TP 水庫電站裝機(jī)容量的選擇

丁 鈺

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊830000）

1 概述

TP 水庫工程位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州的某河上。TP 水庫工程壩址以上流域面積3009 km2，多年平均徑流量為1.653×108m3，多年平均流量為5.24 m3/s。TP 水庫是某河上唯一的控制性工程，是一座灌溉、防洪等綜合利用的水利工程。TP 水庫正常蓄水位2394.50 m，最大壩高61.5 m，總庫容6098.93 萬m3，水庫控制灌溉面積14.13 萬畝。工程等別為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型。工程由擋水壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞組成。地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

TP 電站工程是依托新疆克州恰克瑪克河TP 水庫工程，在不影響TP 水庫工程各項(xiàng)任務(wù)和布局的前提下，利用灌溉放水洞的供水水量和水頭進(jìn)行發(fā)電。TP 電站主要由發(fā)電洞進(jìn)口、洞身段、出口明管段、岔管段、電站廠房及尾水渠等組成。本工程為五等?。?）型工程，結(jié)合TP 水庫工程，水工建筑物級別如下：引水發(fā)電進(jìn)水口為3 級建筑物；新建發(fā)電洞洞身段、出口明管段、岔管段、電站廠房及尾水渠為5 級建筑物，次要建筑物為5 級。

根據(jù)滿足某河流域灌區(qū)和防洪的要求進(jìn)行水庫長系列徑流調(diào)節(jié)分析，依據(jù)下游綜合利用要求的出庫過程結(jié)合發(fā)電，擬定TP 水電站裝機(jī)容量為4 MW[1]，多年平均年發(fā)電量為1528 萬kW·h，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)為3743 h。電站最大水頭62.04 m，最小水頭35.92 m，額定水頭48.26 m，電站采用兩臺不等大機(jī)組，單機(jī)容量1.25 MW+2.75 MW。

2 裝機(jī)容量的選擇

裝機(jī)容量的選擇直接關(guān)系到電站的投資規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)水工布置、發(fā)電洞和施工地質(zhì)條件，結(jié)合電站供電范圍、系統(tǒng)內(nèi)電源組成情況及動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等，初擬定裝機(jī)容量為3 MW、4 MW、5 MW、6 MW 四個(gè)方案進(jìn)行比較。各方案均采用混流式，機(jī)組臺數(shù)按2 臺考慮。各方案動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 TP 水電站裝機(jī)容量方案動能指標(biāo)表

從表1 可以看出：

（1）動能指標(biāo)。TP 水電站裝機(jī)容量從3 MW 逐漸增加到6 MW，多年平均發(fā)電量增幅從萬134 kW·h 減少到57 kW·h，相應(yīng)動能指標(biāo)增加，但增幅逐漸減少。從能量指標(biāo)和資源合理利用分析得知，裝機(jī)容量不易過大。

（2）裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)。隨著裝機(jī)容量從3 MW 逐漸增加至6 MW，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)從4543 h 減小至2730 h。

（3）投資指標(biāo)。TP 水電站裝機(jī)容量從3 MW 增加到4 MW，投資增加301.10 萬元，裝機(jī)容量從4 MW 增加到5 MW，投資增加320.00萬元，裝機(jī)容量從5MW增加到6MW，投資增加405.89萬元。

（4）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，社會折現(xiàn)率為8%。裝機(jī)容量從3 MW 增加到4 MW，差額投資經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為8.13%，其值比社會折現(xiàn)率大，而裝機(jī)容量從4 MW 增加到5 MW，從5 MW 增加到6 MW，其差額投資經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率分別為7.83%、7.56%，均小于社會折現(xiàn)率。因此，從經(jīng)濟(jì)角度看，電站的裝機(jī)容量為4 MW 最優(yōu)。

（5）從電站靜態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來看，各方案的單位電能投資較為經(jīng)濟(jì)的是方案二和方案三，分別為4.25 萬元/(kW·h)、4.20 萬元/(kW·h)。從補(bǔ)充單位電能投資角度看，裝機(jī)容量從5 MW 增加到6 MW，為7.12 萬元/（kW·h），高于本身的單位電能投資；裝機(jī)容量從3 MW 增加到4 MW、從4 MW 增加到5 MW，為3.00 萬元/(kW·h)、3.15 萬元/(kW·h)，低于本身的單位電能投資。因此，從電能利用的經(jīng)濟(jì)性考慮，在方案二和方案三兩個(gè)方案中作比較，最終選擇裝機(jī)容量為4 MW 的方案二。

