái)水的實(shí)際情況，靈活安排廠用電設(shè)備的運(yùn)行方式，嚴(yán)密監(jiān)視廠用電設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)設(shè)備的“三漏”情況(漏油、漏水、漏氣)進(jìn)行控制和整治，保證廠用電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(5)豐水期由于來(lái)水量相對(duì)充沛，機(jī)組發(fā)電任務(wù)較重，此時(shí)盡量用運(yùn)行機(jī)組帶全廠廠用電，減少外購(gòu)廠用電電量，降低生產(chǎn)成本。

(6)枯水期上網(wǎng)電價(jià)高，來(lái)水量大幅減少，考慮到機(jī)組全停蓄水及外購(gòu)電價(jià)格較高的因素，每天對(duì)廠用電進(jìn)行倒換。夜間低谷時(shí)段向調(diào)度申請(qǐng)機(jī)組全停蓄水，由外來(lái)電源帶全廠廠用電，白天高峰及平段時(shí)段，機(jī)組開出帶負(fù)荷后及時(shí)將廠用電倒至由運(yùn)行機(jī)組帶負(fù)荷。

4.2 機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化

為了保證機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行方式，寶珠寺水力發(fā)電廠制訂了機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，努力降低機(jī)組空載和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間，盡量減少系統(tǒng)夜間低谷調(diào)壓任務(wù)量。

(1)加強(qiáng)與調(diào)度的聯(lián)系、溝通，高峰盡量多發(fā)電，平段合理發(fā)電，低谷盡量少發(fā)或不發(fā)電，其中峰段比例應(yīng)不低于30%，谷段比例不高于20%，合理提高電價(jià)水平。

(2)全廠自動(dòng)發(fā)電量控制(AGC)在遠(yuǎn)方控制的情況下，合理調(diào)節(jié)機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，根據(jù)負(fù)荷情況自動(dòng)分配機(jī)組負(fù)荷，密切監(jiān)視負(fù)荷變化情況。當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷或空載運(yùn)行達(dá)到15 min時(shí)，運(yùn)行值長(zhǎng)必須聯(lián)系調(diào)度，要求進(jìn)行人工干預(yù)，保證機(jī)組在最優(yōu)的工況下運(yùn)行。

(3)在全廠AGC退出的情況下，根據(jù)負(fù)荷的情況安排運(yùn)行機(jī)組的臺(tái)數(shù)，減少機(jī)組的啟、停次數(shù)，合理分配機(jī)組間負(fù)荷，確保機(jī)組運(yùn)行在高效區(qū)，避免機(jī)組長(zhǎng)期空載和低負(fù)荷運(yùn)行。

(4)加強(qiáng)與水庫(kù)調(diào)度的聯(lián)系，及時(shí)了解水庫(kù)水位的變化情況，合理安排機(jī)組的運(yùn)行方式，盡量以最少的水發(fā)最多的電。

(5)1 — 4月以發(fā)電為主，4月末將水位消落至562 m左右； 5月一般來(lái)水較少，主要根據(jù)來(lái)水情況發(fā)電； 6 — 8月發(fā)電兼顧防汛，逐漸將水位蓄至汛限水位580 m左右； 9 — 10月在兼顧防汛的基礎(chǔ)上將水位蓄至最高水位588 m左右；11 — 12月主要根據(jù)來(lái)水情況進(jìn)行發(fā)電。

(6)當(dāng)全廠AGC為現(xiàn)地控制時(shí)，退出全廠AGC，在避開振動(dòng)區(qū)的前提下，根據(jù)負(fù)荷的實(shí)際情況，按照功率、負(fù)荷及流量的關(guān)系手動(dòng)分配機(jī)組負(fù)荷，保證在最小耗水率方式下運(yùn)行。如：全廠總負(fù)荷為200 MW時(shí)，若水頭為83 m，則應(yīng)2臺(tái)機(jī)組平均分配帶負(fù)荷，不能一臺(tái)機(jī)組帶175 MW，另一臺(tái)機(jī)組帶25 MW，因?yàn)檫@種方式下，2臺(tái)機(jī)組的總耗水量為310 m3/s，而2臺(tái)機(jī)組平均分配帶負(fù)荷的總耗水量為278 m3/s，兩者相差32 m3/s，運(yùn)行1 h耗水量差達(dá)11.52 萬(wàn)m3。以寶珠寺水力發(fā)電廠2011年平均發(fā)電耗水率4.81 m3/(kW·h)計(jì)算，節(jié)約的水量可增發(fā)電23.95 MW·h，以寶珠寺水力發(fā)電廠2011年平均電價(jià)0.512 81元/(kW·h)(含稅)計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益相差1.228萬(wàn)元。

(7)根據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)站每月的“機(jī)組運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)表”合理安排機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間。

