淺談水利樞紐發(fā)電優(yōu)化調(diào)度

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［關(guān)鍵詞］飛來(lái)峽水利樞紐;水庫(kù)調(diào)度;水量利用率;優(yōu)化調(diào)度

1樞紐概況

飛來(lái)峽水利樞紐位于北江干流中下游，廣東省清遠(yuǎn)市轄區(qū)內(nèi)，上游距英德市50km，下游距清遠(yuǎn)市33km，屬河道型大型水庫(kù)，是以防洪為主，兼有航運(yùn)、發(fā)電、水資源調(diào)配及改善生態(tài)環(huán)境等綜合效益的水利樞紐，是調(diào)蓄北江洪水的關(guān)鍵性工程。壩址控制流域面積34097km2，占北江流域面積的73%，水庫(kù)總庫(kù)容19．04億m3，防洪庫(kù)容13．36億m3，正常蓄水位24．0m，發(fā)電最低水位20m，發(fā)電庫(kù)容2．29億m3，多年平均流量1100m3/s，年來(lái)水量347億m3，電站安裝有4臺(tái)單機(jī)容量35MW的燈泡式貫流機(jī)組，機(jī)組發(fā)電水頭3．61～13．59m，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量5．54億kW•h，年來(lái)水量利用率63．4%，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)3948h。

2樞紐調(diào)度現(xiàn)狀

2．1發(fā)電運(yùn)行調(diào)度規(guī)則

飛來(lái)峽水利樞紐發(fā)電運(yùn)行調(diào)度采用24h預(yù)報(bào)預(yù)泄的調(diào)度方式，隨著入庫(kù)流量的增大而降低庫(kù)水位運(yùn)行。當(dāng)壩址流量小于1700m3/s時(shí)，庫(kù)水位維持在24m運(yùn)行，以控制英德發(fā)電回水位不超過(guò)24．5m為原則，水庫(kù)發(fā)電預(yù)泄調(diào)度規(guī)則，見(jiàn)表1。

2．2樞紐現(xiàn)有調(diào)度方法

北江流域地處亞熱帶氣候區(qū)，高溫多雨，既受冷暖氣團(tuán)交綏鋒面雨的影響，又受南海臺(tái)風(fēng)波及，流域年降水量在1400～2500mm之間。北江干流的英德至清遠(yuǎn)是穩(wěn)定的暴雨中心，最大年雨量及短歷時(shí)最大暴雨均集中在這個(gè)地區(qū)，所以飛來(lái)峽水利樞紐的洪水由暴雨形成，又因流域坡降較陡，河流水系呈羽狀分布，洪水匯流迅速，猛漲暴落，具有山區(qū)河流的特點(diǎn)。流域大調(diào)節(jié)庫(kù)容小的不完全日調(diào)節(jié)特點(diǎn)決定了飛來(lái)峽水利樞紐水庫(kù)調(diào)度具有很大的復(fù)雜性和不確定性。目前飛來(lái)峽水利樞紐水庫(kù)調(diào)度采用廣東省氣象臺(tái)(南海海洋氣象預(yù)報(bào)中心)短期天氣預(yù)報(bào)成果進(jìn)行24h預(yù)報(bào)預(yù)泄調(diào)度，考慮目前水文氣象預(yù)報(bào)對(duì)降雨量、降雨時(shí)空分布等方面的精度還不是很高，調(diào)度人員控制水庫(kù)高水位運(yùn)行，并采用落地雨作為調(diào)度決策的依據(jù)，即通過(guò)飛來(lái)峽水利樞紐自建的水情遙測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到飛來(lái)峽壩上流域?qū)嶋H發(fā)生降雨，再結(jié)合上游水庫(kù)運(yùn)行情況進(jìn)行水文預(yù)報(bào)，利用洪水的預(yù)見(jiàn)期按照水庫(kù)調(diào)度規(guī)則進(jìn)行水庫(kù)預(yù)泄調(diào)度。這種調(diào)度方法增強(qiáng)了來(lái)水預(yù)報(bào)的確定性，維持了洪水入庫(kù)之前時(shí)段水庫(kù)高水位運(yùn)行，提高了水頭發(fā)電效益，但是人為的縮短了來(lái)水預(yù)見(jiàn)期，無(wú)法通過(guò)發(fā)電提前預(yù)泄庫(kù)水位，達(dá)到增加發(fā)電量的目的。

