“兩級(jí)調(diào)度”模式下的梯級(jí)水電站經(jīng)濟(jì)性分析

陸建宏

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都610051）

1 引言

桐子林電站和二灘水電站同屬于二灘水力發(fā)電廠管理。桐子林水庫(kù)2015年年中進(jìn)行了蓄水，10月、11月，桐子林電站1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)機(jī)組分別投產(chǎn)發(fā)電，2016年3月桐子林電站4號(hào)機(jī)組投產(chǎn)。由于桐子林水電站為日調(diào)節(jié)水庫(kù)且機(jī)組為軸流轉(zhuǎn)槳式，單機(jī)發(fā)電流量很大，當(dāng)機(jī)組滿發(fā)或者大發(fā)時(shí)桐子林電站水庫(kù)水位降幅較大，因此會(huì)導(dǎo)致桐子林電站上游水位變化很大，進(jìn)而影響上游的二灘水電站尾水位發(fā)生變化，對(duì)二灘水電站枯平期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成了影響。此外，二灘水電站在今年起調(diào)度關(guān)系由四川省調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)閲?guó)調(diào)西南分調(diào)直接調(diào)度，形成了“一廠兩站、兩級(jí)調(diào)度”的調(diào)控模式，為二灘和桐子林電站在枯平期的聯(lián)合調(diào)度帶來了巨大挑戰(zhàn)。

2 枯平期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指通過加強(qiáng)安全生產(chǎn)管理、提高設(shè)備可靠性、優(yōu)化電站機(jī)組負(fù)荷分配，實(shí)現(xiàn)枯平期（1～5月及11～12月）降低耗水率、汛期（6～10月）減少棄水，以充分利用水能資源達(dá)到最大限度增發(fā)電量目的。

耗水率是衡量水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)[5～7]，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。由耗水率的物理意義可以看出影響耗水率大小的主要因素——工作水頭和運(yùn)行效率，因此要分析耗水率必須根據(jù)這兩個(gè)因素進(jìn)行分析。

3 桐子林蓄水對(duì)二灘經(jīng)濟(jì)性影響分析

3.1 對(duì)耗水率的影響

歷史數(shù)據(jù)分析如下，桐子林蓄水前2014～2015年度和蓄水后2015～2016年度枯水期二灘生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見下頁(yè)表1。

2個(gè)年度的耗水率曲線對(duì)比見下頁(yè)圖1。

從圖1可以看出，2015～2016年度枯水期各月的耗水率整體位于2014～2015年度枯水期之上，從平均耗水率來看，前者為2.397，后者為2.386，高出0.11。也就是說桐子林蓄水后水庫(kù)水位的升高對(duì)二灘的發(fā)電耗水率是有明顯影響的。

對(duì)二灘耗水率影響的規(guī)律分析如下：

桐子林水位在1 010～1 015 m之間變化，排除二灘發(fā)電流量對(duì)尾水位的影響，僅量化計(jì)算桐子林水位的變化對(duì)二灘耗水率的影響：

根據(jù)公式：Q=P/9.81Hη

Q-水輪機(jī)流量；P-水輪發(fā)電機(jī)出力；H-水頭；η-水輪發(fā)電機(jī)組效率。

為方便計(jì)算，取P=100萬(wàn)，二灘機(jī)組的η=0.959 5×0.985 9

表1 兩年二灘枯平期生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖1 耗水率曲線對(duì)比

（1）上游水位1160 m

1）尾水位1 010 m，水頭150 m

2）尾水位1 015 m，水頭145 m

（2）上游水位1 200 m

1）尾水位1 010 m，水頭190 m

5 m的水頭變化，1 160 m時(shí)，二者耗水率相差0.09，1 200 m時(shí)，二者耗水率相差0.06，1 160～1 200 m之間的水位，尾水位變化導(dǎo)致的耗水率偏差應(yīng)該在0.06～0.09之間，取平均值為0.075，即可認(rèn)為：

水位在1 160～1 200 m區(qū)間，桐子林水位在1 010～1 015 m變化，對(duì)二灘機(jī)組耗水率的影響對(duì)應(yīng)為0～0.075。

