白山混合式抽水蓄能电站对红石电站水能利用提高率的影响分析

徐小伟，李秀斌，韩尚峰，孙铃鑫

（1.国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省南京市 211106；2.白山发电厂，吉林省吉林市 132013）

1 概述

混合式抽水蓄能电站是相对于常规水电站及常规抽水蓄能电站而言的。常规水电站是利用天然来水、水工建筑物及水轮机组等实现水能转换为电能的综合建筑物。抽水蓄能电站是利用高差较大、具有优良的距高比L/H的上下两个库盆建成。混合式抽水蓄能电站是指结合常规水电站开发抽水蓄能电站，既可以在常规水电站建设的同时一并开发建设，也可以在已建成的常规水电站上进行扩建或续建[1]。

白山发电厂由白山水电站、白山抽水蓄能电站及位于下游的红石电站组成，总装机容量200万kW。其中，白山抽水蓄能电站和白山电站共用一座大坝，装有5台常规机组和2台可逆式抽水蓄能机组，电是松花江干流梯级电站的最上一级水电站，是东北地区最大的水电站，白山水库为不完全多年调节水库。

白山混合式抽水蓄能电站是利用已建成的白山常规梯级电站，利用相邻的两个梯级水库（白山水库和红石水库）分别做上下水库，在上一级电站（白山电站）上建设抽水蓄能电站。目前，全国已建成的混合式抽水蓄能电站中，白山抽水蓄能电站是唯一一座梯级混合式抽水蓄能电站。红石电站作为承担白山抽水蓄能电站下库盆作用，白山抽水蓄能电站建成后对红石电站的运行将产生较大影响。

水能利用提高率是评价水电厂运行经济合理性的技术指标，是安全文明生产及经济运行的考核标准[2]。因此，红石电站为主要研究对象，考虑白山混合式抽水蓄能电站建设前后对于红石电站水能利用提高率影响为目标。采用白山混合式抽水蓄能电站投产时间点为分界线，分别选择两个阶段的丰水年、平水年和枯水年典型年，对下游红石电站水能利用提高率的影响进行分析、对比、计算。

2 水电站水能利用提高率计算方法

水能利用提高率是水电厂年实际发电量与考核电量的差值占考核电量的百分比。考核电量是经过审核部门审定的计算程序或者按照有关设计规定计算得到的发电量（扣除经网、省核定的因调度原因使电厂减发的电量）[3]。

式中N实际——年实际发电量；

N考核——年考核发电量。

年考核发电量按照当年实际来水量考核核定。考核计算程序中综合出力系数K值，应结合本年度前五年的实际平均水平论证确定；考核计算程序中弃水期发电负荷率r值，采用本年度弃水日实际发电负荷率的平均值；新投产的电厂尚未进行能量指标复核计算之前，其综合出力系数K值原则上按照设计值考核，如需要变更应根据实际运行资料或者实验资料论证。

3 红石电水电站水能利用提高率计算

3.1 红石水电站概述

红石水电站是白山水电站的下游电站，与白山水电厂同属于白山发电厂，其主要的运行方式是采用水位控制的方式，因此红石电站的运行受到上游白山电站的影响较大。在汛期，若来水较少时，白山混合式抽水蓄能电站消耗电网多余电量，抽水填谷，提高上游水位，同时红石电站上游水位下降，者停止发电；当来水较多，常规机组满发时可能产生弃水时，抽蓄机组作为发电机组增加发电量，此时，红石坝上水位上升，水头抬高，增加发电。在非汛期，白山抽水蓄能电站进行抽水填谷，消耗电网用电低谷多余电量，常规机组转换为调峰容量，红石电站根据白山电站运行方式，调整发电时机。

3.2 典型年选取

以抽水蓄能机组投运为分界点（2006年）选取白山混合式抽水蓄能电站建成前和建成后两个阶段的丰水年、平水年、枯水年3个典型年数据。典型年的选取应综合考虑的上下游各种工况条件，投运前的丰水年、平水年、枯水年典型年分别为1995年、2001年和1998年。投运后的丰水年、平水年、枯水年典型年分别为2013年、2012年和2014年。

表1 红石水电站典型年水能利用提高率对比分析表Tab. 1 The comparison analysis of waterpower utilization rate of the Hongshi Hydropower Station

表2 红石水电站典型年水位对比分析表Tab. 2 The Typical Year level analysis of the Hongshi Hydropower Station （m）

