黃家灣水電站工程水庫(kù)規(guī)模及裝機(jī)規(guī)模的優(yōu)化設(shè)計(jì)

苑鵬費(fèi)強(qiáng)

（遼寧省大伙房水庫(kù)管理局 遼寧 撫順 113000）

黃家灣水電站是旬河鎮(zhèn)安縣河段梯級(jí)開發(fā)方案中第一級(jí)水電站，上壩址位于黃家灣鄉(xiāng)政府上游4.7km、川河口下游5.3km處旬河干流，控制集雨面積1302km2，廠址位于壩址下游9.26km、月河口上游0.76km處旬河干流，控制流域面積1461km2。黃家灣電站又從月河引水，引水壩控制月河流域面積288km2。旬河徑流主要來源于降水。根據(jù)柴坪站1956年～2010年實(shí)測(cè)徑流系列采用面積比擬法推求黃家灣壩址、月河引水壩徑流，并采用流域以上各雨量站多年平均年降雨量進(jìn)行修正。黃家灣壩址多年平均流量16.1m3/s，月河引水壩多年平均流量3.45m3/s，柴坪水文站多年平均流量27.7m3/s。

黃家灣水電站是以發(fā)電為主，兼顧旅游等綜合利用工程。本文針對(duì)擬建的王家灣水電站，對(duì)水庫(kù)正常蓄水位、死水位及電站裝機(jī)容量綜合分析論證，確定合理的工程規(guī)模，使黃家灣水電站的運(yùn)行達(dá)到最最佳狀態(tài)。

1 水庫(kù)規(guī)模

1.1 正常蓄水位選擇

黃家灣水庫(kù)規(guī)劃階段推薦正常蓄水位596.13m。圍繞596.13m方案進(jìn)行正常蓄水位比選，同時(shí)考慮庫(kù)區(qū)淹沒、梯級(jí)水庫(kù)水位銜接問題。綜合上述因素，采用592.0m、596.0m、600.0m和 604.0m四個(gè)方案進(jìn)行比選。

本階段設(shè)計(jì)對(duì)比較方案中正常蓄水位596m方案進(jìn)行了重點(diǎn)研究，確定月河設(shè)計(jì)引水流量為15m3/s，死水位為565m，消落深度為31.0m，與最大水頭104m的比值為31.0%；裝機(jī)容量為3.8萬kW，保證出力0.60萬kW。592.0m、596.0m和604.0m三個(gè)方案的死水位按照消落深度與最大水頭的倍比相等原則確定，分別取562.5m、567.5m和570.0m。

（1）發(fā)電效益

調(diào)節(jié)性能。四個(gè)正常蓄水位方案水庫(kù)庫(kù)容系數(shù)分別為 0.11、0.12、0.14和 0.17，均達(dá)到年調(diào)節(jié)能力。

電站本身發(fā)電效益。從設(shè)計(jì)電站本身發(fā)電指標(biāo)來看，正常蓄水位越高，裝機(jī)容量越大，發(fā)電效益越好。592.0m、596.0m、600.0m和604.0m四個(gè)方案之間保證出力分別增加0.064萬kW、0.05萬kW、0.039萬kW。多年平均發(fā)電量分別增加490萬kW·h、520萬kW·h、470萬kW·h（已扣除對(duì)上游駱駝埡電站頂托影響電量60萬kW·h）。

對(duì)上游駱駝埡電站的頂托影響。上游梯級(jí)駱駝埡電站尾水常水位為602m，正常蓄水位592m、596m、600m方案均對(duì)上游梯級(jí)的影響較小，正常蓄水位604m方案與上游梯級(jí)尾水位重疊2m左右，對(duì)上游梯級(jí)電站發(fā)電影響不大，僅減小其年發(fā)電量約60萬kW·h，約占其年發(fā)電量的4%。

增加下游梯級(jí)電量。黃家灣水庫(kù)是一個(gè)年調(diào)節(jié)水庫(kù)，水庫(kù)建成后，對(duì)年內(nèi)徑流重新進(jìn)行調(diào)蓄分配，可增加下游各梯級(jí)電站年發(fā)電量。經(jīng)初步估算，592.0m、596.0m、600.0m和604.0m四個(gè)方案分別增加下游梯級(jí)電量為2859萬kW·h、2913萬kW·h、2951萬kW·h和2978萬kW·h，方案間分別增加電量54萬kW·h、38萬kW·h和27萬kW·h。

（2）淹沒指標(biāo)

正常蓄水位比較采用的水庫(kù)回水淹沒標(biāo)準(zhǔn)為：人口遷移按照20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，淹沒耕地按照5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

