余 偉

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410000）

0 引言

五凌電力有限公司發(fā)電集控中心于2010年成立，目前控制運行著公司13個集控水電廠，這些水電廠分布在湖南沅水、資水、湘江3個流域形成梯級水電站群，總裝機容量469.5萬kW。目前各集控電廠的水庫調(diào)度和發(fā)電經(jīng)濟運行工作均由集控中心負責。

長期以來，水電廠的經(jīng)濟運行主要是通過優(yōu)化水庫調(diào)度，抬高庫水位進而提高發(fā)電機運行水頭來降低耗水率，在同樣水量下發(fā)出更多電量，從而增加發(fā)電效益。但自2022年7月~2023年底，因為持續(xù)偏強的副熱帶高氣壓作用導致長江中下游地區(qū)持續(xù)干旱，湖南地區(qū)受影響非常明顯，沅水流域來水較往年減少50%，資水流域來水較往年減少60%，湘江來水較往年減少55%。來水減少對水電廠發(fā)電效益影響巨大，如何在來水偏枯的形式下，充分發(fā)揮水電站的發(fā)電潛力，提高發(fā)電效率，獲得最大經(jīng)濟效益，是集控水電工作的重中之重[1，2]。本文旨在分析來水偏枯形勢下集控水電廠經(jīng)濟運行的影響因素，從優(yōu)化水庫調(diào)度、提升運行管理、設備改造等方面提出相關的提質(zhì)增效措施。

1 優(yōu)化水庫調(diào)度相關提質(zhì)增效措施

水庫調(diào)度是指在確保水庫安全的前提下，掌握各流域的天氣狀況及水情特性，準確預測和接受來水流量的變化情況，充分發(fā)揮流域內(nèi)季調(diào)、年調(diào)、多年調(diào)節(jié)水庫的調(diào)蓄作用，豐水期錯峰、枯水期補水，及時調(diào)整機組運行方式，降低耗水率，使水庫的效益最大化。目前主要采取的措施有骨干水庫汛前消落、汛末蓄水、洪前騰庫、攔蓄洪尾、人工增雨、汛期水位動態(tài)控制等。

1.1 汛前消落、汛末蓄水、洪前騰庫

湖南流域汛期為每年4月1日~9月30日，主汛期為5月1日~8月31日。骨干水庫在汛期來臨前進行水位消落，可以保證減少棄水損失，在汛末將庫水位抬高運行，可以降低綜合耗水率。進入汛期后，抓住時機進行大發(fā)滿發(fā)，利用洪水來臨前加大發(fā)電出力消落庫水位，減少棄水量。這就需要集控水庫調(diào)度部門根據(jù)多年來水數(shù)據(jù)結合實際來水情況合理制定水位消落和發(fā)電計劃，做到“年估測、月計劃、周調(diào)整、日跟蹤”，確保發(fā)電效益最大化。

1.2 攔蓄洪尾

集控水電廠在某場洪水泄洪過程中，在入庫流量大于滿發(fā)流量的情況下，通過預報提前關閘攔蓄洪尾，則從停止泄洪開始，至本場洪水退至入庫流量小于等于滿發(fā)流量為止，期間多攔蓄且被發(fā)電利用的水量所發(fā)的發(fā)電量計算方法：

1.3 人工增雨

在來水偏枯的情況下，可以根據(jù)天氣情況在流域骨干水庫區(qū)域開展人工增雨作業(yè)，增加的入庫水量，提高梯級水電站發(fā)電，增加的發(fā)電量計算方法：

式中：W人工增雨i為第i時段人工增雨增加的水量；W棄i為人工增雨期間第i時段的棄水量；ηij平均為第i時段人工增雨增加的入庫水量能被第j水電站發(fā)電利用的該電站平均發(fā)電耗水率；m、n分別為人工增雨可被利用的水電站個數(shù)、人工增雨次數(shù)。

1.4 汛期水位動態(tài)控制

汛限水位又稱防洪限制水位、汛期控制水位，是協(xié)調(diào)防洪與興利的關系，確保水庫發(fā)揮防洪功能而設定的水位參數(shù)指標。在正常年份各水庫嚴格按照汛限水位執(zhí)行，可以有效保障度汛安全。來水偏枯年份，在保證汛期水庫大壩防洪安全的前提下，根據(jù)來水預測情況向防汛主管部門申請并經(jīng)同意后，集控水電廠通過動態(tài)控制汛限水位，在未發(fā)生開閘泄洪的情況下，庫水位從原設計汛限水位上升又回落至原設計汛限水位期間，利用超汛限水位的蓄水量增發(fā)電量計算方法：

