清河水庫(kù)水電站裝機(jī)容量的計(jì)算

林長(zhǎng)茂（遼寧省清河水庫(kù)管理局，遼寧鐵嶺112003）

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清河水庫(kù)水電站裝機(jī)容量的計(jì)算

林長(zhǎng)茂
（遼寧省清河水庫(kù)管理局，遼寧鐵嶺112003）

［摘 要］根據(jù)清河水庫(kù)長(zhǎng)系列徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，按用水需求程度確定4種不同發(fā)電流量方案，計(jì)算設(shè)計(jì)水平年的流量、水頭、出力保證率和電能累積曲線，得到水利動(dòng)能計(jì)算的參數(shù)，分析不同方案的裝機(jī)、出力及年利用小時(shí)數(shù)，從而確定水電站裝機(jī)容量。

［關(guān)鍵詞］清河水庫(kù);流量;水頭;出力;裝機(jī)容量

清河是遼河左側(cè)的較大支流，流域面積5 253 km2，河長(zhǎng)171 km，河道比降1.58‰。清河水庫(kù)為清河流域的控制性工程，是一座具有多年調(diào)節(jié)能力的大（Ⅱ）型水利工程，承擔(dān)遼河中下游灌溉和清河區(qū)防洪、工業(yè)以及城市供水等綜合任務(wù)。水庫(kù)控制集水面積2 376 km2，壩址處1956—2007年多年平均徑流量5.08×108m3。清河水庫(kù)多年平均放流量為4.3×108m3，隨著遼寧省重點(diǎn)輸水工程竣工后，設(shè)計(jì)水平年（2040年）將有5.96×108m3的水量調(diào)入清河水庫(kù)，清河水庫(kù)將增加下游補(bǔ)水任務(wù)，水庫(kù)放流量將達(dá)到8.47×108m3，水能資源將更加豐富。

1 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算

以1956—2007年共52年長(zhǎng)系列徑流資料為基礎(chǔ)，按2040年為電站設(shè)計(jì)水平年，考慮輸水工程建成后調(diào)入水量，在滿足流域用水需求的基礎(chǔ)上，通過徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，可為鐵嶺市清河區(qū)和開原市多年平均提供城市生活和工業(yè)水量9.5×107m3，多年平均直供農(nóng)業(yè)供水量5.2×107m3，補(bǔ)償遼河干流農(nóng)業(yè)缺水量2×108m3，高效農(nóng)業(yè)水量1.7×108m3，庫(kù)下環(huán)境補(bǔ)水量為2.3×107m3，遼河河道內(nèi)環(huán)境水量為8.6×107m3，增加大凌河流域河道內(nèi)環(huán)境水量6.7×107m3，增加遼河河道沖沙水量7.3×107m3；清河水庫(kù)總供水量為 7.66×108m3，水庫(kù)棄水量2.42×108m3。

2 發(fā)電流量方案確定

通過清河水庫(kù)水資源平衡供需分析，水庫(kù)可以用來(lái)發(fā)電的水量為8.47×108m3。其中大凌河河口環(huán)境水量主要是通過白石水庫(kù)供環(huán)境用水，此水量不經(jīng)過清河電站，城市生活與工業(yè)用水也不經(jīng)過清河電站，如果經(jīng)過電站放流，需要再次泵站加壓提水，增加額外投資，不經(jīng)濟(jì)。遼寧省重點(diǎn)輸水工程的調(diào)入水量是根據(jù)用戶實(shí)際需求而逐步實(shí)施加大的過程，根據(jù)不同用水戶需求緊迫程度確定以下4個(gè)方案：

方案1：發(fā)電水量與現(xiàn)狀水庫(kù)放流情況接近，放流水量為4.95×108m3，包括直供農(nóng)業(yè)5.2×107m3，下游區(qū)間農(nóng)業(yè)2×108m3和水庫(kù)棄水2.42×108m3。

方案2：考慮到調(diào)水量增加后，環(huán)境水量是能夠容易滿足的，在方案1的基礎(chǔ)上增加生態(tài)用水1.09×108m3，總發(fā)電水量為6.03×108m3。

方案3：河道沖沙是需要進(jìn)一步研究后，科學(xué)調(diào)度的一個(gè)過程，需要在環(huán)境水量之后進(jìn)行實(shí)施的，此方案在方案2的基礎(chǔ)上再增加河道沖沙水量7.3×107m3，總發(fā)電水量為為6.77×108m3。

方案4：在方案3基礎(chǔ)上加高效農(nóng)業(yè)用水量1.70×108m3，總發(fā)電水量為8.47×108m3，達(dá)到設(shè)計(jì)水平年的供水規(guī)模。高效農(nóng)業(yè)用水是需要配套設(shè)施、需要大量投資及時(shí)間的，所以此水量是在其它用水戶滿足后才能最終滿足。

