夫城口水電站增效擴容改造工程水能計算

劉補剛

（陽泉市水務(wù)局，山西 陽泉 045000）

1 概況

1.1 現(xiàn)狀

夫城口水電站位于盂縣北，與定襄縣交界處，水能條件較好，水利資源豐富。電站壩址以上控制流域面積11102 km2，多年平均徑流量5.33億m3。該電站始建于1975年，1984年投入運行，現(xiàn)裝機容量2×800 kW，設(shè)計水頭19 m，設(shè)計引水流量11 m3/s。

夫城口水電站位于夫城口村的滹沱河干流上，是盂縣小水電骨干電源之一，年平均發(fā)電量552萬kW·h。電站自建成運行以來，為緩解當?shù)厮姽╇妷毫凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電及農(nóng)民脫貧致富起到了積極的推動作用。

1.2 存在問題及改造必要性分析

一是水電站廠房面貌陳舊破損，引水設(shè)施年久失修，金屬結(jié)構(gòu)腐蝕嚴重，尤其機電設(shè)備老化、效率低下，存在嚴重的安全隱患。針對以上問題，急需對電站挖潛改造，以提高水資源利用率，增加可再生能源發(fā)電量，實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的全面提升。

二是水電站至今運行已有30余年，受當時技術(shù)條件和資金限制，施工質(zhì)量較差，加上運行時間較長，水電站陳舊老化，機組檢修頻繁、效率低下，水資源得不到有效利用，經(jīng)濟效益和社會效益明顯降低。為充分利用有限的水力資源，發(fā)揮電站效益，保障生產(chǎn)安全，促進節(jié)能減排，必須進行電站增效擴容改造。

夫城口水電站是滹沱河下游梯級開發(fā)工程之一，沿河有嶺子底水電站、北峪口水電站、閻家莊水電站等多座小型水電站。以本次增效擴容改造為契機，可鼓勵同一河流、區(qū)域農(nóng)村水電開展聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，充分發(fā)揮已建農(nóng)村水電發(fā)電潛力和水資源綜合利用效益，逐步恢復農(nóng)村水電可持續(xù)發(fā)展能力。

2 水文條件

滹沱河發(fā)源于繁峙縣橫澗鄉(xiāng)的泰戲山，由定襄縣的嶺子底流入本縣，橫貫縣區(qū)北部由閻家莊流入河北省。境內(nèi)長度44 km，流域面積1825 km2，清水流量8.66 m3/s，最大洪峰流量2900 m3/s，多年平均流量9.74億m3。境內(nèi)支流主要有烏河、龍華河、石塘河等。

滹沱河流域?qū)贉貛Т箨懶詺夂騾^(qū)，四季分明，春季風沙較多，夏季雨量集中，冬季少雪。年平均氣溫8.6℃，根據(jù)南莊水文站資料統(tǒng)計，多年平均降雨量450.4 mm，年最大降雨量817.6 mm，多年平均蒸發(fā)量833 mm（水面蒸發(fā)量）。年平均風速2.1 m/s，最大風速25 m/s，最大積雪厚170 mm，最大凍土深度880 mm。

3 徑流計算

滹沱河流域內(nèi)設(shè)有永興、界河鋪、濟勝橋、南莊等4座水文站，其中南莊站距夫城口水電站10 km，中間沒有支流匯入，故采用南莊站的水文資料比較準確。南莊水文站控制流域面積11936 km2，河流長度250.7 km，流域平均寬度46.3 km，河道總平均坡度2.7‰。整個流域面積大體呈橢圓狀。南莊水文站實測多年平均徑流量5.73億m3，多年平均流量18.14 m3/s，其中實測最大年徑流量17.51億m3（1959年），最小年徑流量1.224億m3（1999年）。

根據(jù)《小型水力發(fā)電站水文計算規(guī)范》，南莊站設(shè)計徑流計算采用1979—2000年22年實測年徑流的算術(shù)平均值3.89億m3（12.32 m3/s）作為設(shè)計年徑流平均值；設(shè)計代表年及年內(nèi)分配，從降雨量參證測站相近頻率的年降水量設(shè)計典型年份中選取有實測徑流資料的年份作為年徑流設(shè)計典型年。

降水量設(shè)計典型年的豐、平、枯水年分別選定為P=5%，P=50%，P=95%，同時參考南莊站的實測年徑流量，選取預期頻率相近的1995年，1981年和1986年實測年徑流量，分別作為南莊站豐、平、枯設(shè)計典型年年徑流量。

