下坂地水电站装机容量分析

2023-12-16张明

小水电 2023年6期

张明

(新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，新疆？喀什？844000)

1 概述

塔什库尔干河是塔里木河水系叶尔羌河最大的一条清水河流，全长298 km，总流域面积9 980 km2[1]。下坂地水利枢纽工程位于该河的中下游，是塔里木河流域近期综合治理规划中唯一的山区水利枢纽工程，坝址以上河长217 km，占塔什库尔干河全流域的95.9%[2]。流域呈典型的大陆性高原气候，多年平均降水量68.9 mm。

2 水能分析

2.1 坝址径流

下坂地水库坝址以上的径流主要是由于夏季气温升高冰雪融化形成的，其水情随气温的变化而变化，即气温高，径流量大；反之，则径流量小。下坂地水库的反调节水库有6座，分布在上、中游灌区。下坂地水库坝址控制流域面积9 570 km2，坝址多年平均径流量10.88亿m3，最大值15.2亿m3(1959—1960)，最小值7.3亿m3(1974—1975)。Cv=0.16，采用P—Ⅲ型曲线适线，适线结果为：W=10.9亿m3，Cv=0.20，Cs=3.0Cv。

2.2 下坂地水库正常蓄水位的选择

下坂地水电站是喀什、克州两地唯一具有调节性能比较好的电站，考虑到两地州电网已经由220 kV联网运行，电力补偿能综合发挥调峰电站的作用；但电力补偿又是一项复杂系统工程，所以论证下坂地水库正常蓄水位调度原则上按电力补偿和不进行电力补偿两种形式分析。

2.2.1 进行电力补偿

按照塔里木河流域近期综合治理对叶河的要求及下坂地水库工程任务，正常蓄水位在2 960 m的基础上，按2.5 m一个间隔，上、下浮动，对2 955、2 957.5、2 960、2 962.5、2 965 m共5个方案进行了调节结果和经济指标的全面比较[3]。经水利计算和比较，推荐采用2 960 m方案，详见表1。

2.2.2 不进行电力补偿

为进一步复核水库正常蓄水位2 960 m方案的工程效益特征参数，对初设与可研阶段的径流系列进行了分析计算，复核分析按下坂地水库不进行电力补偿的方式，详见表2。从表2可以看出，下坂地水库坝址径流量即使年际有变化，年内分配有变化，平原水库多年平均损失水量略有减少。下坂地水库多年平均春旱补水量略有增加，发电效益有所降低；但效益特征指标变化不大，表明下坂地水库正常蓄水位2 960 m是合理的。

表2 正常蓄水位复核情况表

3 电站装机容量选择

下坂地水电站运行后投入喀什、克州两地州电力系统，该电力系统目前的水电站均为径流式电站，下坂地水电站为电网的调峰电站和骨干电站。电网水文代表年主要是根据叶河流域的水文特性进行选用，经复核，电网代表年枯水年、平水年选用枯水年(90%)为1998年7月—1999年6月；平水年(50%)为1963年7月—1964年6月。下坂地水电站出力采用本次设计成果，其他已建、未建电站采用最新设计成果。

下坂地装机容量=必需容量+重复容量=(最大工作容量+事故备用+负荷备用+检修备用)+重复容量。

（2）联系学生的生活实际，结合生活经验，对教材进行再加工，科学地设置教学环节，创造性地处理教材，将教材中现有的结论转变为学生主动探求知识的过程。在教学《三角形三边关系》时，联系学生的生活实际，对教材进行再加工，利用多媒体创设情景，小明从家到学校有三条路可以走，“走哪条路最近呢？”、“这是什么原因？”，并将这种虚拟的情景转入学生的生活，学生凭着自己的生活经验，知道走哪条路最近，但却苦于表达不出其蕴含的道理，这使学生处于很好的状态，也使得对于三角形三边关系的探索内化成为学生的一种需求。把“三角形中任意两边的和大于第三边”这一现有结论转变学生主动探索的主线。

3.1 最大工作容量的确定

下坂地水电站是具有完全多年调节的水库电站，冬季日保证电能(11月—4月)：

E日=KN90%×24

式中：K为下坂地水库日调节系数，K=1.2；N90%为下坂地电站保证出力，35.95 MW。

经计算，冬日保证电能为1 035.36 MW·h。

在喀～克统一电网设计枯水年典型日平衡图(冬季：12月)上找到P/Pm=0.115，最大负荷为870 MW，则最大工作容量为870×0.115=100 MW。

3.2 备用容量

系统事故备用容量按最大负荷的10%设置，共87 MW，下坂地分担35 MW，待建电站分担52 MW；系统负荷备用容量按系统最大负荷的5%设置，共44 MW，下坂地水电站分担15 MW，待建电站分担29 MW。该电站不设专门的检修备用。