3 電站尾水位確定

廠址下游為新建尾水渠，無(wú)實(shí)測(cè)的水位～流量關(guān)系曲線，采用電廠明渠均勻流計(jì)算尾水水位～流量關(guān)系曲線。電站尾水渠寬22.5 m，設(shè)計(jì)比降i= 0.001。計(jì)算公式為：式中：Q——流量，m3/s；ω——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；R——水力半徑，m2；C——謝才系數(shù)；n——糙率，取0.017。3臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)的正常尾水位為95.46 m，單機(jī)滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)的最低尾水位94.84 m。

4 水頭

1）清河水庫(kù)流量～水位～水頭關(guān)系

根據(jù)重點(diǎn)輸水工程清河水庫(kù)水量調(diào)度方案，對(duì)1956—2007年水文資料進(jìn)行還原，查得流量～水位～水頭關(guān)系表，見表1。

表1 流量～水位～水頭關(guān)系表

2）水頭損失

水頭損失依據(jù)電站進(jìn)水管路確定的沿程水頭損失和局部水頭損失，根據(jù)水工布置，確定水頭損失為0.5 m。根據(jù)清河水庫(kù)水位變化過程線、清河電站水頭損失以及確定的尾水位高程，采用52年長(zhǎng)系列方法進(jìn)行計(jì)算，清河水庫(kù)4個(gè)出流方案凈水頭參數(shù)如表2。

5 電能累積計(jì)算

采用52年長(zhǎng)系列旬平均流量過程線進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。

出力采用下面計(jì)算公式：

式中：N——月平均出力，kW；A——綜合利用系數(shù)，取8.5；Q——發(fā)電引用流量，m3/s；H——電站發(fā)電凈水頭，m。其中：水庫(kù)時(shí)段平均水位，m；HDOWN——電站尾水位，m；hf——水頭損失，m；）。

表2 凈水頭參數(shù)表 m

電能計(jì)算采用公式：

E=Nt

式中：N——旬平均出力，kW；t——發(fā)電時(shí)間，h。按52年長(zhǎng)系列方法進(jìn)行計(jì)算，分別得到設(shè)計(jì)水平年方案四的流量保證率曲線、水頭保證率曲線、電能累積曲線、出力保證率曲線。

6 裝機(jī)容量的確定

根據(jù)不同的發(fā)電水量方案，進(jìn)行水利動(dòng)能計(jì)算，得到4個(gè)方案的動(dòng)能計(jì)算參數(shù)。通過對(duì)不同的方案的裝機(jī)與電量及年利用小時(shí)數(shù)的分析，裝機(jī)在12.5～17.5 MW時(shí)，多年平均發(fā)電量的差值在200萬(wàn)kW·h以上，差額值比較大，增加裝機(jī)容量，電量增加效果明顯；在裝機(jī)20 MW以上時(shí)，再增加裝機(jī)容量，多獲得的電量比較少，說明水能資源已基本利用完畢。在年利用小時(shí)數(shù)方面，在裝機(jī)12.5～17.5 MW左右時(shí)，年利用小時(shí)數(shù)在3 000 h左右，增加裝機(jī)容量年利用小時(shí)數(shù)減少到2 000 h左右，方案一是在初期供給用水戶水量少的情況下，年利用小時(shí)數(shù)減少到1 500 h左右，年利用小時(shí)數(shù)太少。

綜上所述，經(jīng)過水能計(jì)算，初選裝機(jī)在12.5～17.5 MW范圍內(nèi)，水能資源利用充分。根據(jù)北方地區(qū)小型水電站裝機(jī)經(jīng)驗(yàn)，年利用小時(shí)數(shù)在3 000 h左右比較合適，故工程擬定裝機(jī)容量15 MW。

7 結(jié)語(yǔ)

清河水庫(kù)在遼寧省重點(diǎn)輸水工程竣工后，將同時(shí)肩負(fù)起遼河生態(tài)補(bǔ)水、高效農(nóng)業(yè)供水等多項(xiàng)供水任務(wù)，水電站屬水庫(kù)水資源綜合利用開發(fā)項(xiàng)目，該水電站的引用流量受清河水庫(kù)水量調(diào)度的控制。為了充分利用當(dāng)?shù)厮苜Y源，提高電站的利用率，電站調(diào)度人員應(yīng)與重點(diǎn)輸水工程管理單位

和清河水庫(kù)管理局加強(qiáng)溝通，在保證水庫(kù)補(bǔ)水任務(wù)的前提下，合理安排供水時(shí)段和放流量，以增加電站出力，提高電站發(fā)電效益。小水電是世界各國(guó)大力鼓勵(lì)發(fā)展的綠色可再生能源，有利于節(jié)能減排和地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，有力地促進(jìn)了遼河流域水生態(tài)文明建設(shè)。

［參考文獻(xiàn)］

［1］陳元芳，鐘平安等.工程水文及水利計(jì)算［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2013.

［2］劉啟釗.水電站（第三版）［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

［中圖分類號(hào)］TV734

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）06－0008－02

[收稿日期]2016-03-25