淺談水利樞紐發(fā)電優(yōu)化調(diào)度

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［關(guān)鍵詞］飛來峽水利樞紐;水庫調(diào)度;水量利用率;優(yōu)化調(diào)度

1樞紐概況

飛來峽水利樞紐位于北江干流中下游，廣東省清遠市轄區(qū)內(nèi)，上游距英德市50km，下游距清遠市33km，屬河道型大型水庫，是以防洪為主，兼有航運、發(fā)電、水資源調(diào)配及改善生態(tài)環(huán)境等綜合效益的水利樞紐，是調(diào)蓄北江洪水的關(guān)鍵性工程。壩址控制流域面積34097km2，占北江流域面積的73%，水庫總庫容19．04億m3，防洪庫容13．36億m3，正常蓄水位24．0m，發(fā)電最低水位20m，發(fā)電庫容2．29億m3，多年平均流量1100m3/s，年來水量347億m3，電站安裝有4臺單機容量35MW的燈泡式貫流機組，機組發(fā)電水頭3．61～13．59m，設(shè)計多年平均發(fā)電量5．54億kW•h，年來水量利用率63．4%，裝機年利用小時數(shù)3948h。

2樞紐調(diào)度現(xiàn)狀

2．1發(fā)電運行調(diào)度規(guī)則

飛來峽水利樞紐發(fā)電運行調(diào)度采用24h預(yù)報預(yù)泄的調(diào)度方式，隨著入庫流量的增大而降低庫水位運行。當(dāng)壩址流量小于1700m3/s時，庫水位維持在24m運行，以控制英德發(fā)電回水位不超過24．5m為原則，水庫發(fā)電預(yù)泄調(diào)度規(guī)則，見表1。

2．2樞紐現(xiàn)有調(diào)度方法

北江流域地處亞熱帶氣候區(qū)，高溫多雨，既受冷暖氣團交綏鋒面雨的影響，又受南海臺風(fēng)波及，流域年降水量在1400～2500mm之間。北江干流的英德至清遠是穩(wěn)定的暴雨中心，最大年雨量及短歷時最大暴雨均集中在這個地區(qū)，所以飛來峽水利樞紐的洪水由暴雨形成，又因流域坡降較陡，河流水系呈羽狀分布，洪水匯流迅速，猛漲暴落，具有山區(qū)河流的特點。流域大調(diào)節(jié)庫容小的不完全日調(diào)節(jié)特點決定了飛來峽水利樞紐水庫調(diào)度具有很大的復(fù)雜性和不確定性。目前飛來峽水利樞紐水庫調(diào)度采用廣東省氣象臺(南海海洋氣象預(yù)報中心)短期天氣預(yù)報成果進行24h預(yù)報預(yù)泄調(diào)度，考慮目前水文氣象預(yù)報對降雨量、降雨時空分布等方面的精度還不是很高，調(diào)度人員控制水庫高水位運行，并采用落地雨作為調(diào)度決策的依據(jù)，即通過飛來峽水利樞紐自建的水情遙測系統(tǒng)監(jiān)測到飛來峽壩上流域?qū)嶋H發(fā)生降雨，再結(jié)合上游水庫運行情況進行水文預(yù)報，利用洪水的預(yù)見期按照水庫調(diào)度規(guī)則進行水庫預(yù)泄調(diào)度。這種調(diào)度方法增強了來水預(yù)報的確定性，維持了洪水入庫之前時段水庫高水位運行，提高了水頭發(fā)電效益，但是人為的縮短了來水預(yù)見期，無法通過發(fā)電提前預(yù)泄庫水位，達到增加發(fā)電量的目的。

2．3樞紐水量利用現(xiàn)狀

樞紐自1999年7月中旬第一臺機組投產(chǎn)運行以來，已運行了20年。截至2018年，累計發(fā)電超過99．78億kW•h，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟效益，但從發(fā)電經(jīng)濟效益指標(biāo)來看不甚理想，年均發(fā)電量為5．27億kW•h，比設(shè)計多年平均發(fā)電量5．54億kW•h少0．27億kW•h，平均年來水量利用率為57．8%，為設(shè)計多年水量利用率63．4%的91．2%;從全年看，豐水年的水量利用率均不超過53．2%，平水年的水量利用率均不超過62%，枯水年不到60%，只有較特枯水年水量利用率才高于設(shè)計多年水量利用率63．4%。樞紐汛期(除幾個較特枯年份外)水量利用率很低，普遍在50%以下，枯水期(除2016年)則較高，普遍在80%以上。見表2。從表2分析可知，來水量越大，徑流年內(nèi)分配越平均，發(fā)電效益越高，水量利用率也越高，汛期的水量利用率挖潛空間比枯水期的要大。

3基于發(fā)電效益最大化的調(diào)度方式

根據(jù)機組出力及發(fā)電量計算公式，在飛來峽水利樞紐電站燈泡式貫流機組發(fā)電效率基本在95%以上的情況下，實現(xiàn)發(fā)電效益最大化的主要技術(shù)指標(biāo)是流量和發(fā)電水頭，因此，可通過減少棄水提高水量利用率及維持高水頭的調(diào)度方式來提高發(fā)電量。

