黄家湾水利枢纽工程其附属电站装机规模合理性分析

黄正财，郑录艳

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002）

1 工程概况

黄家湾水利枢纽工程位于贵州省安顺市南部紫云县境内，坝址位于红水河的一级支流格凸河中游河段紫云县板当镇黄家湾河道上，距紫云县城约20 km，距板当镇约为17 km。大坝为混凝土面板堆石坝，其防浪墙顶高程为1 060.2 m，坝顶高程为1 059.0 m，坝顶宽10.0 m，坝轴线长360.54 m。大坝河床段建基面高程为978.0 m，最大坝高81.0 m。水库总库容15 730 万m3，工程等别为Ⅱ等，工程规模属大（2）型。

黄家湾水利枢纽是综合利用的水利工程，主要任务是以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主，并结合发电。水库建成后，多年平均供水量为9348万m3。

2 梯级效益

蒙江属珠江流域红水河干流的一级支流，主源格凸河发源于长顺县马路乡花红堡，先由南向北流经长顺县马路乡，后折而向西进入安顺东屯，转向南流，经紫云县板当、克混后流向东南，于双河口处与涟江支流汇合，汇口以上称格凸河，汇口以下称蒙江。汇口处河床高程508 m，汇口以上河长153 km，河床平均比降6.45‰，流域集水面积2306 km2。

黄家湾水库为蒙江流域（含格凸河）梯级开发的第一级，水库下游蒙江干流自上而下梯级电站见表1。

序号123456789电站名称小穿洞黄花寨河边摆东灰洞双河口冗各石门坎雷公滩正常蓄水位/m 865.00 795.50 705.00 665.00 648.50 580.00 495.00 444.00 410.00死水位/m 865.00 770.00 705.00 660.00 644.00 560.00 490.00 444.00 409.00正常尾水位/m 795.50 705.00 665.00 648.50 580.00 495.00 444.32 410.00 393.36装机规模/MW 4.0 60.0 22.0 8.0 50.0 120.0 90.0 60.0 30.0

各梯级电站的入库径流按“上一梯级的下泄过程加上区间径流过程即为下一梯级的径流过程”的原则，采用等流量径流调节计算。下游梯级总装机容量为444 MW，至设计水平年2030年，如果不兴建黄家湾水库，下游梯级总保证出力为65.22 MW，下游梯级总的多年平均发电量为15.16亿kW·h；黄家湾水库建成后，（正常蓄水位1055 m，死水位为1035 m）下游梯级总保证出力增加为73.91 MW，即提高下游梯级保证出力8.69 MW，占未建前的13.3%，下游梯级总的多年平均发电量增加为15.429 亿kW·h，即提高下游梯级多年平均发电量为0.269 亿kW·h，占未建前的1.8%；建成后可增加年发电效益807万元。因此，黄家湾水库的兴建，对下游梯级电站是有利的。

3 电站装机规模选择

电站装机容量的选择主要考虑水库的调节性能、机组机型、装机容量与保证出力的倍比、装机年利用小时数以及电站在系统中的位置等因素综合确定，尽量充分地利用水资源；同时，由于黄家湾水库是梯级开发的龙头水库，机组可选较大的装机容量，加大过流流量，增加下游的发电量。电站装机容量以20、22、24、26 MW进行能量指标及经济指标比选（见表2）。

项 目正常蓄水位/m死水位/m保证出力（P=90%）/MW装机容量/MW多年平均发电量/（万kW·h）装机利用小时数/h装机引用流量/（m3/s）水量利用系数/%装机容量增量/万kW发电量增量/（万kW·h）单位千瓦增加的发电量/(kW·h)黄家湾～黄花寨区间来水量/（m3/s）黄花寨断面可利用流量/（m3/s）下游黄花寨装机额定流量/（m3/s）电站机电及金结投资/万元电站土建投资/万元电站直接投资/万元单位装机投资/（kW/元）指标1055 1035 224备注20 5528 2760 39.26 68.16 0.2 61 224 22 5589 2540 43.19 68.90 24 5630 2350 47.12 69.4 26 5656 2180 51.04 69.74 0.2 41 195 0.2 26 170均在正常蓄水位、死水位、出力系数、水头损失运行方式等相同的条件下计算23 23 23 23 62.12 66.0369.94 73.85 95.7 95.7 95.7 95.7 4486 4811 9297 4649 4530 5173 9703 4410 4638 5290 9928 4137 4812 5733 10 545 4056