綜上所述，從動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合分析考慮，本次推薦經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的裝機(jī)容量4 MW 方案。

3 機(jī)組臺數(shù)及單機(jī)容量的確定

電站水頭在35.92 m～62.04 m 之間，電站在系統(tǒng)中擔(dān)任基荷，此水頭段和單機(jī)容量的條件下國內(nèi)混流式機(jī)組已有較為成熟的制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，效率較高，制造難度不大。本電站單機(jī)容量較小，經(jīng)估算轉(zhuǎn)輪直徑小于1.2 m，故本階段初擬選用臥軸混流式機(jī)組。

機(jī)組臺數(shù)確定應(yīng)考慮單機(jī)容量占系統(tǒng)容量比重，機(jī)組運(yùn)行方式，電站樞紐布置等因素，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比較確定。本電站的裝機(jī)容量為4 MW，屬于小型電站，考慮到冬季和夏季來水量變幅較大，而且電站保證出力較小，從機(jī)組運(yùn)行的靈活性、電站在電力系統(tǒng)中的作用及機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行等方面考慮，擬定機(jī)組臺數(shù)為兩大一?。?×0.75 MW+2×1.63 MW，小機(jī)不發(fā)電）、兩臺等大（2×2.0 MW）和兩臺不等大（1.25 MW+2.75 MW）三種方案進(jìn)行比較[2]。機(jī)組臺數(shù)比較見表2。

表2 機(jī)組臺數(shù)比較表

（1）從電站運(yùn)行方面來講。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)、性能預(yù)測、穩(wěn)定性分析，效率水平有了很大提高。方案一、二、三機(jī)組均可在高效率區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，但方案三較方案一、二的效率略高。如果無其他特殊要求，所采用的方案應(yīng)是機(jī)組效率較高的組合。

（2）從經(jīng)濟(jì)投資這塊來講。在機(jī)電設(shè)備總投資方面看，三臺機(jī)組自然會比兩臺機(jī)組設(shè)備投資大。從主廠房尺寸大小比較，方案二比方案三尺寸略小一些，但從機(jī)電設(shè)備總投資方面看，兩者相差不大。從靜態(tài)總投資來看，方案三將總投資控制下來。基于經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)考慮，選擇方案三兩臺不等大機(jī)組。

（3）從電站投產(chǎn)使用和檢修情況來看，所選的機(jī)組組合方案要求應(yīng)與運(yùn)行檢修管理相協(xié)調(diào)。3 臺機(jī)方案相對2 臺機(jī)方案來講，不但配件多及技術(shù)儲備量大，而且全廠運(yùn)行維護(hù)及檢修的工作量也大及維修費(fèi)用也高。從這個(gè)意義上講，機(jī)組臺數(shù)與類型越少越好，但事故停機(jī)對電廠出力影響大。

綜上所述，對于本電站機(jī)組參數(shù)選擇，一方面要盡可能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面過機(jī)泥沙含量較高，尤其應(yīng)考慮汛期水庫排沙運(yùn)行時(shí)泥沙含量較大。在水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)中，需綜合考慮能量特性、穩(wěn)定性和抗磨蝕性能的影響。選擇方案三兩臺不等大（1.25 MW+2.75 WM））。

4 結(jié)語

綜上所述，通過TP 水電站的特征指標(biāo)分析，理清各方面需要考慮的問題以及應(yīng)考慮的次序，通過深入的分析論證，確定電站的裝機(jī)容量，提出擬定水電站建設(shè)規(guī)模的思路，并按照該思路提出擬定水電站建設(shè)規(guī)模的思路的基本步驟和工作方法，從而用此方法合理確定水電站的建設(shè)規(guī)模。對于水電站而言，裝機(jī)容量和機(jī)組臺數(shù)方案的設(shè)計(jì)所要參考的要素是多方面的。只有技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的設(shè)計(jì)才是最優(yōu)的設(shè)計(jì)。水電站安全經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可靠是一個(gè)永恒的話題，需要我們不斷地研究和探索。TP 電站的建成及投產(chǎn)使用，不僅水能資源利用效率顯著提高、整個(gè)過程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)，而且能有效地緩解電力緊缺矛盾，更好地為邊疆人民造福。