主题：开展节能调度 提高梯级电站水能利用效益


□ 李学贵 袁 杰　《中国三峡建设》 2008年第03期


　　摘要:目前国家提出开展电力节能调度,优先利用可再生能源(包括水电、风电、生物质能发电以及垃圾发电)发电,给水力发电带来了新的契机,同时对充分利用水能,开展水电站优化调度提出了更高的要求。结合三峡、葛洲坝梯级电站的特点,分析了科学调度,合理利用水资源、提高水能利用率所取的发电效益。提出了梯级水库开展节能调度的有效途径。
　　关键词:水电站调度;水能利用效益;优化
　　中图分类号:TV697.1　文献标识码:A
　　
　　1　节能调度有利于水资源的充分利用
　　
　　在倡导建设节约型社会政策激励下,目前国家提出开展电力节能调度,优先利用可再生能源(包括水电、风电、生物质能发电以及垃圾发电)发电。开展节能发电调度,对于减少能源消耗和污染物排放,推动国民经济又好又快发展,具有重要意义。据国家有关部门测算,电力节能调度这项改革措施一年可使全国能耗总量减少4%。
　　节能发电调度办法有利于水电优先调度,鼓励水电多发电。无调节能力的水电站按照“以水定电”的原则安排发电负荷。对承担综合利用任务的水电站,在满足综合利用要求的前提下安排水电机组的发电负荷,并尽力提高水能利用率。对流域梯级水电站,应积极开展水库优化调度和水库群的联合调度,提高水电站水能利用效益。
　　节能发电调度为水电调度带来了新的契机,同时对充分利用水能,开展水电站优化调度提出了更高的要求。如何在国家宏观政策的指引下,有效地开展水库优化节能调度,科学调度,合理利用水力资源,是摆在我们面前的重要课题。应结合流域梯级电站的特点,通过水电联合优化调度,节水增发,在不增加额外投资情况下,努力提高水能利用率,提高发电经济效益。
　　三峡-葛洲坝梯级调度在水能优化调度、节水增发方面做了一些工作,取得了较好的效益,与国家提倡的节能调度精神是相符的。但由于各方面的限制,在水能充分利用方面还有很大的潜力。
　　
　　2　三峡、葛洲坝水库运行特性
　　
　　三峡枢纽与葛洲坝大坝相距约38km。
　　三峡水库的运行方式为:每年5月末-6月初,水库水位降至防洪限制水位145m,整个汛期6-9月,水库一般维持在此低水位运行。仅在非常运行方式时,水库拦洪蓄水,库水位抬高;洪峰过后,库水位仍降到145m运行。
　　10月份,水库蓄水,库水位逐步升高至175m运行,少数年份,蓄水过程延续到11月份。11月至次年4月底,水库应尽量维持在较高水位,水电站按电网调峰要求运行。当入库流量低于电站保证出力对流量的要求时,动用调节库容,库水位开始下降,但4月末以前库水位最低高程不低于155m。
　　葛洲坝水库运行方式汛期基本为径流运行方式,枯水期作为航运反调节梯级水库。
　　
　　3　梯级电站节能调度的有效措施
　　
　　根据三峡、葛洲坝电站的特点,充分利用在水库的蓄水和消落及汛期不同的运用要求,主要采取以下调度措施。
　　
　　3.1　合理控制水库水位
　　三峡水利枢纽与葛洲坝水利枢纽相距仅38km,水力联系紧密,合理控制三峡和葛洲坝水库水位,可使梯级发电量增加。
　　(1)弃水期
　　由于上游来水较大,汛期受防洪限制水位的约束,三峡和葛洲坝基本是按径流发电。
　　三峡电站水头一般情况下小于机组额定水头,出力受阻。此时,在库水位允许波动的范围内,库水位偏高控制有利于机组发电。对梯级电站水轮机运转特性曲线进行分析,库水位抬高1m,单机出力可提高1万kW,在目前阶段(装总机16台)电站总出力可增加16万kW。
