基于電力市場現(xiàn)貨交易下的黑河流域梯級電站水庫優(yōu)化運行方案研究

汪文波

（甘肅電投河西水電開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅 張掖 734000）

0 引 言

電力現(xiàn)貨交易和梯級電站聯(lián)合量化調(diào)度運行是在不需要投資的情況下獲得顯著的經(jīng)濟效益。黑河流域梯級電站水庫優(yōu)化運行主要根據(jù)黑河的來水，并結(jié)合電力現(xiàn)貨實時交易情況，充分利用流域內(nèi)龍首二級和寶瓶水電站兩座大水庫進行水庫的預(yù)發(fā)、預(yù)泄和預(yù)蓄，即洪水來之前進行預(yù)發(fā)滕庫，洪水結(jié)束后則在滿足大壩安全的條件下進行蓄庫，并結(jié)合現(xiàn)貨交易進行水庫調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)各級電站水庫優(yōu)化運行和電力現(xiàn)貨交易的雙重豐收。

1 黑河流域梯級電站概況

黑河從發(fā)源地到居延海全長821 km，是我國第二大內(nèi)陸河。目前，甘肅電投河西水電有限責(zé)任公司在黑河流域建成投產(chǎn)五級電站，從上游到下游依次為寶瓶、三道灣、龍首二級、龍匯和龍首一級，距離張掖市依次距離為120 km、102 km、42 km、36 km和30 km。

龍首一級水電站大壩壩型為碾壓砼薄拱壩，最大壩高80 m，壩頂高程1 751.5 m，設(shè)計總裝機容量59 MW（3×15 MW+2×7 MW），設(shè)計年發(fā)電量為1.98×108kW·h。電站設(shè)計庫容為1.32×107m3，水庫正常蓄水位1 748.0 m，校核洪水位1 749.4 m。

龍首二級水電站壩型為砼面板堆石壩，最大壩高146.5 m，壩頂高程1 924.5 m，設(shè)計總裝機容量157 MW（3×45 MW＋1×22 MW），設(shè)計年發(fā)電量為5.28×108kW·h，水庫設(shè)計總庫容9.140×107m3，水庫正常蓄水位1 920 m，校核洪水位1 923 m。

龍匯水電站壩型為溢流橡膠壩，橡膠壩高4.5 m。設(shè)計總裝機容量13 MW（2×6.5 MW），設(shè)計年發(fā)電量5.357×107kW·h，樞紐設(shè)計水位1 764 m，設(shè)計洪水位1 765.5 m，校核洪水位1 767 m。

三道灣水電站壩型為砼面板堆石壩，最大壩高48.7 m，壩頂高程2 373.7 m，設(shè)計總裝機容量112 MW（2×45 MW＋1×22 MW），設(shè)計年發(fā)電量為4.003×108kW·h。水庫設(shè)計總庫容5.30×106m3，水庫正常蓄水位2 370 m，校核洪水位2 372.41 m。

寶瓶水電站壩型為砼面板堆石壩，最大壩高93.5 m，壩頂高程2 528.6 m，設(shè)計總裝機容量123 MW（2×50 MW＋1×23 MW），設(shè)計年發(fā)電量為4.137 5×108kW·h。水庫設(shè)計總庫容2.05×107m3，水庫正常蓄水位2 521.0 m，校核洪水位2 522.72 m。

2 電力現(xiàn)貨交易概況

每年的12月底，省電力調(diào)度控制中心會依據(jù)各電站前3年發(fā)電量平均值按一定比例核定下一年度中長期發(fā)電量，超出中長期的電量則要通過電力市場現(xiàn)貨交易。甘肅電力市場現(xiàn)貨交易對水電站的特殊要求是報量不報價，若水電站在白天新能源大發(fā)期間實際所帶負(fù)荷高于中長期電量（或自發(fā)電計劃電量），在電網(wǎng)早晚高峰水電站實際所帶負(fù)荷低于中長期電量（或自發(fā)電計劃電量），均要受到調(diào)峰和偏差考核。因此，水電站水庫日調(diào)節(jié)和現(xiàn)貨交易需做好充分協(xié)調(diào)，從而達(dá)到效益最大化。