2．3樞紐水量利用現(xiàn)狀

樞紐自1999年7月中旬第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，已運(yùn)行了20年。截至2018年，累計(jì)發(fā)電超過(guò)99．78億kW•h，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但從發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)來(lái)看不甚理想，年均發(fā)電量為5．27億kW•h，比設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量5．54億kW•h少0．27億kW•h，平均年來(lái)水量利用率為57．8%，為設(shè)計(jì)多年水量利用率63．4%的91．2%;從全年看，豐水年的水量利用率均不超過(guò)53．2%，平水年的水量利用率均不超過(guò)62%，枯水年不到60%，只有較特枯水年水量利用率才高于設(shè)計(jì)多年水量利用率63．4%。樞紐汛期(除幾個(gè)較特枯年份外)水量利用率很低，普遍在50%以下，枯水期(除2016年)則較高，普遍在80%以上。見(jiàn)表2。從表2分析可知，來(lái)水量越大，徑流年內(nèi)分配越平均，發(fā)電效益越高，水量利用率也越高，汛期的水量利用率挖潛空間比枯水期的要大。

3基于發(fā)電效益最大化的調(diào)度方式

根據(jù)機(jī)組出力及發(fā)電量計(jì)算公式，在飛來(lái)峽水利樞紐電站燈泡式貫流機(jī)組發(fā)電效率基本在95%以上的情況下，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效益最大化的主要技術(shù)指標(biāo)是流量和發(fā)電水頭，因此，可通過(guò)減少棄水提高水量利用率及維持高水頭的調(diào)度方式來(lái)提高發(fā)電量。

3．1減少棄水，提高水量利用率

3．1．1洪水來(lái)臨前大膽發(fā)電騰庫(kù)當(dāng)預(yù)報(bào)飛來(lái)峽壩上流域未來(lái)3d有中雨及以上且大范圍的降雨過(guò)程時(shí)，根據(jù)預(yù)報(bào)的降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度和上游白石窯水電站、支流連江高道西牛水利樞紐還有支流滃江長(zhǎng)湖水電站的出庫(kù)流量及其水位、發(fā)電機(jī)組情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)估算，可將庫(kù)水位通過(guò)發(fā)電提前降至23m，甚至降至22m，延長(zhǎng)可發(fā)電運(yùn)行水頭，增加發(fā)電效益。飛來(lái)峽水電站發(fā)電過(guò)流能力為190～2033m3/s，正常水位下，4臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)發(fā)所需流量約為1400m3/s，因此，只有在場(chǎng)次洪水前期入庫(kù)流量小于1400m3/s時(shí)，才能通過(guò)增加發(fā)電進(jìn)行預(yù)泄，提高發(fā)電效益，否則只能通過(guò)開(kāi)閘棄水進(jìn)行預(yù)泄調(diào)度。

3．1．2及時(shí)攔蓄洪尾抬高發(fā)電水頭在場(chǎng)次洪水結(jié)束前，通過(guò)對(duì)場(chǎng)次洪水退水過(guò)程的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，及時(shí)攔蓄洪尾提高發(fā)電水頭，減少棄水，提高水庫(kù)水量利用率，體現(xiàn)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度增加發(fā)電效益。按照水庫(kù)設(shè)計(jì)要求，入庫(kù)流量退至4000m3/s時(shí)，水庫(kù)開(kāi)始回蓄調(diào)度，控制出庫(kù)流量不超1800m3/s，不低于860m3/s。但從多年調(diào)度分析可知，受上游各水利工程運(yùn)行影響，在入庫(kù)流量5000m3/s時(shí)就可進(jìn)行回蓄調(diào)度，將庫(kù)水位回蓄至20m。