从能量指标分析，电站装机容量从20～26 MW，随着装机容量的加大，多年平均发电量也相应加大，但年利用小时数在减少，单位千瓦增加的发电量在减少。装机容量从20～24 MW 单位千瓦变幅较大，24～26 MW时单位千瓦变幅较小。黄家湾水库电站下一梯级为穿洞电站，再下一级为黄花寨电站，由于穿洞电站为径流式电站，径流调节能力较差，而黄花寨电站调节能力较好，黄花寨电站推荐的装机容量为60 MW，装机额定流量为95.7 m3/s，黄家湾水库坝后电站装机从20～26 MW规模时，其流量到达黄花寨坝址断面时分别为62.12～73.85 m3/s，均小于黄花寨的装机引用流量，故为了增加过机流量，使上下游流量尽可能匹配，装机容量要大些为好。

从电站直接投资上看，随装机容量的增大，投资也逐渐增大；从单位装机投资上看，随着装机规模增大，单位装机投资在减小，其中装机规模由22 MW增到24 MW时，单位装机投资变幅较大。

综合以上能量指标及经济指标分析，推荐24 MW 装机是比较经济合理的，故坝后式电站装机容量也拟定为24 MW。

4 电站水能计算

本工程水库是以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主，并结合发电的综合性水库，因此，在满足城乡生活、工业、农田灌溉用水的前提下尽量多发电。因本工程各功能用水不共用，根据水库历年逐月来水过程，扣除本水库承担县城、乡镇、工业、灌溉供水，扣除渗漏和蒸发损失（按正常蓄水位以下库容的6%计）、上游耗水量及下放的环境用水，水能计算按长系列逐月等流量调节方法进行调节计算。水库水位不超过正常蓄水位，且不低于死水位。电站发电保证率为90%。通过工程总体投资，经济效益等综合比较，推荐坝后式开发方案的电站装机容量为24 MW，多年平均发电量5630万kW·h，其水能计算成果见表3。

项目 指标水库电站正常蓄水位/m死水位/m正常蓄水位以下库容/亿m3死库容/亿m3调节库容/亿m3库容系数/%调节性能正常尾水位/m装机容量/MW最大水头/m最小水头/m加权平均水头/m 1055 1035 14 380 5640 8740 15.4年984.36 24 69.77 49.08 61.78

项目 指标额定流量/(m3/s)保证出力/MW多年平均年发电量/（万kW·h）其中：汛期发电量/（万kW·h）枯期发电量/（万kW·h）年利用小时数/h发电水量/亿m3水量利用系数/%47.12 2.39 5630 4030 1600 2350 3.88 69.5

5 电站机组台数选择

机组台数的选择原则主要考虑机组的运行稳定性和运行维护管理、机电设备和厂房土建工程量等因素。黄家湾水利枢纽坝后总装机容量为24 MW，电站可以按2 台机组（2×12 MW）及3 台机组（3×8 MW）方案考虑。

当装机方案为2×12 MW时，由于混流式水轮机必须在其45%～100%的出力范围内稳定运行，则机组在5.4 MW（12×45%MW）及以下出力时，机组是不能满足稳定运行要求的，所以机组在5.4 MW 出力以下是不考虑发电的；同理，当装机方案为3×8 MW时，机组在3.6 MW（8×45%MW）及以下出力时，机组为满足稳定运行要求是不能发电的。根据以上分析，两种装机方案均会丢失较多发电量，均不合理。

因此，本电站应考虑大小机搭配方案才能保证其发电量，根据电站保证出力为2.39 MW，当小机装机4.5 MW时，其45%出力为2.025 MW，小于保证出力为2.39 MW，所以能保证混流式机组稳定运行要求。其余两台大机可考虑装机为2×9.75 MW，因为当大机单机运行时，其出力处于45%（即4.39 MW）及以下出力时，切换至小机运行便能满足机组稳定运行要求。

综上所述，坝后电站装机3台（（2×9.75 MW+1×4.5 MW）的装机台数方案，能通过机组切换，满足各不同出力工况下，机组稳定运行要求，并能保证电站最大发电量，达到充分利用水能资源的目的。经利用本电站水能参数及其装机规模、台数的合理性选择，进行机组选型，最终确定本站水轮机型号为HLA904 a-LJ-147（大机）和HLA904 a-LJ-103（小机）。

6 结语

黄家湾水库作为蒙江流域梯级的龙头水库，在水库枢纽附属电站装机规模选择时，综合考虑下游梯级电站开发方式、装机规模及流量匹配等因素是十分重要的，黄家湾水库枢纽建成后，将提高下游梯级多年平均发电量为0.269亿kW·h，梯级效益十分明显。对于黄家湾水利枢纽附属坝后电站自身的发电效益则应考虑其水能参数，机组台数、单机装机容量与保证出力之间倍率以及大小机装机容量匹配衔接，电站投运后，通过各机组间运行灵活调度，既可以满足各出力工况下机组稳定运行，又能最大限度发挥其发电效益。