歐述俊，秦玲玲，張學(xué)功，匡全忠

（寧波白溪市水庫管理局，浙江 寧海 315606）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和水資源需求的加大，涌現(xiàn)出了以城鎮(zhèn)供水為主，發(fā)電為輔的綜合利用水庫[1]。這一類水庫，單位水量的供水效益明顯大于純發(fā)電效益。汛期高水位運行時會面臨兩難的境地：一是擔(dān)心如果水庫多發(fā)電，可能會由于后期來水少而影響供水；但如果不多發(fā)電，可能會因后期來水多而產(chǎn)生棄水，造成效益損失；同時，由于峰谷電價往往有數(shù)倍之差，在安排發(fā)電時還應(yīng)考慮是否安排谷電。在汛期是否安排多發(fā)電，是否安排發(fā)低谷電，安排發(fā)多少電量合適，這些直接關(guān)系到水庫的經(jīng)濟效益。

目前，對于綜合利用水庫的優(yōu)化調(diào)度研究有的以發(fā)電量最大和供水量最大為目標(biāo)[2-3]，有的僅以發(fā)電效益最大為目標(biāo)[4]。本文在多年水庫調(diào)度和探索的基礎(chǔ)上，以綜合效益最大為目標(biāo)提出了一套考慮供水發(fā)電效益差距的水庫興利調(diào)度優(yōu)化方法。

1 模型建立

假設(shè)峰谷電價之比為a:1，單位水量的供水效益與純發(fā)峰電的效益比為b:1，則單位水量的供水效益與純發(fā)谷電的效益比為ab:1。計算期初水位為H初，汛限水位為H限。由于峰電價高于谷電價，所以優(yōu)先考慮多發(fā)峰電。

1.1 是否多發(fā)峰電

汛期高水位時，在保證正常城鎮(zhèn)供水需要的情況下，有兩種方案可供選擇。方案一，前期多將一定水量用于發(fā)峰電，前期能產(chǎn)生發(fā)電效益r元，方案二，前期不安排多發(fā)峰電，用于后期供水，則有兩種可能：不產(chǎn)生棄水，則可收益b×r元，發(fā)生的概率為p；產(chǎn)生棄水，則收益為0元，發(fā)生概率為1－p。方案一的期望收益E1=r元。方案二的期望收益 E2=b×r×p。

（1）多發(fā)峰電與否的判別準(zhǔn)則：①若兩種方案的期望收益E1與E2相等，即汛期不棄水的概率p=1/b，則是否多發(fā)峰電效益一樣；②若p>1/b，則不應(yīng)多發(fā)峰電；③若p<1/b，則應(yīng)多發(fā)峰電。

（2）確定多發(fā)多少峰電量合適的判別準(zhǔn)則。假設(shè)前期安排多發(fā)t天峰電，汛期總共為T天，假設(shè)T-t天時間內(nèi)不棄水概率為p，則：①若p=1/b，則多發(fā)t天峰電是合適的；②若p<1/b，則應(yīng)增加多發(fā)峰電的天數(shù)，直至p=1/b時對應(yīng)的天數(shù)為最佳；③若p>1/b，則應(yīng)減少多發(fā)峰電的天數(shù)，直至p=1/b時對應(yīng)的天數(shù)為最佳值。

進一步判斷是否需要安排發(fā)谷電。

1.2 是否發(fā)谷電

方案一，前期將一定水量用于發(fā)谷電，所能產(chǎn)生發(fā)電效益r元。方案二，前期不發(fā)谷電，用于后期供水，則有兩種可能：不產(chǎn)生棄水，則可收益a×b×r元，發(fā)生的概率為p2。產(chǎn)生棄水，則收益為0，發(fā)生概率為1-p2。方案一的期望收益E1=r元。方案二的期望收益 E2=a×b×r×p2。

（1）發(fā)谷電與否的判別準(zhǔn)則：①若兩種方案的期望收益E1與E2相等，即汛期不棄水的概率p2=1/（a×b）， 則是否發(fā)谷電效益一樣； ②若 p2>1/（a×b），則不應(yīng)安排發(fā)谷電；③若p2<1/（a×b），則應(yīng)安排發(fā)谷電。

（2）確定發(fā)多少谷電量合適的判別準(zhǔn)則。假設(shè)前期安排多發(fā)t天谷電，汛期總共為T天，假設(shè)T-t天時間內(nèi)不棄水概率為 p2， 則： ①若 p2=1/（a×b），則發(fā) t天谷電是合適的；②若p2<1/（a×b），則應(yīng)增加發(fā)谷電的天數(shù)，直至p2=1/（a×b）時對應(yīng)的天數(shù)為最佳；③若p2>1/（a×b），則應(yīng)減少發(fā)谷電的天數(shù)，直至p2=1/（a×b）時對應(yīng)的天數(shù)為最佳。

1.3 計算期內(nèi)不棄水概率p的確定

采用統(tǒng)計法進行不棄水概率的確定。根據(jù)水量平衡原理，利用長系列水文資料逐年逐時段 (旬、月）進行計算，每年的計算期內(nèi)有任一時段棄水，則計該年發(fā)生棄水；然后，統(tǒng)計發(fā)生棄水的年數(shù)，該年數(shù)與整個水文系列年數(shù)的比值即為發(fā)生棄水的年概率ρ，將整個長系列資料作為整體考慮，則不棄水的概率p=1-ρ。

汛期高水位時，在判別計算期內(nèi)是否要多發(fā)電時，首先默認(rèn)的條件是已經(jīng)保證正常城鎮(zhèn)供水。具體計算方法可參照文獻(xiàn)[5]。

