岑 美，李 建，陳大明

(1.四川廣播電視大學， 四川 成都 610072； 2.四川能投分布式能源有限公司， 四川 成都 610063；3.四川省清源工程咨詢有限公司， 四川 成都 610072)

基于費用效率法的水電站正常蓄水位方案研究

岑 美1，李 建2，陳大明3

(1.四川廣播電視大學， 四川 成都 610072； 2.四川能投分布式能源有限公司， 四川 成都 610063；3.四川省清源工程咨詢有限公司， 四川 成都 610072)

如何降低水電站正常蓄水位比選方案的不確定因素，以某水電站為例進行分析研究，在不同方案比選的基礎上，運用費用效率法進一步驗證方案選擇的正確性。費用效率法的運用將工程經(jīng)濟學原理與工程實際相結(jié)合，為工程設計中面臨的方案比選難題提供了解決思路，具有一定的現(xiàn)實意義。

正常蓄水位；方案比選；費用效率法；工程經(jīng)濟學原理

正常蓄水位是水電站水庫的重要特征值，直接影響電站工程的規(guī)模、調(diào)節(jié)流量、裝機容量、綜合利用效益等指標，直接關系到工程投資、水庫淹沒損失、移民安置規(guī)劃等重大問題[1]。正常蓄水位的選擇是一個多目標的決策過程，在實際工程中，正常蓄水位的選擇[2-7]通常是通過技術和經(jīng)濟綜合分析論證進行選擇，首先擬定若干個方案，再對各方案進行綜合比較分析，選擇最優(yōu)方案。目前有大量的工程實例運用方案比選進行方案選擇[8-13]，但進行方案比選時，分析者的直覺、經(jīng)驗往往對方案的選擇起著決定性作用，不同的分析者可得到不同的結(jié)論，具有不確定的特性。為了彌補方案比選方法的“不確定”缺陷，文章在各方案比選的基礎上，運用工程經(jīng)濟學原理——費用效率法確定正常蓄水位方案[14]，并以一具體的水電站為例進行分析研究。

1 費用效率法

費用效率法[15]是一種常用的壽命周期成本評價方法，從追求壽命周期成本最低的立場出發(fā)，確定項目或方案的設置費和維持費，再研究壽命周期成本和系統(tǒng)效率的關系，選擇最優(yōu)項目或方案。即，費用效率(ηce)是指項目或方案的系統(tǒng)效率(ηse)和壽命周期成本(Wlcc)的比值，計算公式為：

(1)

式中：ηce表示費用效率；ηse表示產(chǎn)品或方案的系統(tǒng)效率；Wlcc表示工程壽命周期成本。系統(tǒng)效率ηse為項目或方案投資所得的“成果”，具體可表現(xiàn)為銷售金額、利潤、銷售量、運輸量等；壽命周期成本W(wǎng)lcc包括設置費和維持費，設置費具體可表現(xiàn)為研究開發(fā)費、設計費、制造費、安裝費、試運轉(zhuǎn)費等；維持費具體可表現(xiàn)為運行費、維修費、后勤支援費等。

2 工程實例

2.1 工程概況

某水電站工程區(qū)處于高山狹谷區(qū)，人口、耕地稀少，無人畜飲水和灌溉用水需求，無工礦企業(yè)及城鎮(zhèn)分布，無其他綜合利用要求。從梯級銜接和水能資源利用角度分析，水電站正常蓄水位方案的調(diào)節(jié)庫容應不小于46.2萬m3。電站為日調(diào)節(jié)水庫，控制集水面積1 991km2，裝機容量220MW，多年平均年發(fā)電量9.207億kW·h，采用引水式開發(fā)。電站建成后，將在閘址—廠址間形成約16.6km的減水河段，為減少對減水河段生態(tài)環(huán)境的影響，從電站閘壩處全年下泄3.12m3/s的生態(tài)環(huán)境流量。因此，水電站的開發(fā)任務為發(fā)電，并兼顧下游生態(tài)環(huán)境用水要求。

2.2 擬定正常蓄水位比選方案

根據(jù)電站的發(fā)電任務需求、下游生態(tài)用水需求、庫區(qū)淹沒損失、工程地質(zhì)條件、以及滿足梯級規(guī)劃的調(diào)節(jié)庫容等因素，初步擬定水電站的正常蓄水位方案為3 244m、3 245m、3 246m，其相應的調(diào)節(jié)庫容分別為56.7萬m3、63.6萬m3和64.1萬m3。

