黄家湾水电站工程水库规模及装机规模的优化设计

苑鹏费强

（辽宁省大伙房水库管理局 辽宁 抚顺 113000）

黄家湾水电站是旬河镇安县河段梯级开发方案中第一级水电站，上坝址位于黄家湾乡政府上游4.7km、川河口下游5.3km处旬河干流，控制集雨面积1302km2，厂址位于坝址下游9.26km、月河口上游0.76km处旬河干流，控制流域面积1461km2。黄家湾电站又从月河引水，引水坝控制月河流域面积288km2。旬河径流主要来源于降水。根据柴坪站1956年～2010年实测径流系列采用面积比拟法推求黄家湾坝址、月河引水坝径流，并采用流域以上各雨量站多年平均年降雨量进行修正。黄家湾坝址多年平均流量16.1m3/s，月河引水坝多年平均流量3.45m3/s，柴坪水文站多年平均流量27.7m3/s。

黄家湾水电站是以发电为主，兼顾旅游等综合利用工程。本文针对拟建的王家湾水电站，对水库正常蓄水位、死水位及电站装机容量综合分析论证，确定合理的工程规模，使黄家湾水电站的运行达到最最佳状态。

1 水库规模

1.1 正常蓄水位选择

黄家湾水库规划阶段推荐正常蓄水位596.13m。围绕596.13m方案进行正常蓄水位比选，同时考虑库区淹没、梯级水库水位衔接问题。综合上述因素，采用592.0m、596.0m、600.0m和 604.0m四个方案进行比选。

本阶段设计对比较方案中正常蓄水位596m方案进行了重点研究，确定月河设计引水流量为15m3/s，死水位为565m，消落深度为31.0m，与最大水头104m的比值为31.0%；装机容量为3.8万kW，保证出力0.60万kW。592.0m、596.0m和604.0m三个方案的死水位按照消落深度与最大水头的倍比相等原则确定，分别取562.5m、567.5m和570.0m。

（1）发电效益

调节性能。四个正常蓄水位方案水库库容系数分别为 0.11、0.12、0.14和 0.17，均达到年调节能力。

电站本身发电效益。从设计电站本身发电指标来看，正常蓄水位越高，装机容量越大，发电效益越好。592.0m、596.0m、600.0m和604.0m四个方案之间保证出力分别增加0.064万kW、0.05万kW、0.039万kW。多年平均发电量分别增加490万kW·h、520万kW·h、470万kW·h（已扣除对上游骆驼垭电站顶托影响电量60万kW·h）。

对上游骆驼垭电站的顶托影响。上游梯级骆驼垭电站尾水常水位为602m，正常蓄水位592m、596m、600m方案均对上游梯级的影响较小，正常蓄水位604m方案与上游梯级尾水位重叠2m左右，对上游梯级电站发电影响不大，仅减小其年发电量约60万kW·h，约占其年发电量的4%。

增加下游梯级电量。黄家湾水库是一个年调节水库，水库建成后，对年内径流重新进行调蓄分配，可增加下游各梯级电站年发电量。经初步估算，592.0m、596.0m、600.0m和604.0m四个方案分别增加下游梯级电量为2859万kW·h、2913万kW·h、2951万kW·h和2978万kW·h，方案间分别增加电量54万kW·h、38万kW·h和27万kW·h。

（2）淹没指标

正常蓄水位比较采用的水库回水淹没标准为：人口迁移按照20年一遇洪水标准，淹没耕地按照5年一遇洪水标准。

库区淹没范围。黄家湾水库四个正常蓄水位方案回水成果均在宁陕县界前尖灭，不会对宁县县界产生影响，同时也不会淹没到支流东川镇的镇中心。四个正常蓄水位方案淹没均只涉及镇安县东川镇4个行政村。

库区淹没实物指标。从实物指标来看，各正常蓄水位方案实物淹没指标无本质区别，592.0m、596.0m、600.0m和 604.0m四个方案之间淹没人口分别增加64人、51人、46人，淹没土地分别增加162亩、309亩、36.9亩，淹没房屋分别增加 3059m2、4616m2、3299m2，淹没补偿投资分别增加264万元、589万元、370万元。

（3）工程投资

从工程投资看，正常蓄水位抬高，工程量增加，工程投资亦随之增加。592.0m、596.0m、600.0m和604.0m四个方案之间可比部分工程投资分别增加1837万元、2362万元、2501万元，其中：淹没补偿投资分别增加264万元、589万元、370万元，机电设备及安装工程分别增加122万元、128万元、179万元，建筑工程可比部分投资分别增加1258万元、1837万元、1953万元。

（4）经济指标

正常蓄水位抬高，差额度电投资增加，差额内部收益率随之减少。592m、596m、600m、604m四个方案差额度电投资分别为 3.55元 /kW·h、4.38元 /kW·h、5.17元/kW·h。596m方案与592m方案差额内部收益率为10.1%，大于社会折现率8%，600m方案与596m方案差额内部收益率为7.7%，小于社会折现率8%，604m方案与600m方案差额内部收益率为6.1%，小于社会折现率8%。