3．1減少棄水，提高水量利用率

3．1．1洪水來臨前大膽發(fā)電騰庫當(dāng)預(yù)報飛來峽壩上流域未來3d有中雨及以上且大范圍的降雨過程時，根據(jù)預(yù)報的降雨歷時、降雨強度和上游白石窯水電站、支流連江高道西牛水利樞紐還有支流滃江長湖水電站的出庫流量及其水位、發(fā)電機組情況進行動態(tài)估算，可將庫水位通過發(fā)電提前降至23m，甚至降至22m，延長可發(fā)電運行水頭，增加發(fā)電效益。飛來峽水電站發(fā)電過流能力為190～2033m3/s，正常水位下，4臺機組滿發(fā)所需流量約為1400m3/s，因此，只有在場次洪水前期入庫流量小于1400m3/s時，才能通過增加發(fā)電進行預(yù)泄，提高發(fā)電效益，否則只能通過開閘棄水進行預(yù)泄調(diào)度。

3．1．2及時攔蓄洪尾抬高發(fā)電水頭在場次洪水結(jié)束前，通過對場次洪水退水過程的準(zhǔn)確預(yù)報，及時攔蓄洪尾提高發(fā)電水頭，減少棄水，提高水庫水量利用率，體現(xiàn)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度增加發(fā)電效益。按照水庫設(shè)計要求，入庫流量退至4000m3/s時，水庫開始回蓄調(diào)度，控制出庫流量不超1800m3/s，不低于860m3/s。但從多年調(diào)度分析可知，受上游各水利工程運行影響，在入庫流量5000m3/s時就可進行回蓄調(diào)度，將庫水位回蓄至20m。

3．1．3保持機組安全運轉(zhuǎn)而不停機此情況主要是對洪峰流量在4000～5500m3/s的場次洪水過程。根據(jù)調(diào)度規(guī)則，以控制英德發(fā)電回水位不超過24．5m為原則，在入庫流量小于4000m3/s的發(fā)電調(diào)度階段，庫水位控制在20m～24m;入庫流量大于4000m3/s后，水庫進入預(yù)泄調(diào)度過度階段，庫水位需從20m降至18m，此過程由于水頭過低，無法滿足機組發(fā)電最低水頭3．61m，導(dǎo)致機組停機。但根據(jù)多年水庫調(diào)度實際總結(jié)，在洪峰流量4000～5500m3/s的場次洪水過程，庫水位可不降至20m以下，實現(xiàn)既滿足水庫防洪調(diào)度要求及安全，兼顧英德水位不超24．5m的要求，又可實現(xiàn)機組安全運轉(zhuǎn)而不停機，減少停機時間，提高水量利用率，增加發(fā)電效益，見表3。

3．2樞紐維持高水頭運行

(1)主汛期(5～6月):由于來水量大，水庫發(fā)生場次洪水頻率大，5月、6月多年平均入庫流量分別為2291、2534m3/s，比正常水位下4臺機組滿發(fā)所需流量1400m3/s多64%、81%，因此，在主汛期，庫水位維持在23．5m運行，在保證電力系統(tǒng)調(diào)度需求的前提下，盡可能地滿負荷運行。(2)非主汛期(4月、7月～10月15日)和枯水期(10月16日～3月):水庫發(fā)生場次洪水頻率小，非主汛期水庫調(diào)度最高庫水位不超24m，枯水期水庫調(diào)度最高庫水位不超24．5m。在保持高水位的前提下，根據(jù)來水量決定發(fā)電計劃，盡量降低發(fā)電耗水率，如果機組參與電網(wǎng)調(diào)峰或某一段時間因執(zhí)行水量調(diào)度方案把水位降得較低，結(jié)束后應(yīng)及時回蓄至高水位。(3)每場洪水過后及時清理機組進水口垃圾，降低水頭損失，保證機組大發(fā)滿發(fā)。在場次洪水過程中，大量的垃圾在水流的作用下會堆積在電站進水口前，使機組水頭損失增大(正常情況下的損失為0．2～0．4m)，甚至?xí)?臺機組全停或降低出力運行，造成發(fā)電量損失，見表4。所以場次洪水過后應(yīng)及時清理機組進水口垃圾，降低水頭損失，保證機組能大發(fā)滿發(fā)。

4結(jié)語

通過采取上述優(yōu)化調(diào)度方式，可提高飛來峽水利樞紐的發(fā)電效益。但水庫優(yōu)化發(fā)電調(diào)度需建立在高精度的水文預(yù)報的前提下，只有充分掌握水雨情，做出較科學(xué)、準(zhǔn)確的水文預(yù)報成果，才能及時優(yōu)化發(fā)電調(diào)度，提高發(fā)電效益。因此，我們應(yīng)該結(jié)合實際工作，不斷總結(jié)分析，不斷提高預(yù)報調(diào)度水平，進一步完善提高水情遙測預(yù)報系統(tǒng)的實用性和可靠性，達到水庫優(yōu)化調(diào)度對預(yù)報精度的要求。

參考文獻

［1］蔡旭東．提高飛來峽水利樞紐發(fā)電效益的調(diào)度措施．中國農(nóng)村水利水電．2006(3)

［2］水利部珠江水利委員會勘測設(shè)計研究院．廣東飛來峽水利樞紐水庫運行調(diào)度設(shè)計專題報告(修訂本)．廣州．1999

作者：葉芳 單位：廣東粵海飛來峽水力發(fā)電有限公司