2.3 比選方案的影響因素分析

結(jié)合水電站的工程特點，影響正常蓄水位選擇應考慮的因素有：工程建設條件、梯級銜接條件、水庫淹沒損失、動能經(jīng)濟指標。

(1) 工程建設條件。電站工程地質(zhì)方面，水電站庫區(qū)不具備向鄰谷滲漏的地形地質(zhì)條件，不存在永久滲漏問題。擬定的3個正常蓄水位方案，水庫水位變幅微小，工程地質(zhì)條件基本一致，無明顯差別；其次混凝土量差別微小，當?shù)靥烊唤ㄖ牧暇鶟M足要求。

電站樞紐布置及建筑物結(jié)構設計方面，3個正常蓄水位方案的樞紐布置格局相同，主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房組成，樞紐總布置格局為混凝土閘壩+右岸引水系統(tǒng)+地下廠房組成。其次，電站工程等別均屬同一級別，工程規(guī)模及洪水標準均相同，首部樞紐基礎的防滲處理措施均一樣，邊坡處理及支護難度相當、只存在工程量的細微差別。

電站施工組織設計方面，3個正常蓄水位方案的施工條件、施工導流、施工方法、施工布置、交通運輸以及施工總進度等基本相同，無明顯差異，只是3 244m、3 246m方案壩體的建筑強度上存在微小差別。

電站的機電設備配置方面，3個正常蓄水位方案的水頭變幅僅1m，電站安裝2臺機組，單機容量均為110MW，在水輪機、發(fā)電機的設計制造方面均不存在難度，水輪機主要參數(shù)、運輸、運行條件變化不大，不存在制約方案成立的因素。正常蓄水位的變化也不會引起電氣設備和金屬結(jié)構設備較大的變化。

電站環(huán)境保護方面，3個正常蓄水位方案的樞紐布置和施工布置基本一致，各方案對水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、社會環(huán)境、施工期環(huán)境、環(huán)境敏感對象等的影響無較大差異。

(2) 梯級銜接條件。本電站上游規(guī)劃梯級電站裝機容量為80MW(2臺)、引用流量為40m3/s。本電站小流量回水計算成果見表1，由表1可知，電站流量為11m3/s～60m3/s時，3個方案中僅正蓄常水位3 246m方案，回水較天然水位抬高0.08m～0.14m，其他兩個方案對上游無影響。從對上游梯級電站尾水頂托影響分析，正常蓄水位3 246m方案稍不利，3 244m和3 245m方案對上游梯級電站尾水無影響。

表1 各正常蓄水位方案電站尾水斷面銜接回水計算成果

(3) 水庫淹沒損失。水電站3個正常蓄水位方案均不涉及搬遷人口、耕地、交通、礦產(chǎn)壓覆、文物古跡等，工程建設征地范圍相同，不同之處主要為水庫淹沒范圍的差異，淹沒區(qū)主要為林地。水電站各正常蓄水位方案的建設征地實物指標見表2，水庫淹沒涉及的征地補償費用見表3。由表2可知，隨著正常蓄水位的抬高，水庫淹沒的林地面積相應增加，正常蓄水位3 244m、3 245m、3 246m三個方案水庫淹沒林地面積分別為13.780hm2、14.502hm2和15.462hm2，占淹沒總面積的57.7%～59.6%，方案間增幅分別為5.23%和6.62%，方案間差別較小，從淹沒林地增幅角度分析，正常蓄水位由3 244m抬至3 245m較為有利。由表3可知，3個正常蓄水位方案的征地補償靜態(tài)總投資分別為1 875.62萬元、1 906.74萬元和1 951.22萬元，即正常蓄水位由3 244m抬至3 245m，投資增加31.12萬元，增幅為1.66%；正常蓄水位由3 245m抬至3 246m，投資增加44.48萬元，增幅為2.33%，從投資增幅角度分析，正常蓄水位由3 244m抬至3 245m較為有利。

表2 水電站各正常蓄水位方案建設征地實物指標匯總表

表3 水電站各正常蓄水位方案建設征地補償靜態(tài)總投資估算表

(4) 動能經(jīng)濟指標。水電站3個正常蓄水位方案的經(jīng)濟指標見表4。由表4可知，考慮本電站回水對上游電站尾水頂托影響的損失電量后，各方案單位電能投資基本相當，運行時均在1.57元/kW·h左右。從補充單位電能指標分析，正常蓄水位從3 244m抬高至3 245m，方案間的補充單位電能投資為1.406元/kW·h，低于方案本身單位電能投資，說明正常蓄水位可適當抬高；正常蓄水位從3 245m抬高至3 246m，方案間的補充單位電能投資為2.716元/kW·h，高于方案本身單位電能投資，說明再抬高正常蓄水位是不經(jīng)濟的。因此，水電站的正常蓄水位以3 245m較經(jīng)濟。

