浅谈优化调度对提高水电站经济效益的影响

2013-04-16傅守权

中国水能及电气化 2013年9期

傅守权，艾亮

(辽宁省柴河水库管理局，辽宁铁岭 112000)

水库效益发挥得好坏关键在于水库运行调度是否科学、合理。通常水库实际运行的情况和设计相差甚远。比如:柴河水库电站设计年发电量1600万kW·h，而实际多年平均发电量为900万kW·h，实际仅为设计值的56%。分析其原因，主要是规划设计时的调节计算方法较理想化，要求严格按照调度图运行，而实际很难办到。其次，柴河水库是以防洪灌溉为主的水利工程设施，防洪限制水位使得电站在汛期处于低水头运行，而灌溉期所需的流量加大，又需要开启泄洪洞集中供水灌溉，既不能保证有效利用水能发电，又增加了发电的沿途水头损失，致使多年平均发电量和装机利用小时数减少。此外，天然径流总量及其分布变化也是原因之一。

不难看出，上述各种损失的因素不可能完全消除，故损失的经济效益亦不可能完全弥补。但是采取一些非工程措施，如实施优化调度，可以明显提高水能资源利用率，获得显著的经济与社会效益。

1 柴河水库工程及水文特性

柴河是辽河左侧较大支流，发源于清原北乐山岔，河长143km，流域多年平均降雨量737mm，多年平均径流量3.73亿m3。

1.1 工程特性

柴河水库位于铁岭市城区东12km，是一座以防洪、灌溉为主，结合养鱼、发电及工业城市生活用水的大 (2)型水利枢纽工程，水库控制面积1355km2，占流域总面积的90%以上。水库按百年一遇洪水设计、可能最大洪水校核，总库容6.36亿m3，调洪库容3.52亿m3，防洪库容1.34亿m3。

水库由土坝、溢洪道、泄洪洞和水电站、工业引水口等工程组成。土坝为黏土心墙砂壳坝，坝长982m，坝高42.3m。泄洪洞出水口设弧形闸门一扇，设计最大泄量304m3/s;溢洪道设4孔10m×8m弧形闸门，设计最大泄量2950m3/s，

1.2 水文特性

柴河流域多年平均降水量737mm，年际和年内降雨分配不均，场次降雨分布也不均。75%年降雨量集中在6～9月，尤其是集中在7、8月，其中又以7月中旬到8月中旬最为集中。

形成柴河流域暴雨的主要天气系统有蒙古气旋、台风、高空槽、华北气旋、低压冷锋等，其中以蒙古气旋、华北气旋影响次数最多。造成流域内大洪水的暴雨多是几个天气系统连续出现，且维持较长时间的结果。

柴河流域的洪水均由暴雨产生。洪水特性主要受暴雨、下垫面及流域形状等因素制约。柴河流域洪水与降雨一致，75%出现在7、8月，特别是7月下旬至8月中旬。与暴雨历时短、雨量集中的特点相对应，柴河流域洪水汇流速度快、陡涨陡落。1次洪水过程一般为5～7天，主峰多集中在1～3天。

柴河流域内设雨量站5个、水文站2个。其中柴河堡站 (入库站)观测降雨量、水位、流量，其余的观测雨量、水位、流量、水温、气温等。

上述雨量站和水文站既有自动测报系统，又有水文部门人工同时观测设施，分别通过超短波、GPRS和电话传输雨情、水情信息，其分布见下图。

柴河水库流域图

2 柴河水库常规调度及优化调度方案比较

柴河水库有两套调度方式:常规调度方式和防洪预报调度方式。1996年以前，常规调度方式是水库唯一采用的调度方式。为解决防洪与兴利的矛盾，缓解辽北地区水资源紧张问题，1996年省防总批准柴河水库使用防洪预报调度方式。

2.1 常规调度方式

2.1.1 调度原则

当发生频率为5%的洪水时，保证水库下游石佛寺站的组合流量不超过5500m3/s、水库上游最高水位不超过110.8m。

2.1.2 泄流方式

(1)库水位在104.0～106.1m时，电厂、输水道同时泄流，最大泄量265m3/s。

(2)库水位在106.1～111.8m，且有错峰要求时，电厂运行，输水道全关;无错峰要求时，电厂、输水道全开泄流，最大泄量283m3/s。

(3)库水位在111.8～112.0m时，输水道与两孔溢洪道同时泄流。

(4)库水位超过112m.0时，输水道与4孔溢洪道同时泄流。

2.2 防洪预报调度方式

2.2.1 调度原则

(1)当发生频率为20%的洪水时，保水库下游拦河坝，下泄流量120m3/s。

(2)当发生频率为5%的洪水时，保证水库下游石佛寺站的组合流量不超过5500m3/s、水库上游最高水位不超过110.8m。

2.2.2 泄流方式

起调水位105.20m。

Q入≥120，q=120+q电

(2)R≥R5年时，Z=108.10～110.80

有错峰要求时，关闸，q=q电

无错峰要求时，q=200+q电

(3)R≥R20年时，Z≥110.80，q=q洞+q2孔溢

(4)R≥R100年，Z≥112.00，q=q洞+q4孔溢

以上式中 R——净雨量;

Q入——水库入库流量;

q电——电厂三台机组全开时的下泄流量;

q——下泄流量;

q洞——输水洞下泄流量;

q溢——溢洪道下泄流量;

Z——库水位。

3 调度实例

3.1 降雨情况

2005年8月13日与2010年8月20日，柴河流域发生了两次降雨分布及洪水特性十分接近的过程，但由于采用不同的调度方式，对水能综合利用效果产生的差异很大 (见表1)。

表1 洪水过程情况比较

3.2 调度效果分析

由表1可见，两次洪水过程十分接近，2005年比2010年偏大，但由于调度方式不同，两个年度内电站泄洪期发电量差别极大，现针对具体调度方式列表说明 (见表2)。

表2 不同调度方式机组出力比较

由表2对比可看出，2005年，为常规调度方式，以防洪限制水位为基本目标函数，按泄洪洞闸门全开方式最大泄量泄洪，由于电站进水口位于泄洪洞支洞，水头沿程损失之后，发电机组出力只有额定出力30%，而在加大泄洪流量之后，河道防洪标准偏低造成河道水利工程严重损毁，为了在冰冻期之前抢修水毁工程，避免秋汛，在洪水过程结束之后，又加大泄量至9月6日，然后泄洪洞与水电站同时关闸蓄水，河道开始施工。因此，此次洪水弃水多，70%由泄洪洞泄掉，而电站既受约束于水头损失，又受实际工作水头影响，没有有效利用水能。

2010年，在保证防洪要求情况下，采用防洪预报调度方案，在水位过高之后，采用集中时段大流量泄洪，根据天气预报及水文预报，逐步提高上游水位等方式，没有急于降低水库水位，增加了发电站发电时间，提高了发电水头，同时，在弃水过程中，通过最优函数计算，使得泄洪流量满足防洪要求的情境下，尽量减少发电水头损失，使发电机组得到有效利用。正是多种优化调度方案的联合应用，使得电站充分利用了此次洪水过程，上网销售电量达到800万kW·h，仅此一项就为水库增创产值240万元。