3．1．3保持機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)而不停機(jī)此情況主要是對(duì)洪峰流量在4000～5500m3/s的場(chǎng)次洪水過(guò)程。根據(jù)調(diào)度規(guī)則，以控制英德發(fā)電回水位不超過(guò)24．5m為原則，在入庫(kù)流量小于4000m3/s的發(fā)電調(diào)度階段，庫(kù)水位控制在20m～24m;入庫(kù)流量大于4000m3/s后，水庫(kù)進(jìn)入預(yù)泄調(diào)度過(guò)度階段，庫(kù)水位需從20m降至18m，此過(guò)程由于水頭過(guò)低，無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)組發(fā)電最低水頭3．61m，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。但根據(jù)多年水庫(kù)調(diào)度實(shí)際總結(jié)，在洪峰流量4000～5500m3/s的場(chǎng)次洪水過(guò)程，庫(kù)水位可不降至20m以下，實(shí)現(xiàn)既滿(mǎn)足水庫(kù)防洪調(diào)度要求及安全，兼顧英德水位不超24．5m的要求，又可實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)而不停機(jī)，減少停機(jī)時(shí)間，提高水量利用率，增加發(fā)電效益，見(jiàn)表3。

3．2樞紐維持高水頭運(yùn)行

(1)主汛期(5～6月):由于來(lái)水量大，水庫(kù)發(fā)生場(chǎng)次洪水頻率大，5月、6月多年平均入庫(kù)流量分別為2291、2534m3/s，比正常水位下4臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)發(fā)所需流量1400m3/s多64%、81%，因此，在主汛期，庫(kù)水位維持在23．5m運(yùn)行，在保證電力系統(tǒng)調(diào)度需求的前提下，盡可能地滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。(2)非主汛期(4月、7月～10月15日)和枯水期(10月16日～3月):水庫(kù)發(fā)生場(chǎng)次洪水頻率小，非主汛期水庫(kù)調(diào)度最高庫(kù)水位不超24m，枯水期水庫(kù)調(diào)度最高庫(kù)水位不超24．5m。在保持高水位的前提下，根據(jù)來(lái)水量決定發(fā)電計(jì)劃，盡量降低發(fā)電耗水率，如果機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰或某一段時(shí)間因執(zhí)行水量調(diào)度方案把水位降得較低，結(jié)束后應(yīng)及時(shí)回蓄至高水位。(3)每場(chǎng)洪水過(guò)后及時(shí)清理機(jī)組進(jìn)水口垃圾，降低水頭損失，保證機(jī)組大發(fā)滿(mǎn)發(fā)。在場(chǎng)次洪水過(guò)程中，大量的垃圾在水流的作用下會(huì)堆積在電站進(jìn)水口前，使機(jī)組水頭損失增大(正常情況下的損失為0．2～0．4m)，甚至?xí)?臺(tái)機(jī)組全?；蚪档统隽\(yùn)行，造成發(fā)電量損失，見(jiàn)表4。所以場(chǎng)次洪水過(guò)后應(yīng)及時(shí)清理機(jī)組進(jìn)水口垃圾，降低水頭損失，保證機(jī)組能大發(fā)滿(mǎn)發(fā)。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取上述優(yōu)化調(diào)度方式，可提高飛來(lái)峽水利樞紐的發(fā)電效益。但水庫(kù)優(yōu)化發(fā)電調(diào)度需建立在高精度的水文預(yù)報(bào)的前提下，只有充分掌握水雨情，做出較科學(xué)、準(zhǔn)確的水文預(yù)報(bào)成果，才能及時(shí)優(yōu)化發(fā)電調(diào)度，提高發(fā)電效益。因此，我們應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工作，不斷總結(jié)分析，不斷提高預(yù)報(bào)調(diào)度水平，進(jìn)一步完善提高水情遙測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性，達(dá)到水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度對(duì)預(yù)報(bào)精度的要求。

參考文獻(xiàn)

［1］蔡旭東．提高飛來(lái)峽水利樞紐發(fā)電效益的調(diào)度措施．中國(guó)農(nóng)村水利水電．2006(3)

［2］水利部珠江水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．廣東飛來(lái)峽水利樞紐水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度設(shè)計(jì)專(zhuān)題報(bào)告(修訂本)．廣州．1999

作者：葉芳 單位：廣東粵海飛來(lái)峽水力發(fā)電有限公司