5 精細(xì)化管理

工作中始終堅(jiān)持“度電必爭(zhēng)、厘價(jià)必爭(zhēng)、滴水必爭(zhēng)”的經(jīng)營(yíng)理念，及時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行及負(fù)荷情況，積極與當(dāng)班調(diào)度人員聯(lián)系，爭(zhēng)取合理的電量結(jié)構(gòu)，提高電價(jià)執(zhí)行水平，全力爭(zhēng)取減少空載與低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間。

(1)制訂枯、平、豐水期執(zhí)行電價(jià)目標(biāo)：枯水期，0.685 元/(kW·h)；平水期，0.510 元/(kW·h)；豐水期，0.385 元/(kW·h)。

(2)掌握當(dāng)前電價(jià)及電量結(jié)構(gòu)情況，及時(shí)向相關(guān)職能部門匯報(bào)影響電價(jià)提高的因素，并及時(shí)采取有效措施。

(3)嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)度命令，并記錄調(diào)令的準(zhǔn)確時(shí)間，及時(shí)和調(diào)度核對(duì)調(diào)令，如有出入，應(yīng)要求調(diào)度及時(shí)修改并做好記錄。調(diào)整負(fù)荷時(shí)，按照負(fù)荷調(diào)整的爬坡率進(jìn)行調(diào)整(因電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集間隔為5 min，與調(diào)度聯(lián)系時(shí)要充分考慮這個(gè)時(shí)間段)，避免因調(diào)令差別、爬坡率產(chǎn)生不合格電量，減少經(jīng)濟(jì)損失。

6 建立獎(jiǎng)懲機(jī)制

為充分調(diào)動(dòng)運(yùn)行值守人員對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性,寶珠寺水力發(fā)電廠制訂了《寶珠寺水力發(fā)電廠值守班經(jīng)濟(jì)運(yùn)行小指標(biāo)競(jìng)賽管理考核辦法》，將提高上網(wǎng)執(zhí)行電價(jià)、增發(fā)電量、降低耗水率、減少低負(fù)荷及空載運(yùn)行時(shí)間等指標(biāo)細(xì)化分解，將責(zé)任和壓力及時(shí)傳遞到所有人員，每月對(duì)各運(yùn)行值經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作開展情況進(jìn)行打分。寶珠寺水力發(fā)電廠耗水率目標(biāo)值見表4、低負(fù)荷及空載運(yùn)行時(shí)間目標(biāo)值見表5。

表4 寶珠寺水力發(fā)電廠耗水率目標(biāo)值 m3/(kW·h)

表5 寶珠寺水力發(fā)電廠低負(fù)荷及空載運(yùn)行時(shí)間目標(biāo)值 h

7 效益分析

2012年，寶珠寺水力發(fā)電廠以開展創(chuàng)新創(chuàng)效活動(dòng)為契機(jī)，齊心協(xié)力，狠抓機(jī)組耗水率控制，合理安排運(yùn)行方式，積極爭(zhēng)取合理的電量結(jié)構(gòu)，努力提高上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行水平，有效地提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(1)電量結(jié)構(gòu)更加合理。2012年寶珠寺水力發(fā)電廠高峰電量比例控制在31.42%，平段電量比例控制在44.77%，低谷電量比例控制在23.80%，通過(guò)電量結(jié)構(gòu)優(yōu)化使平均執(zhí)行電價(jià)控制在0.471 1 元/(kW·h)。 2012年發(fā)電22.98 億kW·h，增加發(fā)電量6.8億kW·h，增加收入3.2億元。

(2)減少機(jī)組低負(fù)荷及空載空運(yùn)行時(shí)間。2011年全廠機(jī)組低負(fù)荷及空載運(yùn)行時(shí)間為3 415.3 h，2012年為3 112.7 h，減少機(jī)組空載與低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間302.5 h,降幅為8.9%。

(3)降低發(fā)電耗水率。2011年發(fā)電耗水率為4.81 m3/(kW·h)，2012年發(fā)電耗水率為4.42 m3/(kW·h)，降低耗水率0.39 m3/(kW·h)，降幅為8.1%。

(4)降低廠用電量。2012年降低廠用電量680MW·h，為企業(yè)多創(chuàng)造發(fā)電收入32萬(wàn)元。

(5)通過(guò)降低發(fā)電耗水量率和減少機(jī)組低空運(yùn)行時(shí)間，寶珠寺水力發(fā)電廠2012年全年增發(fā)電量2.06億kW·h，直接增加收入9 740萬(wàn)元。

8 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，根據(jù)不同的來(lái)水量調(diào)整機(jī)組的出力，使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行在高效區(qū)，盡可能避開振動(dòng)區(qū)域，減小機(jī)組的振動(dòng)幅值等技術(shù)指標(biāo)，避免在超標(biāo)工況下運(yùn)行,優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。中國(guó)人均水資源擁有量相當(dāng)于世界平均水平的50%，通過(guò)水電站機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高了水能利用率，保證了水資源的合理利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勇傳.水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1998.

[2]王艷華.水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)用研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2007.