式中：W超蓄為水電站動態(tài)控制汛限水位期間超蓄且發(fā)電利用的總水量，m3；n為庫水位回落至汛限水位前重復利用庫容進行調(diào)蓄的次數(shù)；Wi為庫水位回落至汛限水位前第i次重復利用庫容的調(diào)蓄水量，m3為動態(tài)控制汛限水位過程的平均發(fā)電耗水率，m3/kW·h。

2 集控運行相關提質(zhì)增效措施

五凌集控不僅負責水庫調(diào)度工作，也負責各集控電廠的發(fā)電運行工作，包括遠程監(jiān)控、開停機、負荷調(diào)整、“兩個細則”管理等，可以從上述工作的日常管理工作方面采取提高發(fā)電機運行效率的提質(zhì)增效措施。

水輪發(fā)電機的運行效率是指水流能夠轉(zhuǎn)化為電能的效率，通常用水能轉(zhuǎn)換效率表示。計算方法為：水輪發(fā)電機發(fā)出的電能所占水能總量的比例，即發(fā)電機的輸出功率與水的輸入功率之比。水輪發(fā)電機在70%～100%的額定負荷范圍內(nèi)運行時效率較高。這是因為在該負荷范圍內(nèi)，水輪機的水能轉(zhuǎn)換效率較高，能夠?qū)⑺苡行У剞D(zhuǎn)化為機械能，并通過發(fā)電機將機械能高效地轉(zhuǎn)換為電能。同時，在這個負載范圍內(nèi)，發(fā)電機的內(nèi)部損耗和外部負載匹配較好，使得整體運行效率較高[3]。從運行管理的角度提高發(fā)電機運行效率主要可以采取以下幾種措施：

（1）優(yōu)化機組的啟停方式。對機組的啟停環(huán)節(jié)進行細致研究，依據(jù)設備存在的問題、機組效率、系統(tǒng)需求以及廠用電的可靠性等因素，制定出機組的開機和停機優(yōu)先策略。在相同條件下，應優(yōu)先啟動單位耗水量較小的機組和漏水量較大的機組。效率高的機組應最后停機，效率低的機組應先停機。當單臺機組解列停機后，根據(jù)全廠的總體負荷，結合當前的水頭狀況，及時且合理地調(diào)整其他運行機組的負荷分配，確保每臺運行中的機組都在高效區(qū)域內(nèi)運行，以保持全廠并網(wǎng)運行的機組具有最高的總效率。

（2）當全廠出力固定的時候，盡可能與電網(wǎng)調(diào)度機構協(xié)調(diào)申請以最小的機組臺數(shù)來滿足發(fā)電要求，及時調(diào)整各發(fā)電機組出力，減少機組旋轉(zhuǎn)備用或空載調(diào)壓的時間，使機組在高效率區(qū)間運行，從而提高機組運行效率。

（3）攔污柵壓差增大，水流受到的阻力增加，水輪機進口的水流速度減小，水輪機效率降低。為了提高水輪發(fā)電機的運行效率，需要定期清理攔污柵上的垃圾和泥沙，保持攔污柵的暢通，從而減小攔污柵壓差對水輪發(fā)電機運行效率的影響。

（4）電網(wǎng)輔助服務市場開啟后，夜間系統(tǒng)負荷較低時，火電普遍開啟深調(diào)，可以在及時了解該情況后，相應停下水電機組，減少分攤電量。

（5）機組停機后，應及時停運相關輔助設備，減少廠用電量損失，通過降本增效提升經(jīng)濟效益。

（6）水輪發(fā)電機冷卻水系統(tǒng)運行應進行優(yōu)化，以確保在機組停機時停止供水，在開機時恢復供水，從而降低機組在停機狀態(tài)下的水量損失。

3 結語

在來水偏枯形勢下，流域梯級水電站經(jīng)濟運行面臨諸多困難。本文分析了梯級水電站經(jīng)濟運行的影響因素，并提出了相應的經(jīng)濟運行措施。包括優(yōu)化水庫調(diào)度，抬高庫水位，提高水能利用效率、優(yōu)化機組運行方式、降本增效等。在實際應用中，需要根據(jù)具體情況制定相應的措施，實現(xiàn)梯級水電站的經(jīng)濟高效運行。