3.3 计算成果分析

根据3.2中确定的两个阶段典型年的选取，按照公式进行各项指标的统计计算，得到计算结果见表1、表2。

从表1、表2计算结果中可以得出如下结论：

（1）白山抽水蓄能电站投产后，水能利用提高率明显提高，红石站由3.49%提高到6.07%。

（2）白山抽水蓄能电站投产后，红石电站考核电量、实发电量以及增发电量均有所增加。

（3）白山抽水蓄能电站投产后，红石电站耗水率略有增加，从计算成果上看，仅增加0.02，影响几乎可以忽略。

（4）白山抽水蓄能电站投产后，下游红石电站的坝上平均水位全年平均水位增加1cm，非汛期平均水位减少1cm，几乎不变，影响非常有限。

（5）从上述结果中可以看出，白山抽水蓄能电站建成前后，红石水库平均水位基本没有变化，但是水能利用提高率有较大增长。

4 结果分析

根据上文可知，红石电站水能利用提高率以及增发电量等相关参数均较白山混合式抽水蓄能电站建成后略有增加，具体来说主要有以下原因：

（1）白山混合式抽水蓄能电站建成前，白山水电站和红石水电站均按照设计方式运行，红石电站主要来水为白山水库出流及区间入流。混合式抽水蓄能建成后，一般利用夜晚用电低谷时进行抽水，红石电站一般此时采用停止发电。

（2）停止发电后，避免了由于抽水导致的红石上游水位降低，从而减少水头而造成耗水率提升。

（3）在白山电站发电运行后，红石电站延迟开机，待白山电站水量到达红石电站坝前，水位抬高后再开机，增加红石电站水头。

（4）由于上游白山电站蓄泄水量信息明确，白山、红石又同属于白山发电厂，调度方式衔接顺畅，信息无障碍传输，属于统一调度方式，可以充分利用白山、红石之间的联合调度充分利用来水进行发电，提高谁能利用率。

5 进一步的措施

采取洪前预泄调度、拦蓄洪尾等措施，努力提高水能利用提高率。当水库可能弃水或弃水时，水电尽量满发，避免或减少弃水，多发水电。同时，加强机电设备维护检修管理、优化开机方式和负荷分配、及时排漂清污、开展尾水清渣工作、尽量减少机组空载损失，使有限的来水资源得到充分的利用。

以针对红石电站由于受到上游白山电站影响较大，一般有以下具体措施：

（1）加强对白山、红石两座水利枢纽工程的维护消缺，提高主辅设备的完好率，保证蓄水建筑物和发送电设备能按设计指标正常运行。

（2）加强对水情自动测报系统的运行管理，积极开展洪水滚动预报，努力提高洪水预报精度，为白山水库蓄泄提供理论依据，从而红石电站充分利用来水提供保证。

（3）积极结合面临时段的水库水位开展预报调度。当水文气象预报未来时段内入库流量较大可能导致弃水时，提前加大负荷，用发电来预先腾库，做到多蓄水多发电；当水文气象预报未来时段内入库流量较枯时，适当调低负荷，保持水库在高水位运行，做到节水多发电。

（4）主汛期在确保防汛安全的前提下，征得有关防汛部门的同意，合理利用洪水退水段的水量，适当超蓄水库水位，并尽快通过发电消落水位，多蓄水多发电。

（5）主汛期末，在雨季结束之际，尽可能拦截洪尾将水位蓄到汛限水位。

（6）合理安排机组检修时间，保证在来水较丰的月份尽量不进行机组检修，在洪水期有足够的水电机组能够根据水情变化及时投入运行，增加季节性电能。

（7）充分利用白山红石梯级水库群水库特性和水文条件的差异，进行水库群补偿调节。

6 结束语

水能利用提高率是反映水库运行经济合理程度的有效参数，准确地表明是否完成了全年的电量考核任务。建设混合式抽水蓄能电站在一定程度上可以有效地提升下游水库谁能利用提高率。

[1] 杨长富，李秀斌，刘学媛，庄小东，秦秀荣，李奕成，申家宁．白山梯级混合式抽水蓄能电站的优越性及效益分析[C]．抽水蓄能电站工程建设文集2014．北京:中国电力出版社，2014．YANG Changfu，LI Xiubin，LIU Xueyuan，ZHUANG Xiaodong，QIN Xiurong，LI Yicheng，SHEN Jianing．Advantage and Benefit analysis of the cascade pumped storage power plant in baishan[C]．Project Construction of Pumped Storage Power Station 2014．Beijing: China Electric Power Press，2014．

[2] 刘义林．浅析提高水能利用提高率的途径[J]．江西电力，1998（3）：26-29．LIU Yilin．A brief analysis of the way to improve the utilization of water energy[J]．Jiangxi Electric Power，1998 （3）：26-29．

[3] 电力工业部．电力行业一流水力发电厂考核标准（试行）[S]．1996．Department of Power Industry．Assessment Standard for Power Plant of Power Industry （Trial） [S]．1996．