　　葛洲坝电站水头大于机组额定水头时,库水位偏低控制有利于梯级电站发电。当电站水头小于机组额定水头时,虽然葛洲坝库水位偏高控制使三峡电站水头有所降低,但由于弃水期流量较大,葛洲坝库水位变化对三峡尾水位影响程度有所减弱,因此,抬高库水位仍然有利于梯级电站发电。以流量40000m3/s为例,葛洲坝库水位每抬高1m,在三峡目前装机情况下,梯级电站可增加出力12万kW。
　　2005年汛期和2006年汛期,三峡、葛洲坝因库水位抬高增发的电量分别为3.02亿kW·h、1.44亿kW·h。
　　(2)枯水期
　　上游来水小于机组发电用水,库水位抬高可降低机组发电耗水率。
　　通过计算,三峡库水位每抬高1m,枯季(11月至次年4月)按多年平均来水考虑,三峡电站可增发电量约2.4亿kW·h。
　　枯水期葛洲坝库水位抬高虽然可以增加葛洲坝发电效益,但由于枯季葛洲坝库水位对三峡尾水位影响较大,而且葛洲坝机组综合效率系数小于三峡机组综合效率系数因此,葛洲坝降低库水位运行有利于梯级电站发电。通过计算,葛洲坝库水位降低2m运行,枯季(11月-次年4月)梯级电站可增发电量0.2亿kW·h。


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3.2　优化汛前三峡库水位消落方式
　　三峡水库初期运行期,蓄水位156m,6月10日前消落至防洪限制水位145m。实际调度过程中,在满足其他方面用水要求的前提下,优化汛前水库消落方式,有利于梯级电站发电。以2007年汛前消落方式为例:对5月和6月上旬实际来水过程及三峡电站机组运行状况进行分析,最优的消落方式为5月1日-5月31日维持5月初的148.61m库水位,6月1日-6月10日,通过三峡机组满发加大下泄流量消落库水位。
　　实际运行过程中,由于航运和电网的需要,5月初库水位开始消落,5月29日,库水位消落到汛期库水位控制范围(143.9-145.0m)。期间的实际发电量与最优消落方式的电量相比少发0.92亿kW·h,但与按调度图方式进行消落增发3.4亿kW·h。
　　为提高电站发电效益,汛前库水位消落调度过程中,应根据坝址中长期来水预测及机组运行状况,协调好电网、航运与水库运用的关系,力求库水位消落过程达到最优。
　　
　　3.3　汛末提前蓄水
　　汛末提前蓄水可以减少弃水,增加水头效益,提高水能利用效率。初期运行期调度规程规定的汛后蓄水开始时间为10月1日,其主要考虑因素是长江中下游防洪及库区泥沙淤积。实际调度过程中,可以根据长江中下游洪水及泥沙淤积情况,适度提前蓄水,以提高电站发电效益。
　　以2006年汛末156m蓄水为例:根据长江中下游防洪形势、上游来水预测、泥沙观测分析成果,实际蓄水开始时间较调度规程规定的蓄水开始时间提前了10天,尽管2006年9月份坝址来水特枯,三峡电站仍然增发电量5.3亿kW·h。
　　2007年9月25日开始蓄水,增发电量1.3亿kW·h。如按提前到9月20日蓄水计算,将增发电量4.3亿kW·h。
　　
　　3.4　汛期机组适当超出力限制线运行
　　汛期,由于坝址来水大于机组发电用水,在机组运行安全的前提下,适度超发可以提高电站发电效益。通过不同水头情况下对机组进行真机试验,葛洲坝小机的额定出力可增加0.9万kW, 三峡左岸机组可增加1万-3.4万kW。按多年平均来水计算,通过机组超限制线运行,每年7月-9月,三峡左岸14台机组增发电量约5.4亿kW·h,葛洲坝19台小机增发电量约5.5亿kW·h。
　　实际调度过程中,运行人员密切监视水头变化,适时调整出力,使弃水期各运行机组始终按最大能力发电。
