夫城口水电站增效扩容改造工程水能计算

刘补刚

（阳泉市水务局，山西 阳泉 045000）

1 概况

1.1 现状

夫城口水电站位于盂县北，与定襄县交界处，水能条件较好，水利资源丰富。电站坝址以上控制流域面积11102 km2，多年平均径流量5.33亿m3。该电站始建于1975年，1984年投入运行，现装机容量2×800 kW，设计水头19 m，设计引水流量11 m3/s。

夫城口水电站位于夫城口村的滹沱河干流上，是盂县小水电骨干电源之一，年平均发电量552万kW·h。电站自建成运行以来，为缓解当地水电供电压力和工农业生产用电及农民脱贫致富起到了积极的推动作用。

1.2 存在问题及改造必要性分析

一是水电站厂房面貌陈旧破损，引水设施年久失修，金属结构腐蚀严重，尤其机电设备老化、效率低下，存在严重的安全隐患。针对以上问题，急需对电站挖潜改造，以提高水资源利用率，增加可再生能源发电量，实现社会效益、经济效益和生态效益的全面提升。

二是水电站至今运行已有30余年，受当时技术条件和资金限制，施工质量较差，加上运行时间较长，水电站陈旧老化，机组检修频繁、效率低下，水资源得不到有效利用，经济效益和社会效益明显降低。为充分利用有限的水力资源，发挥电站效益，保障生产安全，促进节能减排，必须进行电站增效扩容改造。

夫城口水电站是滹沱河下游梯级开发工程之一，沿河有岭子底水电站、北峪口水电站、阎家庄水电站等多座小型水电站。以本次增效扩容改造为契机，可鼓励同一河流、区域农村水电开展联合优化调度，充分发挥已建农村水电发电潜力和水资源综合利用效益，逐步恢复农村水电可持续发展能力。

2 水文条件

滹沱河发源于繁峙县横涧乡的泰戏山，由定襄县的岭子底流入本县，横贯县区北部由阎家庄流入河北省。境内长度44 km，流域面积1825 km2，清水流量8.66 m3/s，最大洪峰流量2900 m3/s，多年平均流量9.74亿m3。境内支流主要有乌河、龙华河、石塘河等。

滹沱河流域属温带大陆性气候区，四季分明，春季风沙较多，夏季雨量集中，冬季少雪。年平均气温8.6℃，根据南庄水文站资料统计，多年平均降雨量450.4 mm，年最大降雨量817.6 mm，多年平均蒸发量833 mm（水面蒸发量）。年平均风速2.1 m/s，最大风速25 m/s，最大积雪厚170 mm，最大冻土深度880 mm。

3 径流计算

滹沱河流域内设有永兴、界河铺、济胜桥、南庄等4座水文站，其中南庄站距夫城口水电站10 km，中间没有支流汇入，故采用南庄站的水文资料比较准确。南庄水文站控制流域面积11936 km2，河流长度250.7 km，流域平均宽度46.3 km，河道总平均坡度2.7‰。整个流域面积大体呈椭圆状。南庄水文站实测多年平均径流量5.73亿m3，多年平均流量18.14 m3/s，其中实测最大年径流量17.51亿m3（1959年），最小年径流量1.224亿m3（1999年）。

根据《小型水力发电站水文计算规范》，南庄站设计径流计算采用1979—2000年22年实测年径流的算术平均值3.89亿m3（12.32 m3/s）作为设计年径流平均值；设计代表年及年内分配，从降雨量参证测站相近频率的年降水量设计典型年份中选取有实测径流资料的年份作为年径流设计典型年。

降水量设计典型年的丰、平、枯水年分别选定为P=5%，P=50%，P=95%，同时参考南庄站的实测年径流量，选取预期频率相近的1995年，1981年和1986年实测年径流量，分别作为南庄站丰、平、枯设计典型年年径流量。

3.1 暴雨洪水特性

本流域的洪水一般由暴雨形成，主要集中在七八月，过程线形状随暴雨历史长短、雨面大小而异。当全流域普降大雨时（如1996年7月底—8月初），会形成长历时、峰和量均大的洪水。

根据《山西洪水调查成果表》，原设计在子牙河水系滹沱河南庄站上选取较可靠的历史洪水四次，分别为1892年，1917年，1929年和1939年洪水，重限期确定为1892年以来的第一、第二、第三、第四。本次增效扩容改造仍旧延用。

3.2 各设计频率的洪峰流量

南庄站控制流域面积11936 km2，干流上2座中型水库汇流面积1462 km2，支流5座中型水库汇流面积645 km2，其中最大的为下茹越水库（1973年竣工），流域面积1354 km2，库容2869万m3。在南庄站上游181 km处对下茹越水库河南庄站洪峰流量出现时间、洪峰量级、流域降水进行对比分析，两者洪水一般由不同次降水产生，南庄站洪峰主要由区间降水形成，即使发生全流域降水，两者相距甚远，下茹越水库的削峰、缓洪作用不足以对南庄站洪峰流量产生大的影响。同时，其他6座中型水库总汇水面积仅753 km2，所处地理位置为一、二级支流或源头处，均不会对南庄站实测洪峰流量产生大的影响，修建水库前后，南庄站实测洪峰流量系列基本一致。

南庄站现有实测洪水洪峰资料系列为1954—2000年，共47年。通过计算得出南庄站洪峰流量成果为：多年均值504 m3/s，偏差系数1.14，P=0.5%时洪峰流量为 3303 m3/s，P=5%时洪峰流量为1659 m3/s，P=10%时洪峰流量为1195 m3/s，P=20%时洪峰流量为761 m3/s，P=50%时洪峰流量为 282 m3/s，P=75%时洪峰流量为136 m3/s。

4 水能计算

根据规范要求，设计保证率选用85%。结合年径流计算结果，选取刘家庄水文站的1990年作枯水年（P=85%）代表年，1957年作平水年（P=50%）代表年，1996年作丰水年（P=15%）代表年，对各代表年日平均流量进行分级排频，经计算夫城口水电站P＝85%的保证流量为3.75 m3/s。

夫城口水电站保证出力根据公式N=AQH计算，其中出力系数A取8.0，保证流量Q根据以上计算结果取3.75 m3/s，水头H为19 m，则计算保证出力N为570 kW。

夫城口水电站扩容后发电机机组装机容量为2×800 kW，设计引水流量11 m3/s。根据夫城口水电站代表年径流资料，计算得出夫城口水电站多年平均发电量为788万kW·h，年利用小时数为4930 h。

5 效益分析

电站改造后年增发电量259.84万kW·h。根据《小水电建设项目经济评价规程》，国民经济评价电价应采用影子电价，由于小水电供电负荷建设地点多在边远山区，交通运输条件不便，经济发展水平较低且很不平衡，其影子电价应作相应调整。国家计委1993年颁发的华北电网的影子电价为0.2181元/kW·h，根据规程调整方法，经调整后的影子电价为0.3元/kW·h，有效电量系数取0.93，平均年增发电效益72.49万元。

工程实施后，增加了发电量，带动了周边农民增收，加强了农村基础设施建设，可进一步变资源优势为经济优势，推动当地旅游业及拉动地方经济发展，促进社会主义新农村建设和工农业发展。

工程建设完成后，可促进山区农民以电代柴，减少有害气体排放，遏制人为破坏森林、植被，防止水土流失，巩固退耕还林还草起到重要作用。同时能修复河流生态环境，维护河流健康生命，具有显著的生态效益。