3.2 桐子林蓄水后對(duì)二灘電站年度枯平期總發(fā)電量影響分析

由于水頭變化對(duì)耗水率的影響為線性，取1 m為間隔五等分得到表2。

表2 兩年二灘枯平期生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

分析桐子林2015年11月01日～2016年04月30日之間整個(gè)枯平期的水位數(shù)據(jù)，得出各運(yùn)行水位所在比例如圖2。

圖2 桐子林電站水位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2015年11月01日～2016年04月30日總發(fā)電水量為159.627億m3，則不同水位區(qū)間對(duì)二灘發(fā)電量的影響為：P=μδQ

1 010～1 011 m：P1=159.627×5.12%×0.015=1 225.935 36萬(wàn)kW·h

1 011～1 012 m：P2=159.627×30%×0.03=1 436.643萬(wàn)kW·h

1 012～1 013 m：P3=159.627×42.19%×0.045=3 030.598 408 5萬(wàn)kW·h

1 013～1 014 m：P4=159.627×21.92%×0.06=2 099.414 304萬(wàn)kW·h

1 014～1 015 m：P5=159.627×0.77%×0.075=921.845 925萬(wàn)kW·h

P總=P1+P2+P3+P4+P5=8 714.437萬(wàn) kW·h，占二灘這6個(gè)月總發(fā)電量66.607 8億kW·h的1.31%。

通過搜集運(yùn)行日?qǐng)?bào)及月度生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行分析數(shù)據(jù)，2014及2015年度枯平期月度來水量及月均發(fā)電耗水率分別見表3、表4。

表3 2014年度枯平期月發(fā)電量及月均發(fā)電耗水率

表4 2015年度枯平期月發(fā)電量及月均發(fā)電耗水率

根據(jù)耗水率計(jì)算公式L=Q/D，其中L為耗水率，Q為耗水量，D為電量，可以得出耗水量計(jì)算公式為：平均耗水率=水量/電量

采用2種方法計(jì)算2014、2015年度枯平期發(fā)電量，分別為：

方法1：采用月來水和月平均耗水率算出月電量，進(jìn)行累加；

方法2：采用年度枯平期間總水量和年度平均耗水率算出電量。

（1）計(jì)算出2014、2015年兩年枯平期間的總水量。

（2）以2014年的總水量為基礎(chǔ)，分別用2014、2015年的平均耗水率算出發(fā)的電量。

（3）以2015年的總水量為基礎(chǔ)，分別用2014、2015年的平均耗水率算出發(fā)的電量。

由此，根據(jù)耗水量計(jì)算公式（1），得出

方法1：年度枯平期發(fā)電耗水率計(jì)算公式為：

方法2：年度枯平期發(fā)電耗水率計(jì)算公式為：

式中：D為枯水期總發(fā)電量；Li為枯平期月均發(fā)電耗水率；Qi為枯平期月發(fā)電耗水量。

方法1計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 根據(jù)方法1計(jì)算2014及2015年度枯平期發(fā)電量

方法2計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 根據(jù)方法2計(jì)算2014及2015年度枯平期發(fā)電量

結(jié)論：①在總水量不變的情況下，二灘水電站2014年枯平期桐子林未蓄水總發(fā)電量高于2015年桐子林蓄水總發(fā)電量；②隨著枯平期來水量越增大，桐子林上游水位對(duì)二灘發(fā)電量影響也越大，即二灘損失電量越大。

3.3 桐子林蓄水前后對(duì)二灘電站年度枯平期總發(fā)電用水量對(duì)比分析

通過搜集運(yùn)行日?qǐng)?bào)及月度生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行分析數(shù)據(jù)，2014及2015年度枯平期月度發(fā)電量及月均發(fā)電耗水率分別見表7、表8。