综合分析电站发电效益、淹没指标、工程可比部分投资和经济指标等因素，推荐黄家湾电站正常蓄水位596m方案。

1.2 水库死水位选择

黄家湾水库的主要任务是发电，水库死水位为发电死水位。黄家湾水库50年泥沙淤积量为1014万m3，坝址处淤积前深泓点高程为530.45m，淤积后深泓点高程为532.04m，淤积厚度为1.59m，占最大水头100.0m比重仅为1.6%。因此，泥沙淤积对死水位没有影响。

以正常蓄水位596m作为基础，拟定555m、560m、565m和570m四个方案进行发电死水位比选，四个方案的消落深度占最大水头的比例分别为41%、36%、31%和26%。

（1）电站本身发电效益。死水位抬高，保证出力减少，发电效益随之增加。555m、560m、565m和570m四个方案的电量分别增加了50万kW·h、46万 kW·h、35万kW·h，增加幅度分别为0.44%、0.40%和0.30%，方案间的电量差值较小。保证出力分别减少40kW、80kW和120kW，减小幅度分别为0.6%、1.3%和2%，当死水位从555m抬高至565m时，方案间保证出力减少幅度在2%以内，当水位抬高至570m后，方案间保证出力减小幅度达到2%。

（2）根据正常蓄水位比选结果，不同正常蓄水位之间增加下游梯级电量的差值较小。而在死水位比选时，方案间调节库容差值要小于正常蓄水位比选时方案间的调节库容差值，因此，死水位比选时未考虑对下游梯级电站发电量的影响。

（3）工程费用及投资。不同死水位方案间的投资几乎没有差别，工程投资不成为死水位比选的制约因素。

（4）根据工程实践，对于堤坝式年调节水库，消落深度一般在30%左右较为合适。结论。

综合分析上述因素，推荐死水位采用565m方案。

2 装机规模

2.1 装机容量选择

黄家湾水库是一座年调节水库，可作为系统中的调枯电站。从镇安县网分析看，存在黄家湾水电站的容量和电量空间，因此黄家湾水电站的装机容量主要从投资与效益两个方面比较选定。根据本次电能计算成果，拟定34MW、38MW、42MW三个装机容量方案进行比较，机组台数按2台考虑。装机容量比较均在正常蓄水位596m、死水位565m基础上进行，对三个装机容量方案分别进行效益和费用估算，各方案技术经济指标见表4.5.1，各方案间优劣分析如下：

（1）能量指标。装机容量增加，电量随之增加，但增加幅度呈递减趋势。34MW、38MW、42MW三个方案间的电量分别增加289万kW·h和264万kW·h，增加幅度分别为2.6%和2.3%。

（2）工程可比投资。装机容量增大，转轮直径加大，各方案工程投资明显增加。34MW、38MW、42MW三个方案间的发电机组直径均增加0.10m，工程可比部分投资分别增加1105万元和1166万元，其中机电设备部分投资分别增加694万元和654万元，建筑工程部分投资分别增加411万元和512万元。

（3）经济指标。装机容量增大，差额度电投资增加，差额内部收益率随之减少。34MW和38MW方案间差额度电投资为3.71元/kW·h，差额内部收益率为9.6%，大于社会折现率8%；38MW和42MW方案间差额度电投资为4.42元/kW·h，差额内部收益率为7.7%，小于社会折现率8%。

综合比较电量效益、工程投资和经济指标后，推荐黄家湾电站装机容量为38MW。

2.2 额定水头选择

黄家湾水电站为年调节水库，最大水头为100m，最小水头为67.8m，加权平均水头为91.2m，本次设计根据电站水头特性指标、不同方案机组转轮直径及转速、机电工程（机组）及建筑工程（厂房）投资差值等进行比选，额定水头拟定77m、82m、87m三个方案进行比较。

额定水头比较均在正常蓄水位596m、死水位565m、装机容量38MW基础上进行，对三个额定水头方案分别进行效益和费用估算。

（1）发电效益。由于额定水头不同会导致机组运行时由于水头受阻而限制出力，从而影响电站发电效益，额定水头从87m减少到82m，电量相应增加了271万kW·h，额定水头从82m减少到77m，电量相应增加了176万 kW·h。

（2）工程可比部分投资。额定水头87m减少到82m，转轮直径增加0.08m，额定转速不变，投资增加1058万元，其中机电工程投资增加158万元，土建工程投资增加900万元。额定水头82m减少到77m，转轮直径增加0.09m，额定转速不变，投资增加814万元，其中机电工程投资增加118万元，土建工程投资增加696万元。

（3）经济指标。额定水头增加，差额度电投资随之增加，差额内部收益率随之减少。额定水头从87m减少到82m，差额度电投资3.60元/kW·h，差额内部收益率9.0%，大于社会折现率8%；额定水头从82m减少到77m，差额度电投资4.62元/kW·h，差额内部收益率7.2%，小于社会折现率8%。

综上所述，综合考虑电站电量效益，投资差值等因素后，推荐额定水头82m。

3 结论

综合比较电量效益、淹没指标、工程投资和经济指标等，最终确定黄家湾电站正常蓄水位596m，死水位采用565m，装机容量为386MW，额定水头82m。陕西水利

[1]湖南省水利水电勘测设计研究总院.黄家湾水电站工程可行性研究设计 [D].湖南省水利水电勘测设计研究总院，2013.