　　
　　3.5　枯季合理安排机组运行方式
　　枯水期,相同水头、相同出力情况下,三峡电站不同机型间的效率有差异;同一机型、相同水头情况下,单机所带出力对机组运行效率影响明显。
　　由于三峡电站的机组有4种机型,各种机型的最优效率区所对应的出力不尽相同;同一种机型,水头一定情况下,负荷运行不同区域,机组效率差异较大。
　　实际运行过程中,根据电站水头、电网下达的出力计划、可投运的机组类型和数量,合理安排机组运行方式,以提高水能利用效率。
　　
　　3.6　重复利用库容,对小洪水实施优化调度
　　三峡和葛洲坝水库汛期调节能力虽然有限,但通过准确的来水预测,合理库水位变化范围,重复利用有限的库容,仍可对弃水与非弃水过渡期的小洪水实施优化调度,从而达到提高电站发电效益的目的。
　　实际调度过程中,在弃水前,通过加大出力使库水位降到最低,洪水到来后,利用发电多余的水量将库水位蓄至上限水位。通过测算,初期运行期,重复利用1m的库容,三峡可增发电量约1亿kW·h,葛洲坝可增发电量0.01亿kW·h。
　　2005年-2006年通过重复利用库容,三峡电站增发电量2.8亿kW·h。
　　
　　3.7　其它
　　提高机组检修效率和质量,合理安排机组检修时间使机组检修工作尽量在汛期前完成。提高机组检修质量,确保汛期机组安全稳定运行。汛期开展机组诊断性检修,尽量缩短检修工期,减少因检修造成的弃水损失电量。
　　汛期洪水期,大量的漂浮物使机组进水口前的拦污栅压差增大,造成发电水头减小,机组出力相应减小。为减少压差对电站发电造成的影响,实际调度过程中,运行人员根据拦污栅压差自动遥测系统,实时监视压差变化情况,及时开展清污工作,减小漂浮物堵塞对机组水头的影响,以提高电站发电效益。
　　
　　3.8　节能调度考核
　　为了更好地发挥三峡梯级枢纽防洪、发电、航运综合效益,充分利用水能资源,提高电力生产管理水平,进一步完善电力生产绩效考核体系,中国三峡总公司制定水能利用效率考核管理暂行办法。提出了水能利用效率考核方式及管理要求。

为便于对水能利用效率进行科学量化考核,进行了考核程序设计,并对考核结果进行审查。并明确水能利用效率考核工作适用于内部三峡梯级枢纽电力生产业务考核。
　　
　　4　效益显著
　　
　　采取以上调度措施,三峡、葛洲坝已取得显著的效益。
　　2003年三峡工程蓄水发电以来,据统计,2003年-2006年,三峡电站增发电量56.21亿kW·h,水能利用提高率4.3%;葛洲坝电站增发电量37.92亿kW·h,水能利用提高率8.6%;梯级电站增发电量94.13亿kW·h,水能利用提高率5.3%。
　　
　　5　三峡,葛洲坝梯级电站水能利用效益潜力分析
　　
　　随着2006年10月初期蓄水任务的圆满完成,三峡工程将进入正常运行期运行,工程开始全面发挥防洪、发电、航运任务,梯级枢纽运行方式发生了变化。根据正常运行期梯级枢纽的运行特点,进一步开展节能调度,对水能利用进行优化,可以产生潜在的效益。
　　
　　5.1　汛前库水位消落时间可适当推迟
　　按照三峡工程初步设计,5月底库水位不低于枯季消落低水位155m,6月上旬末库水位降至防洪限制水位145m。
　　经分析计算,6月20日以前将库水位消落到汛限水位,不会对防洪造成不利影响,而且对发电、航运均有利。
　　因此,汛前库水位消落时间可由设计规定的6月10日推迟到6月20日。
　　在实际调度运行中,具体水库消落速度和最终时间可根据实际水情和下游防洪等情况掌握。