表7 2014年度枯平期月發(fā)電量及月均發(fā)電耗水率

表8 2015年度枯平期月發(fā)電量及月均發(fā)電耗水率

根據(jù)耗水率計(jì)算公式L=Q/D，其中L為耗水率，Q為耗水量，D為電量。

采用2種方法計(jì)算2014、2015年度枯平期發(fā)電耗水量，分別為：

方法1：采用月發(fā)電量和月均耗水率算出月發(fā)電耗水量，后累加求和得出年度枯平期發(fā)電耗水量；

方法2：采用年度枯平期間總發(fā)電量和年度平均耗水率計(jì)算得出年度枯平期發(fā)電耗水量。

由此，根據(jù)耗水量計(jì)算公式（1），得出方法1年度枯平期發(fā)電耗水率計(jì)算公式為：

方法2年度枯平期發(fā)電耗水率計(jì)算公式為：

式中：Di為枯平期月發(fā)電量；Li為枯平期月均發(fā)電耗水率；Q為年度枯平期總發(fā)電耗水量。

根據(jù)上述計(jì)算得出的2014及2015年度枯平期發(fā)電耗水量見表9。

4 改進(jìn)措施

為提高二灘水電站經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，主要從降低機(jī)組耗水率這一核心問題出發(fā)，提出以下策略：

（1）合理調(diào)度水庫(kù)，實(shí)現(xiàn)二灘電站與桐子林電站的聯(lián)合調(diào)度，降低桐子林上游水位使二灘機(jī)組盡可能保持高水頭運(yùn)行，降低耗水率[8～10]。在條件允許時(shí)，水頭高時(shí)宜多發(fā)電，水頭低時(shí)宜少發(fā)。

（2）對(duì)于導(dǎo)葉立面間隙大的機(jī)組采用先開后停的運(yùn)行策略，盡量保證其并網(wǎng)運(yùn)行，減少停機(jī)時(shí)的漏水量。

（3）合理安排機(jī)組運(yùn)行組合方式，對(duì)稱開啟機(jī)組，使1號(hào)、2號(hào)尾調(diào)室水位盡量保持平衡，降低機(jī)組耗水率。

（4）通過積極向調(diào)度申請(qǐng)開停機(jī)，合理安排機(jī)組運(yùn)行方式、實(shí)時(shí)優(yōu)化負(fù)荷分配等控制方式，有效的避免了機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)邊緣或小負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行等低效工況的出現(xiàn)。但由于目前二灘電站與桐子林電站無法實(shí)現(xiàn)負(fù)荷完全匹配，上級(jí)調(diào)度為保證川電東送切機(jī)容量要求二灘保留機(jī)組帶小負(fù)荷運(yùn)行，無法完全實(shí)現(xiàn)機(jī)組的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（5）針對(duì)二灘——桐子林兩站水電聯(lián)調(diào)中存在的兩廠負(fù)荷不匹配、桐子林電站泄洪閘門操作頻繁等問題已通過公司向上級(jí)調(diào)度國(guó)網(wǎng)西南電力調(diào)控分中心、國(guó)網(wǎng)四川省電力調(diào)控中心進(jìn)行了匯報(bào)說明。上級(jí)調(diào)度表示已知曉桐子林水庫(kù)調(diào)度的困難，在后續(xù)的計(jì)劃制定和實(shí)時(shí)調(diào)度中對(duì)該困難予以考慮，盡量滿足兩電站負(fù)荷匹配和減少泄洪閘門操作次數(shù)。

（6）現(xiàn)階段由電站側(cè)進(jìn)行全廠的負(fù)荷調(diào)整與分配，在廠站側(cè)AGC啟用自動(dòng)優(yōu)化負(fù)荷分配的基礎(chǔ)上當(dāng)出現(xiàn)全廠負(fù)荷較小或負(fù)荷不可分配時(shí)，積極采取申請(qǐng)停機(jī)、調(diào)整機(jī)組負(fù)荷等方式讓并網(wǎng)機(jī)組帶大負(fù)荷運(yùn)行，避免在低負(fù)荷區(qū)運(yùn)行，保證機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間在最優(yōu)工況下運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

通過分析得出桐子林上游水位和二灘尾水位之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而掌握桐子林電站機(jī)組發(fā)電后對(duì)二灘水電站機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響，通過兩站聯(lián)調(diào)和合理安排機(jī)組運(yùn)行方式有效的降低了機(jī)組耗水率，提高了電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

后續(xù)計(jì)劃收集兩站聯(lián)調(diào)對(duì)電站安全穩(wěn)定運(yùn)行和利于調(diào)度管理的相關(guān)文件，向調(diào)度申請(qǐng)將桐子林電站納入西南電力調(diào)控分中心調(diào)控范圍，如桐子林電站歸入西南分中心調(diào)控后將有利與兩站的負(fù)荷聯(lián)合制定，閘門配合操作，極大的提高電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。