基于最小能耗模型实现水电站经济运行考核评估方法

杜成锐 王金龙 王莉丽 王穹跃 欧渊

摘 要：针对现有技术中评估水电站经济运行状况存在的技术不足，提出新型的考核评估方法。该方法通过对水电站发电情况以及水电站水库耗能情况进行分析，从整体上衡量水电站在发电过程中的能量变差，及时、有效地评估在各种因素下，影响水电站发电的功耗分析。并构建出最小能耗数学模型，实现不同情况下水电站的能耗分析。在构建最小能耗数学模型时，同步考虑了影响最小能耗数学模型计算的约束条件。试验表明，本研究的方法误差低，适用范围广。

关键词：水电站;考核评估方法;耗能;最小能耗数学模型;约束条件

中图分类号：TP391      文献标识码：A

Abstract：Aiming at the technical deficiencies assessed the economic operation of hydropower stations in the existing technologies， a new assessment method was proposed. This method analyzed the power generation situation of hydropower stations and the energy consumption of hydropower stations and reservoirs， and the energy deterioration of hydropower stations was measured as a whole during the power generation process， and the power consumption analysis of the power generation of hydropower stations under various factors was timely and effectively evaluated. And the minimum energy consumption mathematical model was constructed to realize the energy consumption analysis of hydropower stations under different conditions. When the minimum energy consumption mathematical model was constructed， the constraints that affect the calculation of the minimum energy consumption mathematical model were simultaneously considered. Experiments show that the method  has low error and wide application range.

Key words：hydropower station; assessment method; energy consumption; mathematical model of minimum energy consumption; constraint conditions

水電站是我国能源结构的重要组成部分，对国民经济的发展和促进工业技术进步发挥着举足轻重的作用。水电站运行过程中产生的经济效益直接反映了其工作效率，为了充分利用水电站的现有资源，使水电站的运行能够发挥最佳经济效益是目前要研究的课题。现有技术存在以下技术弊端：

（1）水电站内的水能利用效率不高，缺乏运维管理人员，水电站的整体工作效率低下。

（2）对水电站的经济运行评估方法落后，水电站的整体效益评估不准确，难以实现水电站的利益最大化。

（3）水电站能源浪费严重，节能发电、可持续发电做的不够，水电站的运行成本增加。

（4）水电站的调度能力差，在有限的资源范围内，难以实现资源的最佳化合理配置。

为了有效地评估水电站运行状况，以使经济效益达到最大值，文献[1]通过分析影响水电站经济运行的因素实现利益的最大化，但是这些分析方法局限于经验值的考察，没有系统的理论算法，文献[2]利用流量法和容量法获取水电站进出水量的情况，根据常规经验值计算进出流量的发电情况，虽然有一定的进步，但是在评估水电站功耗、误差以及在各种影响因素下，水电站的功耗情况以及功耗转换成经济效益的能力，都无法获取[2]。文献[3]通过多种算法优化方式实现水电站经济运行评估，但是仅限于理论分析，实际运行的可信度差[3]，实施起来困难，这就需要一种新型的方法来替代传统技术。

1 水电站发电分析

1.1 水电站发电数据模型分析

利用水电站水库发电时，水库内水量的实际负载量为Ptev，在t -t+1的时间时段内，水电站水库生成同样的功率的电荷时，水库内最大水量用字母Pt+1ev，max 表示，水电站水库的最小水量用字母Pt+1ev，min 来表示，则构建以下数学模型[4]：

通过表1可以看到，在上述出库水量、尾水位量和死水位任意一种情况的影响下，水电站在发电过程中，通过应用上文水电站最小能耗的数学模型进行分析，在最小能耗模型下，得出的能耗值相差很小，说明本研究的方法能够计算出变电站在各种情况下出力时最小能耗损失。

下面对水电站运行过程中的功耗成本进行分析。假设在三种因素出库水量、尾水位量和死水位的影响下进行发电时，观察水电站的总成本、设备成本和损耗成本，单位为元， 假设在不同的时间时分析上述影响量下的水电站输出功率情况。然后根据输出功率，计算出不同时段范围内的最小成本。时间段（单位：小时）信息如表2所示。

通过上述计算，在应用上述论述的数学模型进行计算时，误差率较低。本研究的方法为实现水电站经济运行的分析提供技术依据。

4 结 论

通过构建数学模型实现水电站的发电、放电分析，使得用户能够获取不同时间段内的水电站运行状况。同时又构建出最小能耗数学模型，将水电站能耗情况以经济效益的方式计算出来。也通过数学模型计算出影响水电站在发电过程的多种因素造成的能耗损失，通过算理分析，本方案能够在多种情况下评估水电站的运行情况，为下一步水电站的评估工作奠定技术。

参考文献

[1]李婷. 流域梯級水电站经济运行效益评价体系研究[J].经济， 2016，01（1）：28-28.

[2]王邦旭，蔡家林，蒙淑平，等. 基于流速仪法的柘林水电厂A1号机组效率试验研究[J].中国农村水利水电，2017（10）：136-139.

[3]赵飞，林昌义. 基于多种算法优化的水电站经济运行[J]. 能源研究与管理， 2013， 23（3）：78-80.

[4]肖杨， 邝录章， 王也. 水电站水库经济调度考核评价方法[J]. 水利科技与经济， 2018，11：66-71.

[5]牛晓红. 水电站经济运行评价的若干研究与讨论[J].科学与财富， 2015（9）：647.

[6]崔宇龙，黄涛，刘政，等. 水电站环境影响后评价指标体系研究[J]. 水资源与水工程学报[J/O]. 2015：2（2）：169-173.

[7]张虎成，闫海鱼，邱兴春.关于我国水电梯级开发环境影响后评价的思考[J].水力发电，2013（7）.1-3.

[8]宋升， 郭元元. 水利水电工程中节能降耗分析与评价[J]. 河南水利与南水北调， 2012，36 （4） ：45-46.

[9]刘波，牛运华，石志超，等. 乌东德水电站施工能耗分析与节能措施[J]. 水利水电快报， 2018， 39（11）：46-48.

[10]康细洋，唐娟. 水利水电工程施工期能耗分析与节能措施[J]. 节能，2015， 34（9）：47-49.

[11]STANKO Z， YEH W G， ZHAO Yun-fa，et al. A multiobjective short-term optimal operation model for a cascade system of reservoirs considering the impact on long-term energy production[J].Water Resources Research，2015，51（5）：3353-3369.

[12]CEHGN Chun-tian， WANG Sen， CHAU K W， et al. Parallel discrete differential dynamic programming for multireservoir operation[J]. Environmental Modelling & Software，2014，57（7）：152-164.

[13]黄炜玲. 水利水电工程施工期能耗及其节能措施分析[J]. 建筑工程技术与设计，2017（33）：1239-1239.

[14]才庆欣. 基于水电站工程环境影响后评价研究[J]. 中国水能及电气化，2019（2）：4-8.

[15]黄茹，祁昌军，曹娜，等.水利水电建设项目环境影响后评价实践与建议[J].环境影响评价，2018（6）：169-173.

[16]郝红升，吴程，徐天宝，等.水电工程建设的环境效应研究[J].水力发电，2016（12）：169-173.