清河水库水电站装机容量的计算

2016-08-04林长茂辽宁省清河水库管理局辽宁铁岭112003

东北水利水电 2016年6期

关键词：装机容量水头出力

林长茂（辽宁省清河水库管理局，辽宁铁岭112003）

清河水库水电站装机容量的计算

林长茂
（辽宁省清河水库管理局，辽宁铁岭112003）

［摘要］根据清河水库长系列径流调节计算，按用水需求程度确定4种不同发电流量方案，计算设计水平年的流量、水头、出力保证率和电能累积曲线，得到水利动能计算的参数，分析不同方案的装机、出力及年利用小时数，从而确定水电站装机容量。

［关键词］清河水库;流量;水头;出力;装机容量

清河是辽河左侧的较大支流，流域面积5 253 km2，河长171 km，河道比降1.58‰。清河水库为清河流域的控制性工程，是一座具有多年调节能力的大（Ⅱ）型水利工程，承担辽河中下游灌溉和清河区防洪、工业以及城市供水等综合任务。水库控制集水面积2 376 km2，坝址处1956—2007年多年平均径流量5.08×108m3。清河水库多年平均放流量为4.3×108m3，随着辽宁省重点输水工程竣工后，设计水平年（2040年）将有5.96×108m3的水量调入清河水库，清河水库将增加下游补水任务，水库放流量将达到8.47×108m3，水能资源将更加丰富。

1 径流调节计算

以1956—2007年共52年长系列径流资料为基础，按2040年为电站设计水平年，考虑输水工程建成后调入水量，在满足流域用水需求的基础上，通过径流调节计算，可为铁岭市清河区和开原市多年平均提供城市生活和工业水量9.5×107m3，多年平均直供农业供水量5.2×107m3，补偿辽河干流农业缺水量2×108m3，高效农业水量1.7×108m3，库下环境补水量为2.3×107m3，辽河河道内环境水量为8.6×107m3，增加大凌河流域河道内环境水量6.7×107m3，增加辽河河道冲沙水量7.3×107m3；清河水库总供水量为 7.66×108m3，水库弃水量2.42×108m3。

2 发电流量方案确定

通过清河水库水资源平衡供需分析，水库可以用来发电的水量为8.47×108m3。其中大凌河河口环境水量主要是通过白石水库供环境用水，此水量不经过清河电站，城市生活与工业用水也不经过清河电站，如果经过电站放流，需要再次泵站加压提水，增加额外投资，不经济。辽宁省重点输水工程的调入水量是根据用户实际需求而逐步实施加大的过程，根据不同用水户需求紧迫程度确定以下4个方案：

方案1：发电水量与现状水库放流情况接近，放流水量为4.95×108m3，包括直供农业5.2×107m3，下游区间农业2×108m3和水库弃水2.42×108m3。

方案2：考虑到调水量增加后，环境水量是能够容易满足的，在方案1的基础上增加生态用水1.09×108m3，总发电水量为6.03×108m3。

方案3：河道冲沙是需要进一步研究后，科学调度的一个过程，需要在环境水量之后进行实施的，此方案在方案2的基础上再增加河道冲沙水量7.3×107m3，总发电水量为为6.77×108m3。

方案4：在方案3基础上加高效农业用水量1.70×108m3，总发电水量为8.47×108m3，达到设计水平年的供水规模。高效农业用水是需要配套设施、需要大量投资及时间的，所以此水量是在其它用水户满足后才能最终满足。

3 电站尾水位确定

厂址下游为新建尾水渠，无实测的水位～流量关系曲线，采用电厂明渠均匀流计算尾水水位～流量关系曲线。电站尾水渠宽22.5 m，设计比降i= 0.001。计算公式为：式中：Q——流量，m3/s；ω——过水断面面积，m2；R——水力半径，m2；C——谢才系数；n——糙率，取0.017。3台机组满负荷发电时的正常尾水位为95.46 m，单机满负荷发电时的最低尾水位94.84 m。

4 水头

1）清河水库流量～水位～水头关系

根据重点输水工程清河水库水量调度方案，对1956—2007年水文资料进行还原，查得流量～水位～水头关系表，见表1。

表1 流量～水位～水头关系表

2）水头损失

水头损失依据电站进水管路确定的沿程水头损失和局部水头损失，根据水工布置，确定水头损失为0.5 m。根据清河水库水位变化过程线、清河电站水头损失以及确定的尾水位高程，采用52年长系列方法进行计算，清河水库4个出流方案净水头参数如表2。

5 电能累积计算

采用52年长系列旬平均流量过程线进行调节计算。

出力采用下面计算公式：

式中：N——月平均出力，kW；A——综合利用系数，取8.5；Q——发电引用流量，m3/s；H——电站发电净水头，m。其中：水库时段平均水位，m；HDOWN——电站尾水位，m；hf——水头损失，m；）。

表2 净水头参数表 m

电能计算采用公式：

E=Nt

式中：N——旬平均出力，kW；t——发电时间，h。按52年长系列方法进行计算，分别得到设计水平年方案四的流量保证率曲线、水头保证率曲线、电能累积曲线、出力保证率曲线。

6 装机容量的确定

根据不同的发电水量方案，进行水利动能计算，得到4个方案的动能计算参数。通过对不同的方案的装机与电量及年利用小时数的分析，装机在12.5～17.5 MW时，多年平均发电量的差值在200万kW·h以上，差额值比较大，增加装机容量，电量增加效果明显；在装机20 MW以上时，再增加装机容量，多获得的电量比较少，说明水能资源已基本利用完毕。在年利用小时数方面，在装机12.5～17.5 MW左右时，年利用小时数在3 000 h左右，增加装机容量年利用小时数减少到2 000 h左右，方案一是在初期供给用水户水量少的情况下，年利用小时数减少到1 500 h左右，年利用小时数太少。

综上所述，经过水能计算，初选装机在12.5～17.5 MW范围内，水能资源利用充分。根据北方地区小型水电站装机经验，年利用小时数在3 000 h左右比较合适，故工程拟定装机容量15 MW。