庫(kù)區(qū)淹沒范圍。黃家灣水庫(kù)四個(gè)正常蓄水位方案回水成果均在寧陜縣界前尖滅，不會(huì)對(duì)寧縣縣界產(chǎn)生影響，同時(shí)也不會(huì)淹沒到支流東川鎮(zhèn)的鎮(zhèn)中心。四個(gè)正常蓄水位方案淹沒均只涉及鎮(zhèn)安縣東川鎮(zhèn)4個(gè)行政村。

庫(kù)區(qū)淹沒實(shí)物指標(biāo)。從實(shí)物指標(biāo)來看，各正常蓄水位方案實(shí)物淹沒指標(biāo)無本質(zhì)區(qū)別，592.0m、596.0m、600.0m和 604.0m四個(gè)方案之間淹沒人口分別增加64人、51人、46人，淹沒土地分別增加162畝、309畝、36.9畝，淹沒房屋分別增加 3059m2、4616m2、3299m2，淹沒補(bǔ)償投資分別增加264萬元、589萬元、370萬元。

（3）工程投資

從工程投資看，正常蓄水位抬高，工程量增加，工程投資亦隨之增加。592.0m、596.0m、600.0m和604.0m四個(gè)方案之間可比部分工程投資分別增加1837萬元、2362萬元、2501萬元，其中：淹沒補(bǔ)償投資分別增加264萬元、589萬元、370萬元，機(jī)電設(shè)備及安裝工程分別增加122萬元、128萬元、179萬元，建筑工程可比部分投資分別增加1258萬元、1837萬元、1953萬元。

（4）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

正常蓄水位抬高，差額度電投資增加，差額內(nèi)部收益率隨之減少。592m、596m、600m、604m四個(gè)方案差額度電投資分別為 3.55元 /kW·h、4.38元 /kW·h、5.17元/kW·h。596m方案與592m方案差額內(nèi)部收益率為10.1%，大于社會(huì)折現(xiàn)率8%，600m方案與596m方案差額內(nèi)部收益率為7.7%，小于社會(huì)折現(xiàn)率8%，604m方案與600m方案差額內(nèi)部收益率為6.1%，小于社會(huì)折現(xiàn)率8%。

綜合分析電站發(fā)電效益、淹沒指標(biāo)、工程可比部分投資和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素，推薦黃家灣電站正常蓄水位596m方案。

1.2 水庫(kù)死水位選擇

黃家灣水庫(kù)的主要任務(wù)是發(fā)電，水庫(kù)死水位為發(fā)電死水位。黃家灣水庫(kù)50年泥沙淤積量為1014萬m3，壩址處淤積前深泓點(diǎn)高程為530.45m，淤積后深泓點(diǎn)高程為532.04m，淤積厚度為1.59m，占最大水頭100.0m比重僅為1.6%。因此，泥沙淤積對(duì)死水位沒有影響。

以正常蓄水位596m作為基礎(chǔ)，擬定555m、560m、565m和570m四個(gè)方案進(jìn)行發(fā)電死水位比選，四個(gè)方案的消落深度占最大水頭的比例分別為41%、36%、31%和26%。

（1）電站本身發(fā)電效益。死水位抬高，保證出力減少，發(fā)電效益隨之增加。555m、560m、565m和570m四個(gè)方案的電量分別增加了50萬kW·h、46萬 kW·h、35萬kW·h，增加幅度分別為0.44%、0.40%和0.30%，方案間的電量差值較小。保證出力分別減少40kW、80kW和120kW，減小幅度分別為0.6%、1.3%和2%，當(dāng)死水位從555m抬高至565m時(shí)，方案間保證出力減少幅度在2%以內(nèi)，當(dāng)水位抬高至570m后，方案間保證出力減小幅度達(dá)到2%。

（2）根據(jù)正常蓄水位比選結(jié)果，不同正常蓄水位之間增加下游梯級(jí)電量的差值較小。而在死水位比選時(shí)，方案間調(diào)節(jié)庫(kù)容差值要小于正常蓄水位比選時(shí)方案間的調(diào)節(jié)庫(kù)容差值，因此，死水位比選時(shí)未考慮對(duì)下游梯級(jí)電站發(fā)電量的影響。

