水电企业经济运行管控模式探讨与实践

陈 媛，寇立夯，李永利

(1.国家能源集团大渡河流域水电开发有限公司，四川 成都 610041；2.国家能源投资集团有限责任公司，北京 100034)

截至2017年底，国家能源投资集团有限责任公司(以下简称集团公司)拥有水电共18 498.9 MW，其中300 MW以上大型水电站仅11座，50 MW以下小型电站169座，中小水电比重大；季调节及以上性能水电站30座，日调节及径流式水电站数量多；且有11条流域形成梯级联合调度模式。面对这种中小水电占比大，调节性能差异性大，单站与流域梯级并存的复杂局面，集团公司经济运行考核评价难度较大。因此，集团公司一直致力于寻找能够全面综合考虑各电站特性的经济运行指标，实现所有电站、下属单位统一考核评价的标准体系。

本文理清不同类型水电站管理思路，基于弃水分类标准，提出一个全新的综合考评指标，完成水电站日常运行情况的统一监督、评价，直接剖析运行管理不足，实现了对所有水电站、水电企业的统一标准化管理和闭环管理。

1 管控目标

水电经济运行管控，是指通过挖掘水电站设备、建筑物和水库潜力，合理编制和实施水电站的运行方式，充分利用水能资源、提高企业经济效益的管理活动[1-2]。集团公司在经济运行管控过程中主要担任监督、评价以及技术指导职责，明确在保证安全的基础上以企业效益最大化为根本目标，根据来水、市场做好厂内厂间经济运行，提高水能利用率的总体管控目标[3]。

结合水电站调节能力、市场环境等特点，集团公司针对性地提出经济运行管控要点。季调节以下水电站应结合中短期来水预报降低发电水耗；年、季调节水电站应结合中长期来水预报，寻求平枯期降水耗、汛前消落、汛中抢发、汛末蓄满的最优水库调度方案；多年调节水电站应结合年度年际来水预报，科学制定年际间调度策略，合理控制水位，杜绝弃水[4]；流域梯级水电站应以流域效益最大化作为统一调度的根本目标，同步开展厂间与厂内经济运行[5-6]。非限电地区水电站应以提高水能利用率为根本目标；限电地区水电站应以减少调度弃水损失为主要目标，季调节及以上水电站的调度方案制定应充分考虑所在地区电力市场环境。

2 水电经济运行评价体系

2.1 传统经济运行评价体系

长期以来，影响水电站经济运行的因素概括起来分为内因和外因两大类[7]，很多学者和单位在评价方法研究、考核体系建设等方面做了大量研究[8-10]，但是归结到量化指标仍主要以耗水率和水量利用率为主：耗水率越低越好[11]，水量利用率越高越好[12]。实际运行过程中往往存在矛盾：若降低耗水率，则需要高水位运行，导致调节库容减小，弃水风险增大，水量利用率降低，反之亦然。因此从集团公司角度出发，全面反映各类型电站经济运行重点、平衡两个指标，形成一个同一标准、面面俱到的评价体系是亟待解决的。

2.2 集团经济运行考评体系

在传统评价体系的基础上，集团公司提出了新指标“考核利用小时差异率(以下简称差异率)”[13]，智慧解决了耗水率最优与水量利用率最大化的平衡问题，建立经济运行分析系统。集团公司通过该系统，反向核算电站运行实况，结合调度弃水、泄洪弃水等弃水分类细化，精细化理清经济运行影响因素，反馈子分公司以此指导后续经济运行工作。

2.2.1 考核利用小时差异率指标

差异率是度量电站实发与应发电量差异情况，理论利用小时应扣除经集团认定的区域平均限电损失利用小时，计算公式如下：

(1)

式中：α为差异率；h为理论利用小时，等于理论电量除以平均装机容量；hsw为区域平均限电损失利用小时(指电网原因)；hr为实际利用小时。

2.2.2 理论电量计算方式

理论电量指水电站有效来水(天然来水扣除未经发电直接从水库引走的供水、灌溉、生态等水量)按集团认定的水库调度方案、耗水率等基本参数，计算的应发电量。针对不同类型水电站管控重点的不同，集团公司将理论电量计算模型分为“季调节以下”、“年季调节”和“多年调节”三种类型。