　　库水位6月1日-6月20日均匀消落到汛限水位,日均增加泄量只有3270m3/s,按初步设计规划的26台机组计算,三峡基本上不会因库水位消落造成强迫弃水。同时,由于库水位的抬高,三峡发电效益将有所提高,按平均来水计算,库水位消落时间推迟到20日,三峡每年平均可增发电量约1.8亿kW·h。
　　
　　5.2　汛限水位实施动态控制
　　以初步设计规定的枝城流量为控制目标,考虑三峡坝址至枝城的区间来水,并结合可靠的预见期对汛期不同洪水组成的典型年:1954年、1981年、1982年、1998年采用预泄的方式进行分析计算,库水位抬高3-5m满足荆江河段的防洪要求。因此,汛期水库水位可按抬高4m进行控制。
　　实际调度过程中,可根据荆江河段的防洪形势,并结合上游流域的水情气象预报,洪水到来之前,及时将库水位预泄至防洪限制水位,洪水过后,根据后期来水预测,适时将库水位允许的变动范围。
　　汛期,由于水头小于机组额定水头,机组出力受阻,库水位抬高,将提高电站的发电效益。按三峡坝址汛期平均来水计算,库水位抬离4m,7-9月三峡电站可增发电量约24亿kW·h。
　　
　　5.3　汛后蓄水时间提前
　　按照三峡初步设计,汛后三峡水库10月1日开始蓄水,10月31日蓄水至正常蓄水位175m,蓄水期间电站出力不低于保证出力499万kW。10月份多年平均流量只有19100m3/s,尚不够机组满发用水,蓄水只能靠减少发电来实现。按此方式蓄水,有7%的年份不能蓄满。考虑到上游水库的大量兴建将使10月份来水减小和下游航运与生态对最小泄放流量的要求,水库的蓄满保证率将会进一步降低。因此,有必要将蓄水时间提前,以适应航运、中下游生态用水的需要,同时,提高电站的发电效益。
　　通过对历史水文资料分析,9月中旬开始,上游来水明显减少,出现大洪水的概率明显降低。考虑最不利的因素,坝址来水按万年一遇进行洪水调节计算,水库水位从9月11日的145m逐步蓄至161.6m也能满足枢纽及荆江河段防洪要求。
　　因此,三峡水库汛后蓄水时间可提前至9月11日,考虑到9月底以前可能发生的万年一遇洪水以及水库走沙的需要,9月30日的库水位可按160m控制。
　　汛末蓄水时间提前到9月11日后,电站因蓄水而压减负荷的幅度可减小一倍,对电网的安全运行提供了保障。
　　9月中下旬坝址来水大于机组发电用水的部分可以全部用于蓄水,从而减小了蓄水发电损失。同时,由于库水位抬高,在相同来水情况下,增加了电站发电量。按多年平均来水计算,提前蓄水与10月1日开始蓄水相比,每年平均增发电量约17.3亿kW·h。
　　
　　6　结论与建议
　　
　　(1)通过以上对三峡-葛洲坝梯级枢纽采取一系列的节能调度措施的分析表明,提高水能利用的效益是巨大的。建议流域梯级电站应抓住国家倡导的节能调度的契机,根据各自的运行特点,结合流域的具体情况,科学合理调度,进一步探求水能优化利用的新途径,以充分发挥梯级电站的发电效益,为我国的节能降耗做出努力。
　　(2)应开展流域梯级水库汛后蓄水时间的分析研究,合理选择水库的蓄水时间解决各水库汛后争水可能蓄不满的矛盾。
　　(3)有防洪库容的水库应加强动态汛限水位的研究,合理利用洪水资源。随着人类控制洪水能力的提高、对水资源需求量的增加和对生态环境问题的关注,较大规模安全合理地利用洪水不仅可能,而且急需。我们应在这方面有所作为。
　　(4)建议各梯级流域应加强节能调度和水资源利用的技术方面的合作和交流,为开创流域梯级节能调度新局面作出我们的贡献。
　　

《中国三峡建设》2008年第03期

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