表4 水電站各正常蓄水位方案經(jīng)濟指標表

(5) 影響因素綜合評價。由比選方案的各影響因素分析可知，3個正常蓄水位方案的工程建設條件相當，工程地質(zhì)條件、工程樞紐布置、工程施工條件、主要機電設備制造水平、以及環(huán)境影響方面相當，無明顯差異，僅存在工程量的細微差別；梯級銜接方面，3 246m方案回水較天然水位抬高0.08m～0.14m，稍不利；水庫淹沒損失方面，正常蓄水位由3 244m抬至3 245m較為有利；動能經(jīng)濟指標方面，3 245m較經(jīng)濟。因此從比選方案的影響因素分析，推薦的正常蓄水位方案為：3 245m方案。

2.4 運用費用效率法確定正常蓄水位方案

(1) 確定比選方案的系統(tǒng)效率。本電站的開發(fā)任務為發(fā)電，無航運、防洪、灌溉等綜合利用要求，電站工程的系統(tǒng)效率主要表現(xiàn)為發(fā)電效益。電站的設計使用年限暫按50a計，基礎上網(wǎng)電價按0.2460元/(kW·h)計，水電站3個正常蓄水位方案的系統(tǒng)效率為：

3244m方案：η1se=1131354.0萬元

3245 m方案：η2se=1132461.0萬元

3246 m方案：η3se=1133568.0萬元

(2) 確定比選方案的壽命周期成本。水電站各正常蓄水位方案的壽命周期成本集中表現(xiàn)為電站的靜態(tài)總投資，暫不考慮電站運行成本和資金的時間價值，即3 244 m方案W1lcc=144 854.17萬元、3 245 m方案W2lcc=144 980.67萬元、3 246 m方案W3lcc=145 225.07萬元。

(3) 計算比選方案的費用效率值。水電站各正常蓄水位方案的費用效率分別為：3 244 m方案η1ce=η1se/W1lcc=7.8103；3 245 m方案η2ce=η2se/W2lcc=7.8111；3 246 m方案η3ce=η3se/W3lcc=7.8056。

由計算結(jié)果可知，3 245 m正常蓄水位方案的費用效率值較其余2個方案略大，經(jīng)濟效益較優(yōu)，因此最終確定的正常蓄水位方案為：3 245 m方案。

3 結(jié) 論

在實際工程中，水電站正常蓄水位的選擇通常采用方案比選的方法確定，但方案比選法具有不確定的特性。為彌補方案比選方法的“不確定”缺陷，本文運用費用效率法進一步驗證方案選擇的正確性，首先對比選方案的影響因素進行論證分析，然后在方案比選的基礎上，計算各方案的費用效率值，選擇最優(yōu)方案。費用效率法的運用進一步驗證了方案比選的正確性，增強了方案比選方法進行方案選擇的可信度。將費用效率法運用于工程實際，實現(xiàn)了工程經(jīng)濟學原理與工程實際的結(jié)合，具有一定的現(xiàn)實指導意義。

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Normal Water Level of Hydropower Station Based on Cost Efficiency Method

CEN Mei1, LI Jian2, CHEN Daming3

(1.SichuanRadioandTVUniversity,Chengdu,Sichuan610072,China； 2.SCEIDistributedEnergySystemsCO.,LTD.,Chengdu,Sichuan610063,China； 3.SichuanQingyuanEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Chengdu,Sichuan610072,China)

The normal water level is directly related to the hydraulic project investment, loss of reservoir inundation, residents-resettlement plan and other major issues, it is an important characteristic of hydropower stations. In actual engineering, the selection of the normal water level of the hydropower station is usually determined by scheme comparison which is mainly determined by professional experiences and intuition, it has an uncertain characteristic, but the uncertainty is necessary for economic analysis and evaluation in the early stage of the engineering. Cost efficiency is a common method in the assessment of life cycle cost, which can be used for economic evaluation of engineering. In order to reduce the uncertainties of the scheme of normal water level, this paper took a specific hydropower station as an example. Based on the comparison of different normal water levels, we adopted the cost efficiency method to verify the correctness of the selection. The application of cost efficiency method combines the principles of engineering economics with actual engineering, it could provide a solution to the problem of scheme comparison in engineering.

normal water level; scheme comparison; cost efficiency method; principle of engineering economics

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.04.037

2017-04-06

2017-05-03

四川省教育廳2014-2015人文社科一般項目“基于遠程教育的工程造價專業(yè)學科體系構建的研究”(14SB0460)；四川廣播電視大學2016-2017年度教改項目“適應遠程教學的水利水電工程與管理專業(yè)實訓類課程體系改革研究”(XMGCJS2016002Y)

岑 美(1982—)，女，重慶榮昌人，碩士，講師，主要從事水利水電工程、工程造價方面的工作。E-mail：2631725371@qq.com

TV

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1672—1144(2017)04—0190—04