3.1 暴雨洪水特性

本流域的洪水一般由暴雨形成，主要集中在七八月，過程線形狀隨暴雨歷史長短、雨面大小而異。當全流域普降大雨時（如1996年7月底—8月初），會形成長歷時、峰和量均大的洪水。

根據(jù)《山西洪水調(diào)查成果表》，原設(shè)計在子牙河水系滹沱河南莊站上選取較可靠的歷史洪水四次，分別為1892年，1917年，1929年和1939年洪水，重限期確定為1892年以來的第一、第二、第三、第四。本次增效擴容改造仍舊延用。

3.2 各設(shè)計頻率的洪峰流量

南莊站控制流域面積11936 km2，干流上2座中型水庫匯流面積1462 km2，支流5座中型水庫匯流面積645 km2，其中最大的為下茹越水庫（1973年竣工），流域面積1354 km2，庫容2869萬m3。在南莊站上游181 km處對下茹越水庫河南莊站洪峰流量出現(xiàn)時間、洪峰量級、流域降水進行對比分析，兩者洪水一般由不同次降水產(chǎn)生，南莊站洪峰主要由區(qū)間降水形成，即使發(fā)生全流域降水，兩者相距甚遠，下茹越水庫的削峰、緩洪作用不足以對南莊站洪峰流量產(chǎn)生大的影響。同時，其他6座中型水庫總匯水面積僅753 km2，所處地理位置為一、二級支流或源頭處，均不會對南莊站實測洪峰流量產(chǎn)生大的影響，修建水庫前后，南莊站實測洪峰流量系列基本一致。

南莊站現(xiàn)有實測洪水洪峰資料系列為1954—2000年，共47年。通過計算得出南莊站洪峰流量成果為：多年均值504 m3/s，偏差系數(shù)1.14，P=0.5%時洪峰流量為 3303 m3/s，P=5%時洪峰流量為1659 m3/s，P=10%時洪峰流量為1195 m3/s，P=20%時洪峰流量為761 m3/s，P=50%時洪峰流量為 282 m3/s，P=75%時洪峰流量為136 m3/s。

4 水能計算

根據(jù)規(guī)范要求，設(shè)計保證率選用85%。結(jié)合年徑流計算結(jié)果，選取劉家莊水文站的1990年作枯水年（P=85%）代表年，1957年作平水年（P=50%）代表年，1996年作豐水年（P=15%）代表年，對各代表年日平均流量進行分級排頻，經(jīng)計算夫城口水電站P＝85%的保證流量為3.75 m3/s。

夫城口水電站保證出力根據(jù)公式N=AQH計算，其中出力系數(shù)A取8.0，保證流量Q根據(jù)以上計算結(jié)果取3.75 m3/s，水頭H為19 m，則計算保證出力N為570 kW。

夫城口水電站擴容后發(fā)電機機組裝機容量為2×800 kW，設(shè)計引水流量11 m3/s。根據(jù)夫城口水電站代表年徑流資料，計算得出夫城口水電站多年平均發(fā)電量為788萬kW·h，年利用小時數(shù)為4930 h。

5 效益分析

電站改造后年增發(fā)電量259.84萬kW·h。根據(jù)《小水電建設(shè)項目經(jīng)濟評價規(guī)程》，國民經(jīng)濟評價電價應(yīng)采用影子電價，由于小水電供電負荷建設(shè)地點多在邊遠山區(qū)，交通運輸條件不便，經(jīng)濟發(fā)展水平較低且很不平衡，其影子電價應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。國家計委1993年頒發(fā)的華北電網(wǎng)的影子電價為0.2181元/kW·h，根據(jù)規(guī)程調(diào)整方法，經(jīng)調(diào)整后的影子電價為0.3元/kW·h，有效電量系數(shù)取0.93，平均年增發(fā)電效益72.49萬元。

工程實施后，增加了發(fā)電量，帶動了周邊農(nóng)民增收，加強了農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，可進一步變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢，推動當?shù)芈糜螛I(yè)及拉動地方經(jīng)濟發(fā)展，促進社會主義新農(nóng)村建設(shè)和工農(nóng)業(yè)發(fā)展。

工程建設(shè)完成后，可促進山區(qū)農(nóng)民以電代柴，減少有害氣體排放，遏制人為破壞森林、植被，防止水土流失，鞏固退耕還林還草起到重要作用。同時能修復河流生態(tài)環(huán)境，維護河流健康生命，具有顯著的生態(tài)效益。