3 黑河流域梯級電站電力市場現(xiàn)貨交易及水庫優(yōu)化調(diào)度決策依據(jù)

3.1 龍首二級水庫的調(diào)節(jié)特性參數(shù)

龍首二級最低發(fā)電水位到最高水位可調(diào)節(jié)庫容如圖1所示。

圖1 水位與庫容關(guān)系曲線

3.2 寶瓶水庫的調(diào)節(jié)特性參數(shù)

寶瓶最低發(fā)電水位到最高水位可調(diào)節(jié)庫容如圖2所示。橫縱坐標(biāo)分別表示水位（米）和庫容（萬方）。

圖2 寶瓶水電站水位曲線

3.3 黑河上游水情規(guī)律

根據(jù)2010—2019年水情統(tǒng)計測量經(jīng)過統(tǒng)計計算，計算得出了月度區(qū)間匯流的情況和平均區(qū)間匯流，計算成果見表1[1]。

可以得出：（1）汛期龍首二級與寶瓶之間的區(qū)間匯流約為20%；（2）黑河的產(chǎn)流80%來自寶瓶斷面以上；（3）5月份來大洪水的可能性不大；（4）6月份隨著黑河流域的降雨增多，入庫流量逐漸增大，其中6—9月黑河每月都有洪水過程，且每年的洪水過程為3～5次，每次洪水過程之間的間隔跨距在3～31天，洪水過程在2～15天。因此做好水情預(yù)測并及時掌握寶瓶斷面上游流域7天內(nèi)氣象信息是做好水庫優(yōu)化運行的重要依據(jù)。

表1 2010—2019年月度區(qū)間匯流情況統(tǒng)計表

續(xù)表1

4 電力現(xiàn)貨交易與非汛期水庫優(yōu)化運行方案

（1）在非汛期（每年的10月上旬—次年5月上旬），黑河上游來水一般小于60 m3/s。為便于現(xiàn)貨交易，寶瓶電站庫區(qū)水位調(diào)節(jié)范圍為1.5 m即2 519.3～2 520.8 m，龍首二級電站庫區(qū)水位調(diào)節(jié)范圍為1.6 m即1 918.2～1 919.8 m（庫區(qū)未結(jié)凍前深調(diào)水位）。龍首一級、龍匯及三道灣電站庫區(qū)水位以高水位（正常蓄水位）運行，分別隨龍首二級及寶瓶電站過機流量調(diào)整負(fù)荷，高水頭運行以減少機組耗水率。

（2）非汛期，黑河上游來流量較小，要結(jié)合現(xiàn)貨交易發(fā)電曲線合理安排機組運行方式。申報時盡量按“早晚高峰高負(fù)荷，白天消納新能源期間低負(fù)荷”填報。填報96點負(fù)荷曲線時，10:00—17:00低于中長期電量曲線，18:00—21:00、6:30—9:00高于中長期電量曲線，剩余時段保持或稍高于中長期電量曲線安排機組運行方式。運行人員根據(jù)中長期負(fù)荷曲線和日申報負(fù)荷曲線合理安排機組運行方式，且偏差不超過±2%。要充分考慮庫容調(diào)節(jié)能力和運行的經(jīng)濟性，避開機組振動區(qū)域，追求效益最大化。

（3）日常工作中要盡量減少機組開停機次數(shù)和機組定期空轉(zhuǎn)次數(shù)，同時應(yīng)盡量減少機組空載帶廠用的時長。要及時處理導(dǎo)葉臂錯位問題，從而降低機組停機態(tài)的漏水量。為減少導(dǎo)葉漏水量，在電站安全可靠的情況下可關(guān)閉漏水量大的備用機組蝶閥。