1)季调节以下水电站

考察重点：优化水位及发电效率，降低发电水耗。

计算思路：这类电站采取定水头定耗水率方式计算，耗水率取历史最优值。根据逐日有效出库水量和装机容量，计算最大发电能力。

2)季调节及以上、多年调节以下电站

考察重点：调度方案执行是否到位，经济调度灵活性及管控水平。

计算思路：这类电站采取变水头方式计算，按照经集团认定的水库水位控制计划，取有效出库水量(有效入库水量扣除库容变化量)除以耗水率(当日水头对应耗水率)所得电量与当日水头下最大发电能力中的最小值为当日发电量。若计入最大发电能力后仍存在弃水风险，优先考虑按照水位上限留存水量。时段理论发电量还应考虑时段初、末实际水位与控制计划不一致而导致的库容差电量。

3)多年调节电站

考察重点：是否通过年际间科学调度，合理控制水位，降低发电耗水率，要求杜绝弃水。

计算思路：这类电站选用固定耗水率(一般取50%调节库容对应水位下的耗水率)计算理论电量。此处不扣除防洪弃水。

2.2.3 差异率主要影响因素

影响差异率的主要因素仍是耗水率和水量利用率。不弃水时期，在发电用水量一定时，降低发电耗水率，可提高发电量；汛期可能弃水期间，通过洪水过程管控(洪前腾库、尾洪拦蓄)[14]，充分利用可调库容增加发电水量。实际运行过程中，可以通过抬高水头(抬高上游水位、降低下游水位)和优化机组负荷分配方式(减少空载和低效率运行)等方式来降低耗水率[15]；而调节性水库在提高水量利用率方面可以发挥较大优势。

2.2.4 弃水认定

在经济运行考评体系中，电站出库水量根据其下泄方式、用途可细化为发电用水、生态及灌溉用水、泄洪弃水、调度弃水、检修弃水五类。其中生态及灌溉用水是指用于保持生态流量或者满足下游灌溉、供水等通过非机组渠道下泄的水量，不计入有效来水；检修弃水是指因站内设备检修而导致无法达到最大出力时的弃水量，反映了设备检修时间安排不妥等主观管理因素，全部计入有效来水；调度弃水是指电站在电网线路检修、线路断面送出有限或区域消纳有限等外部客观因素下未达到最大出力时的弃水量，全部计入有效来水，但评价中可根据电站所在区域平均限电情况对部分调度弃水损失进行认定；泄洪弃水是指超过电站满发或调节能力时下泄的水量，其量的多少与电站运行方式密切相关，因此按照表1进行调增。

表1 集团泄洪弃水损失电量调增标准表

2.2.5 评价标准

系统认定理论利用小时为最优运行成果，实际利用小时与理论利用小时越接近，差异率越小，说明运行过程越经济高效。对差异率指标进行分级评价，共分为五个等级：五星(α≤3%)说明科学高效开展经济运行管控，成效显著；四星(3%<α≤8%)说明科学开展经济运行管控，达到预期成效；三星(8%<α≤15%)说明合理开展经济运行管控，基本达到预期成效；二星(15%<α≤25%)说明经济运行管控成效一般；一星(α≥25%)说明经济运行管控成效较差(见表2)。

表2 集团考核利用小时完成差异率评价标准表

3 应用示例

3.1 多年调节性水电站

以吉林台一级水电站为例，电站位于新疆伊犁州喀什河，为不完全多年调节性水库，年径流量36.9亿m3，装机容量500 MW。2016、2017年电站差异率分别为8.79%和4.08%，分别对应三星和四星，2016年汛期因区域限电产生调度弃水损失，按照区域平均限电水平调整利用小时数，调整后差异率为-1.62%，认定为五星(见图1)。

图1 吉林台一级水电站2016年和2017年运行情况图

2016年经济运行亮点：①利用5-11、6-17两场洪水快速回蓄至正常蓄水位；②充分利用汛前消落库容拦蓄洪水，提高水量利用率。不足：年初水位较低，若预报失误，来水偏枯将导致后期持续低水位风险增大。

2017年经济运行亮点：①应对来水偏枯，主动减少汛前消落程度，较2016年汛前水位高7.7 m；②6月利用来水增加的机会快速回蓄。不足：①1～2月份因发电负荷安排稍差，导致耗水率偏高；②9～10月加大发电导致水位快速降低，缩短了维持高水位运行的时间；③年末水位控制偏低(见表3)。