（3）工程費(fèi)用及投資。不同死水位方案間的投資幾乎沒有差別，工程投資不成為死水位比選的制約因素。

（4）根據(jù)工程實(shí)踐，對(duì)于堤壩式年調(diào)節(jié)水庫(kù)，消落深度一般在30%左右較為合適。結(jié)論。

綜合分析上述因素，推薦死水位采用565m方案。

2 裝機(jī)規(guī)模

2.1 裝機(jī)容量選擇

黃家灣水庫(kù)是一座年調(diào)節(jié)水庫(kù)，可作為系統(tǒng)中的調(diào)枯電站。從鎮(zhèn)安縣網(wǎng)分析看，存在黃家灣水電站的容量和電量空間，因此黃家灣水電站的裝機(jī)容量主要從投資與效益兩個(gè)方面比較選定。根據(jù)本次電能計(jì)算成果，擬定34MW、38MW、42MW三個(gè)裝機(jī)容量方案進(jìn)行比較，機(jī)組臺(tái)數(shù)按2臺(tái)考慮。裝機(jī)容量比較均在正常蓄水位596m、死水位565m基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)三個(gè)裝機(jī)容量方案分別進(jìn)行效益和費(fèi)用估算，各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4.5.1，各方案間優(yōu)劣分析如下：

（1）能量指標(biāo)。裝機(jī)容量增加，電量隨之增加，但增加幅度呈遞減趨勢(shì)。34MW、38MW、42MW三個(gè)方案間的電量分別增加289萬kW·h和264萬kW·h，增加幅度分別為2.6%和2.3%。

（2）工程可比投資。裝機(jī)容量增大，轉(zhuǎn)輪直徑加大，各方案工程投資明顯增加。34MW、38MW、42MW三個(gè)方案間的發(fā)電機(jī)組直徑均增加0.10m，工程可比部分投資分別增加1105萬元和1166萬元，其中機(jī)電設(shè)備部分投資分別增加694萬元和654萬元，建筑工程部分投資分別增加411萬元和512萬元。

（3）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。裝機(jī)容量增大，差額度電投資增加，差額內(nèi)部收益率隨之減少。34MW和38MW方案間差額度電投資為3.71元/kW·h，差額內(nèi)部收益率為9.6%，大于社會(huì)折現(xiàn)率8%；38MW和42MW方案間差額度電投資為4.42元/kW·h，差額內(nèi)部收益率為7.7%，小于社會(huì)折現(xiàn)率8%。

綜合比較電量效益、工程投資和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)后，推薦黃家灣電站裝機(jī)容量為38MW。

2.2 額定水頭選擇

黃家灣水電站為年調(diào)節(jié)水庫(kù)，最大水頭為100m，最小水頭為67.8m，加權(quán)平均水頭為91.2m，本次設(shè)計(jì)根據(jù)電站水頭特性指標(biāo)、不同方案機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑及轉(zhuǎn)速、機(jī)電工程（機(jī)組）及建筑工程（廠房）投資差值等進(jìn)行比選，額定水頭擬定77m、82m、87m三個(gè)方案進(jìn)行比較。

額定水頭比較均在正常蓄水位596m、死水位565m、裝機(jī)容量38MW基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)三個(gè)額定水頭方案分別進(jìn)行效益和費(fèi)用估算。

（1）發(fā)電效益。由于額定水頭不同會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)由于水頭受阻而限制出力，從而影響電站發(fā)電效益，額定水頭從87m減少到82m，電量相應(yīng)增加了271萬kW·h，額定水頭從82m減少到77m，電量相應(yīng)增加了176萬 kW·h。

（2）工程可比部分投資。額定水頭87m減少到82m，轉(zhuǎn)輪直徑增加0.08m，額定轉(zhuǎn)速不變，投資增加1058萬元，其中機(jī)電工程投資增加158萬元，土建工程投資增加900萬元。額定水頭82m減少到77m，轉(zhuǎn)輪直徑增加0.09m，額定轉(zhuǎn)速不變，投資增加814萬元，其中機(jī)電工程投資增加118萬元，土建工程投資增加696萬元。

（3）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。額定水頭增加，差額度電投資隨之增加，差額內(nèi)部收益率隨之減少。額定水頭從87m減少到82m，差額度電投資3.60元/kW·h，差額內(nèi)部收益率9.0%，大于社會(huì)折現(xiàn)率8%；額定水頭從82m減少到77m，差額度電投資4.62元/kW·h，差額內(nèi)部收益率7.2%，小于社會(huì)折現(xiàn)率8%。

綜上所述，綜合考慮電站電量效益，投資差值等因素后，推薦額定水頭82m。

3 結(jié)論

綜合比較電量效益、淹沒指標(biāo)、工程投資和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等，最終確定黃家灣電站正常蓄水位596m，死水位采用565m，裝機(jī)容量為386MW，額定水頭82m。陜西水利

[1]湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院.黃家灣水電站工程可行性研究設(shè)計(jì) [D].湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，2013.