径流式水电站库水位控制及峰谷、丰枯发电的思考

高小刚 谭世宇

（澧水流域水利水电综合开发公司关门岩水电站 张家界市 427221）

关门岩水电站是澧水流域梯级开发项目中一座灯泡贯流式机组径流式水电站，电站在2006年底投入运行，在水位控制、峰谷、丰枯发电方面取得了一些成功经验。

1 关门岩水电站流域水文特征

关门岩水电站位于慈利县象市镇，距江垭水电站12 km。电站处于澧水一级支流溇水上，源出湖北鹤峰县七垭，途经下坪、红花岭、杨泗庙、人潮溪、江垭、九溪、石厂河、长潭河，于慈利县城附近汇入澧水。溇水全长约250 km，流域面积5 048 km2，河流坡降2.11‰。该流域四季分明，雨量丰沛，严寒期短，暑热期长，多年平均降雨量1 376.1 mm，溇水流域洪水由暴雨形成，洪水陡涨陡落，一般洪水历时1～3天，主要发生在5～8月，6月、7月尤为频繁。

附图为澧水流域梯级开发布置示意图。

附表为关门岩水电站坝址径流年内分配表（江垭水电站建成后）。

2 关门岩水电站与上游梯级江垭水电站水库运行方式概况

附图 澧水干流梯级布置示意图

关门岩水电站为低水头电站，电站在电网内与江垭水电站同步调峰运行，枯水期或枯水日可位于峰荷位置；汛期情况下电站由于受江垭调蓄作用限制，主要取决于日径流出力位于腰荷位置。另外关门岩水电站最大发电流量为438 m3/s，大于江垭水电站发电流量430 m3/s,电站在网内按径流式电站运行；上游保持正常蓄水位EL：126.5 m、死水位EL：125 m在需要与江垭同步调峰时,可利用自己287万m3调节库容进行调峰。当入库流量小于或等于发电流量438m3/s、库水位维持在正常蓄水位EL：126.5 m闸门全关，入库流量全部通过水轮机下泄。当入库流量大于发电流量438 m3/s且小于电站停机流量2 650 m3/s时，水库仍维持在正常蓄水位EL：126.5 m运行。大于水轮机引用流量部分的入库流量开启闸门的孔数和开度控制下泄。当入库流量等于或大于电站停机流量时所有入库流量全部通过泄洪闸下泄，水库接近天然行洪状态。当入库洪水处于消退阶段，入库流量小于或等于停机流量时，坝上闸门逐渐关闭，其关闭的原则以维持库水位EL：126.5 m为限，电站恢复发电。

附表 关门岩水电站坝址径流年内分配表

3 水位控制及峰谷、丰枯发电的思考

（1）正常蓄水位控制与较低水位控制收益比较。

根据《澧水流域规划报告》关门岩水电站下游长潭河电站其正常蓄水位为EL：115 m，根据关门岩水电站坝址（厂房）水位流量关系曲线，水位EL：115 m时相应流量为41.4 m3/s,对应多年平均流量148.2 m3/s的下游常水位EL：115.7 m，长潭河电站对关门岩水电站顶托有一定影响；从经济角度来说，径流型电站一定要在高水位区运行。关门岩水电站正常正常蓄水位EL：126.5 m，取下0.2 m差值EL：126.3 m低水位控制进行经济比较。从能量指标上看随着水位的抬高电量增加，综合上下游梯级影响，蓄水位EL：126.5 m比EL：126.3 m年净增加电量112万kW·h。