5 電力現(xiàn)貨交易與次汛期水庫優(yōu)化運行方案

次汛期指5月1日—6月10日。此期間黑河來大洪水的概率較小，而新能源利用小時數(shù)逐步上升，但上游來水逐步增加。近10年寶瓶與龍首二級水電站水情信息表明，5月份黑河來洪水的可能性不大，但在6月上旬黑河來洪水的可能性較大。通過寶瓶、龍首二級電站深調(diào)電站庫水位（調(diào)節(jié)水位最低要保證生態(tài)放流足額），在新能源大發(fā)時段10:00—17:00降低機組負(fù)荷。此時段電力現(xiàn)貨出清價格會壓到最低，在保證機組工況的前提下最大限度深調(diào)與中長期電量曲線產(chǎn)生負(fù)偏差，但與日前自申報負(fù)荷曲線計劃一致，通過發(fā)電權(quán)置換實現(xiàn)利益最大化。在電網(wǎng)早晚高峰（18:00—21:00，6:30—9:00）最大限度帶高負(fù)荷與中長期電量曲線產(chǎn)生正偏差，此時段電力現(xiàn)貨出清價格會抬到最高，其余時段按照自申報負(fù)荷曲線帶負(fù)荷，保證電站收益。

6 電力現(xiàn)貨交易與主汛期水庫優(yōu)化運行方案

6月10日—9月中旬，統(tǒng)計顯示黑河流域的洪水過程一般有3～5次。根據(jù)這幾年洪水統(tǒng)計，每次洪水間的間隔時間4～30天，洪水過程3～14天。根據(jù)水情統(tǒng)計，6月中旬寶瓶入庫一般都大于60 m3/s，此區(qū)段各級電站現(xiàn)貨交易按照10:00—17:00跟蹤自申報負(fù)荷曲線運行，在18:00—9:00高于自申報負(fù)荷曲線（機組超發(fā)），剩余時段跟蹤自申報負(fù)荷曲線或機組超發(fā)安排機組運行方式。例如，在洪水期向電網(wǎng)爭取負(fù)荷，減少棄水。

根據(jù)多年水庫運行經(jīng)驗，采用中央氣象臺發(fā)布的短期、中期及長期天氣預(yù)報，并結(jié)合衛(wèi)星云圖和雨量數(shù)據(jù)分析，對未來的天氣做出較為準(zhǔn)確的分析，從而預(yù)測黑河的來流情況。具體做法為7天作為一個預(yù)報周期，提前制定出7天無雨、小雨（降雨量0.1～10 mm）、中雨（10～24.9 mm）、大雨（25～49.9 mm）及其組合方式下的水庫及機組運行方式。在制定運行方式時，要充分考慮上游來水量、現(xiàn)貨交易、庫水位及天氣的降雨量等，并結(jié)合3天短期天氣預(yù)報進行隨時滾動修正，進行寶瓶及龍首二級預(yù)發(fā)滕庫（龍首二級最低起調(diào)水位為1 914 m，寶瓶最低起調(diào)水位為2 514.5 m，要足額滿足生態(tài)放流）。水庫優(yōu)化運行調(diào)度運行方式以7天一個循環(huán)，來回滾動、修正，從而做好龍首二級和寶瓶兩級電站預(yù)發(fā)、預(yù)泄滕庫的工作（主汛期寶瓶及二級水庫量化如表1所示）。在預(yù)蓄上，根據(jù)天氣預(yù)報和上游水情信息，利用降雨徑流的預(yù)見期，在黑河洪水消退結(jié)束前將各級電站水位蓄至要求的汛限水位，做到各級電站水量利用的最大化。根據(jù)水庫量化經(jīng)濟運行的實踐經(jīng)驗，每年能完成4次左右的水庫量化調(diào)度過程。

表1 龍首二級及寶瓶電站主汛期量化水位表

7 結(jié) 論

經(jīng)測算：寶瓶水庫每調(diào)蓄1 m3水，公司五級電站可發(fā)電約1.2 kW·h；龍首二級水庫每調(diào)蓄1 m3水，一、二級及龍匯電站可發(fā)電約0.51 kW·h（其中龍首一級0.13 kW·h、龍首二級0.35 kW·h、龍匯0.03 kW·h）。通過水庫優(yōu)化調(diào)度寶瓶電站平均量化水量約2×107m3，龍首二級平均量化水量約3×107m3，共增發(fā)電量約4×107kW·h。通過電力現(xiàn)貨交易與水庫調(diào)節(jié)早晚高峰交易電量1.8×108kW·h，從而實現(xiàn)了水庫量化調(diào)度運行和現(xiàn)貨交易雙重豐收。