3.3 重复容量

由于下坂地水电站“以水定电”，下坂地水库调节性能较好，弃水量很小，当泄放较大流量时，备用容量可投入运行，因此不设重复容量。

3.4 装机容量

N装=最大容量+负荷10%的分担容量+负荷5%的分担容量=100+35+15=150 MW。

为了进一步论证装机容量，针对下坂地水电站不对电力系统进行电力补偿，列出4个不同装机容量的技术经济指标，比较结果如表3所示。从表3中可以看出，随着装机的增加，发电量增幅有限；说明水库调节性能好，水能得到了充分利用，季节性电能有限；从增加装机年利用小时角度看，140 MW方案较好。由于长距离输电线路和分摊枢纽投资不会有太大的变化，故各方案的电站投资变差不大。从补充千瓦投资看，150 MW方案较优。从增值单位电量看，装机从130 MW增加到140 MW，增加单位电量投资为2.55元/kW·h；装机从140 MW增加到150 MW，增加单位电量投资为2.3元/kW·h；装机从150 MW增加到160 MW，增加单位电量投资为67.6元/kW·h；显然从140 MW增加到150 MW是经济的。

表3 下坂地水电站装机容量比较表

下坂地水电站为电力系统的主要电站之一，将担负系统调峰调频任务，发挥容量效益，预留1台机做负荷备用和事故备用是必要的，装机容量确定为150 MW是合适的。

3.5 单机容量

电站装机容量一定时，在一定范围内单机容量越大，其综合经济效益越大。根据下坂地水电站实际情况，从运行管理的灵活性及节省投资等角度考虑，机组台数宜在2～4台范围内选取；少于2台则运行调度不灵活，多于4台则投资增加较大，不经济。根据电力系统负荷上涨速度、电网结构和系统要求的备用容量、重复容量以及电站的保证出力、发电和供水流量的匹配等因素，现对2、3、4台方案对应的单机容量75、50、37.5 MW进行比选分析。

当电站装2台机组时，单机容量为75 MW，检修备用容量偏大，电站运行调度也不灵活。同时，对于在系统中承担峰荷的电站，单机容量过大会降低电站小出力调节灵活性，难于适应系统负荷变化对电站出力的要求；此方案不合理，故不选用2台机组方案[4]。对于装机3台和4台两个方案，单机容量分别为50 MW和37.5 MW，从运行管理方便、机组运行灵活性以及工作容量、发生事故时对系统的影响、电站投资等方面进行技术经济比较，50 MW×3台机方案较37.5 MW×4台机方案要优；所以，单机容量选择50 MW。

4 装机容量验证

根据新疆维吾尔自治区电力局编制的《2020年电力发展规划报告》，预测2025年喀什、克州电网系统最大负荷870 MW，需电量41亿kW·h。下坂地水电站发电用水为“以水定电”，以需定发，根据两地州电力系统电力电量平衡，验证下坂地水电站所选装机容量是否适宜系统运行需要。

4.1 平衡依据

下坂地水电站总装机容量150 MW，设计水平年为2025年，相应的电力系统负荷水平为870 MW。2025年水电站的设计水平年统一选为：枯水年(90%)为1998年7月—1999年6月，平水年(50%)为1963年7月—1964年6月。

4.2 电力电量平衡原则与方法

电力电量平衡的原则是：系统内各类电站的出力应满足系统负荷对电力电量的要求，同时使系统总的容量与电量得到较充分的发挥。在电力电量平衡中，优先发挥已建电站的容量与电量作用，充分发挥调节性能好的骨干电站的调峰作用，并根据各电站的特点合理设置备用容量和安排机组检修。

根据各电站的建设情况，参加平衡的顺序为：已成小水电站群、已成火电站、下坂地水电站、待建电站。虽然下坂地水库的开发任务是“以春旱供水和生态补水为主，结合发电”，水库调节原则是“以水定电”，但由于下游灌区平原水库可以充当反调水库，所以下坂地水电站可以担负系统的调峰任务，按照不同的负荷进行容量分担。

4.3 电力电量平衡结果

日平衡：冬季(12月)日最大负荷870 MW，待建电站在尖峰工作容量199.3 MW，下坂地在尖峰工作容量100 MW，两电站共计299.3 MW，占最大负荷的34.4%；夏季(7月)最大负荷522 MW，待建电站在尖峰工作容量119.3 MW，下坂地在尖峰工作容量100 MW，两电站共计219.3 MW，占最大负荷的42%。冬季最高与最小负荷区间位置全部由两电站承担。

设计枯水年、平水年及丰水年平衡中，待建电站和下坂地水电站625 MW，占系统总装机967 MW的64.6%，且按计划留有事故和负荷备用，可充分发挥水库调节和水电机组起动灵活的作用，丰水期让小水电站群多发季节性电能。下坂地水电站和待建电站发电量为24亿kW·h，占系统电量41.01亿kW·h的59%，可见效益是明显的，平衡结果如表4所示。