（2）水库消落深度对电量特别是调峰电量影响。

水库不同的消落深度对工程投资和运行维护费用几乎没有影响，但随着库水位的降低，损失的电能差值在增加，但增加的调峰电量差值却在减少。随着电力体制改革的不断深入，峰谷、丰枯发电收益电价、流域梯调的实施，对水电站的要求越来越高，没有调节库容的电站无论在上网电价，还是在电网运行的灵活性上都不能发挥水电站的优势，因此预留一定的日调节库容是必要的。关门岩水电站当库水位消落1.0 m、1.5 m时相应减少电量差值分别为193万kW·h和211万kW·h，如上网电价按0.327元/kW·h计算，减少发电效益分别为63万元和69万元，随着库水位消落深度增加调峰电量增加但差值呈递减趋势，分别为599万 kW·h、513万 kW·h，如调峰电价按上网电价的1.17倍考虑,低谷电价按上网电价的0.69倍考虑,则增加的年调峰效益分别为94万元和80万元。增加的调峰效益与减少的发电效益相减即为增加的净效益分别为21万元和11万元，说明水库不同的消落深度调峰效益是增加的，但净效益不是消落深度越高效益越高，消落深度宜在一个合适的位置，江垭水电站作为湖南电网主要的调峰电站，关门岩水电站与其同步调峰水库消落深度不宜太深，但在梯级电站中对提高调峰效益还是有潜力可挖的，不同的运行方式下要有不同的水位控制。

（3）运行方式与水位控制的思考。

江垭水电站与关门岩水电站的基本情况：江垭水电站死水位EL：188 m 正常蓄水位EL：236 m，额定水头80 m，额定流量141.6 m3/s，最小水头62.1 m，最大水头109.5 m，3台100 MW机组。关门岩水电站死水位EL：125 m，正常蓄水位EL：126.5 m，额定水头8.5 m，最小水头5.18 m，最大水头11.22 m，额定流量146.1 m3/s,最大水头下单机流量 110 m3/s，3台11 MW机组。

江垭水电站作为湖南电网主要的调峰电站，其年调节库容与性能优越的机组对电力调度是最具亲和力的，关门岩水电站同步调峰将遇到上游电站不同运行方式，江垭水电站机组AGC控制方式与来自上游索水的水量对关门岩机组运行方式与水位控制的选择除遵循上述原则外，还要实时掌握江垭水电站机组运行方式与负荷曲线及时调整关门岩机组运行方式。江垭水电站不同的库水位下江垭的单机发电流量不同，有江垭单机发电流量大于关门岩单机发电流量和江垭的单机发电流量小于等于关门岩单机发电流量的两种情况，关门岩机组运行方式可针对江垭水电站机组运行方式作出一些选择。当江垭的单机发电流量大于关门岩单机发电流量时，要充分利用水库的调节库容，调蓄江垭多的来水或峰荷时段，多开机组或延长发电时间，不论电价高低多发电，库水位在EL：125.5 m至EL：126.5 m为宜。江垭的单机发电流量小于或等于关门岩单机发电流量时，可选择在高水位与江垭同步调峰和充分利用索水河区间来水发电，同时减少发电机组台数、降低厂用电率、提高综合效益。江垭水库水位在小于EL：206m，大于EL：220m水位段对关门岩最为有利。

（4）峰谷、丰枯发电的思考。

关门岩水电站为低水头电站径流式电站峰谷、丰枯发电都受限于有限的库容。峰谷发电受限于水库的消落深度、水库调度的控制方式和电力调度对各电力企业峰谷发电指标的平衡。随着电力体制改革深入和国家对节能减排的要求，只有好的电能技术指标和完好的设备，才能竞争到有限的峰荷电量。丰枯发电对径流式电站而言，有水则发既满足水库调度的原则又符合国家环保节能政策，特别是每年的6～8月份主汛期做到不弃水多发电是比较困难的，进水口清污工作一直是影响径流式电站发电的不可预计且重要的因素，每年在汛期因清污停机的时间在湘、资、澧水流域径流式电站中都是占用发电时间比较长的，并普遍反映清污机都不太好用，进水口清污工作工程量大。丰水期要多发电不能考虑电价，应在水库调度和进水口清污工作中下功夫，枯水期在水库调度、水位控制上下功夫。