2 實例分析

2.1 工程簡介

浙江省某大（2）型水庫，以供水、防洪為主，兼顧發(fā)電、灌溉，總庫容1.684億m3，汛限水位170 m，多年平均徑流量2.81億m3，年設(shè)計供水量1.73億m3，多年平均發(fā)電量為4 380萬kW·h，水電站裝機2×9 MW，主要承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)，供水保證率94%，發(fā)電保證率75%。4月15日~10月15日為水庫汛期。工程進水口設(shè)置在電廠尾水池岸邊，水庫供水水源來自于發(fā)電機組尾水，即供水效益為供水收益與該部分水所發(fā)電量收益之和。受供水規(guī)模限制，該水庫單機峰電運行即可保證供水安全，多余峰電以及發(fā)谷電部分的水量不能創(chuàng)造供水收益。水庫電廠可供選擇的日運行方式有以下3種：①單機峰電。也即，以水定電方式，1臺機組發(fā)峰電運行，發(fā)電用水量恰好滿足每日供水和生態(tài)用水需要。②雙機峰電。2臺機組發(fā)峰電運行，發(fā)電用水量約為單機峰電方式的2倍。③雙機全天。2臺機組全天24 h運行。

2.2 判別條件概率

電廠發(fā)電平均耗水率i=5.1 m3/kW·h，峰電電價y1=0.573元/kW·h，水價y2=0.50元/m3，則1 m3水對應(yīng)供水效益 （含發(fā)峰電）與純發(fā)峰電效益比

該電廠峰谷電價之比a∶1=3∶1；則單位水量供水效益與純發(fā)谷電的效益比為 a×b∶1=5.5×3∶1=16.5∶1；則是否多發(fā)峰電的判別條件概率p=1/b=18.2%；是否發(fā)谷電的判別條件概率 p2=1/（a×b）=6.1%。

2.3 判斷5月中旬的運行方式

某年5月11日水庫水位163.78 m，利用水庫長系列水文資料 （1961年～2011年，共51 a）進行5月～10月調(diào)節(jié)計算，以旬為計算時段。調(diào)節(jié)計算得水庫按正常供水方式，即單機發(fā)峰電方式，后期不棄水概率p=15.7%，小于多發(fā)峰電判別條件概率p=18.2%，大于發(fā)谷電判別條件概率6.1%，故判定在計算期內(nèi)應(yīng)安排多發(fā)峰電，不應(yīng)安排發(fā)谷電。即5月中旬可安排雙機峰電運行。5月中旬安排雙機峰電后，以5月21日實際水位為起始水位，重新計算p值，及時調(diào)整決策。

2.4 水庫汛期優(yōu)化調(diào)度圖

根據(jù)判別條件概率，利用長系列水文資料，通過試算的方法求得以庫水位形式表示的水庫汛期各時段運行方式判別標(biāo)準(zhǔn)，繪制水庫汛期優(yōu)化調(diào)度圖（見圖1）。圖1與水庫興利調(diào)度圖 （見圖2）相比，更具有可操作性，為調(diào)度決策提供直觀參考。

圖1 水庫汛期優(yōu)化調(diào)度

圖2 水庫興利調(diào)度

以該水庫2010年汛期為例，經(jīng)過調(diào)節(jié)計算，優(yōu)化調(diào)度圖方法與興利調(diào)度圖方法調(diào)度成果見表1。

由表1可知，兩種方法汛末庫水位相同，優(yōu)化調(diào)度圖方法較興利調(diào)度圖方法增加效益245.77萬元，減少棄水4 332.75萬m3，優(yōu)化調(diào)度圖方法優(yōu)勢明顯。

水庫自2006年供水以來的其他年份來水不豐，汛期水庫水位不高，優(yōu)化調(diào)度圖方法與興利調(diào)度圖方法均選擇保供水方式，調(diào)度效果相同。

3 結(jié)論與建議

（1）本文提出的優(yōu)化調(diào)度方法從水庫運行經(jīng)濟效益最大出發(fā)，考慮了水庫單位水量產(chǎn)生供水效益與發(fā)電效益不同、峰谷電價不同等因素，在汛期高水位時較常規(guī)興利調(diào)度圖方法優(yōu)勢明顯。

（2）本文按期望值最大準(zhǔn)則選擇最優(yōu)策略，在任何一個實際過程中所獲得的效益并非與期望效益完全一致，但多次重復(fù)時會等于或接近期望效益。

（3）本文繪制的水庫汛期優(yōu)化調(diào)度圖為興利調(diào)度提供直觀參考，應(yīng)用時綜合考慮中短期天氣預(yù)報、防洪能力等因素，可使決策更為可靠。

（4）本文假定在滿足防洪要求下，水庫前期節(jié)約的水量后期能夠用于城鎮(zhèn)供水，若水庫供水規(guī)模受限，則應(yīng)當(dāng)綜合考慮。

［1］劉志坤，馬喜峰.加強水庫管理 充分發(fā)揮工程效益［J］.水利科技與經(jīng)濟， 2004， 10（1）:40-40.

［2］陳洋波，曾碧球.水庫供水發(fā)電多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型及應(yīng)用研究［J］.人民長江， 2004， 35（4）:11-13.

［3］王興菊，趙然杭.水庫多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度理論及其應(yīng)用研究［J］.水利學(xué)報， 2003（3）:104-109.

［4］馬光文，王黎.分時電價下綜合利用水庫水電站的運營方式研究［J］.水力發(fā)電學(xué)報， 2002（3）:1-6.

［5］歐述俊.考慮峰谷電價的水庫發(fā)電調(diào)度優(yōu)化方法探討［J］.水力發(fā)電， 2003， 29（1）:8-9.