2016、2017年属于典型的丰水年和平水年，差异率反映出：对于多年调节性电站来说，提高水量利用率是丰水年经济运行的关键，而平水和枯水年的运行重点应该转变为以降低耗水率为主。

表3 吉林台一级水电站经济运行指标对比表

3.2 季调节性水电站

以万安水电站为例，电站位于江西省万安县赣江中游，为季调节性水库，年径流量297亿m3，装机容量533 MkW。2016、2017年电站差异率分别为-0.76%和-0.69%，均为五星(见图2)。

图2 万安水电站2016年和2017年运行情况图

2016、2017年经济运行亮点：①实际水位与控制计划基本一致，说明来水预测和水位控制计划制定较成功；②平枯期持续高水位运行，有效降低耗水率；③多场洪水调度工作到位，有效提高了水量利用率；④2016年3月利用中小洪水快速回蓄消落、抢发电量，2017年3月持续高水位运行、降低水耗；⑤6月快速回蓄。不足：①2017年10～11月来水偏枯，水位持续偏低、水耗偏大；②2年实际年均水耗均低于计划，说明水库调度方案仍有优化空间。

2016、2017年属于典型的丰水年和平水年，差异率反映出：对于季调节性电站来说，提高水量利用率和降低耗水率都是重点。2017年差异率指标略差于2016年，一个主要原因是设定的2017年目标高于2016年，比如：①汛前集中消落：将3月均匀消落8 m调整为枯水期均匀消落2.2 m后5 d内快速消落4.8 m；②汛末集中回蓄：将6月均匀回蓄7.5 m调整为月底10 d内快速回蓄7 m。若以同一标准，2017年差异率指标将优于2016年4.37%(见表4)。

表4 万安水电站经济运行指标对比表

3.3 径流式水电站

以多布水电站为例，电站位于西藏林芝市尼洋河流域，为日调节性水库，年径流量152亿m3，装机容量120 MW。2016、2017年电站差异率分别为29.69%和29.97%，按照西藏地区平均限电水平调整利用小时数，调整后差异率分别为4.43%和4.62%，均为四星(见图3)。

2016年经济运行亮点：平枯期耗水率控制较优，11～12月耗水率明显优于目标值。不足：5～10月水位持续低于死水位，耗水率大幅偏高。2017年经济运行亮点：较2016年，水量利用率提高4.76%，耗水率降低2.43%。不足：11～12月耗水率明显较2016年偏高。

2016、2017年都属于平水年，2017年略偏枯10%左右，差异率反映出：对于径流式电站来说，由于可调库容有限，水量利用率提高有限，降低水耗是控制经济运行的重要手段。2016年运行情况反映出最优耗水率存在较大调节空间，依据11～12月实际耗水率调节2017年最优耗水率目标为分段水耗(平枯期16.6 m3/kW·h、汛期19 m3/kW·h)，见表5。

图3 多布水电站2016年和2017年运行情况图

表5 多布水电站经济运行指标对比表

3.4 水电企业

差异率是集团公司评价三级单位经济运行的重要指标，2017年，集团公司三级单位五星占比同比增长14.66%，四星占比同比增长1.75%，二星和一星单位占比下降为0，各单位水库调度、经济运行工作成效不断提升(见表6)。

表6 集团公司三级单位经济运行情况评价统计表

4 结 语

本文理清了不同类型水电站管控重点，综合考虑了限电与非限电地区市场环境带来的水电运行差异性，创新提出经济运行考核指标差异率，实现了所有水电站、所有水电企业在同一标准下的经济运行评价。该评价体系作为国家能源集团对三级水电企业考评的主要方式，已完整试用2年。在该体系的指导下，各企业经济运行水平大幅提高，总体上成效显著。

同时，随着实际应用的开展，也暴露出该评价指标存在的问题。后续工作中应在以下方面持续改进。

1)差异率建立的基础是追求发电量最大化，没有考虑电价的影响。对于针对存在丰枯电价的地区，以及流域梯级电站(各电站电价不一致)，需要进一步考虑电价对调度策略的影响。

2)现有评价体系主要以单站为主，后续需要进一步开展流域梯级联合调度评价体系。

3)季调节及以上、多年调节以下电站差异率指标与年初制定的水库调度方案密切相关，而水库调度方案又是基于来水预测开展，在目前年度来水预测准确度不高的情况，极有可能出现实际调度过程与年度预测过程偏差极大的情况，因此建议下一步开展水库调度方案滚动测算及评价。