聚宝水电公司水轮机经济运行分析及水库优化调度.doc

聚宝水电公司水轮机经济运行分析及水库优化调度聚宝水电公司水轮机经济运行分析及水库优化调度李 勇 孙连庆（吉林华能可再生能源有限公司安生部；华能临江聚宝水电有限公司生产部）Economic Analysis of Hydraulic and Reservoir Optimal Operation of Ju Bao Hydropower CompanyLi Yong,Sun Lian Qing5摘要：针对聚宝水电站水轮机的经济运行问题,从水轮机的工作水头、运行效率方面以及引水部分沿程损失进行了分析，并对如何优化水库调度提高经济效益作了阐述。关键词：水轮机经济运行耗水率沿程损失 效率 水库调度 防洪Abstract: This article needle economic operation of hydropower turbines of Ju Bao Hydropower Company, turbine work from the head, running efficiency, and some water damage along the way were analyzed, and how to optimize reservoir operation to enhance economic efficiency are described. Key words: turbine; economic operation; water consumption rate; losses along the way; efficiency; reservoir; flood protection一、概述聚宝水电站装有2台10MW水轮发电机组，电站的主要任务是发电调峰，设计年发电量7200万kWh。聚宝水库集雨面积317km2，正常蓄水位825m,正常蓄水位以下库容5100万m3,死水位805m,死库容628万m3，调节库容4572万m3，设计年均径流量为14000万m3。设计水头235m，最大水头265m， 发电引水隧洞全长15.4km。由于聚宝电站水库控制流域面积比较小，坡度较陡，雨量观测点少，水库的来水很难预测，特别是中长期预报。据统计20052009年聚宝电站水库的来水频率分别为35、52、45、76、96，年径流分别为19000.万m3、12300万m3、15020万m3、10800万m3、8520万m3，来水形势非常严峻，如果不能更充分地利用来水，减少弃水，做好电站的经济运行，势必严重影响聚宝水电站的经济效益。二、水轮机经济运行分析 发电耗水率指标是衡量水电站经济运行情况的主要指标,而影响该指标的主要因素之一就是水轮发电机的经济运行工况的好坏，因此要降低发电耗水率，必须优化水轮发电机的运行参数，改善其运行工况。下面从水轮发电机运行的几个关键参数工作水头、效率、负荷出发，进行优化分析，以求通过水轮发电机的经济运行来提高电站的经济运行水平。1、水轮发电机主要参数聚宝电站水轮发电机由重庆水轮发电机厂生产，主要参数如下：生产厂家：重庆水轮机厂；型号：HLD-LJ-125；额定出力：10.362 MW；设计水头：235 m；最大水头：265 m；最小水头：221 m；额定流量：4.94 m3/s。2、水轮发电机在不同水头下的经济运行分析聚宝电站水库为不完全年调节水库，坝高44.8米，总库容为5700万m3，可调节库容4572万m3，电站水头比较高，耗水率为1.8 m3/kw.h左右,调节能力非常强，因此电站在各时期的控制水位会有较大变化，电站最低运行水位为805m高程，最高运行水位为825m高程，最大变幅达20m，但是相对于235m的设计水头来说，水轮机的工作水头变化不大。从水轮机的出力公式N=9.81Qh不难分析运行水头与出力的关系:运行水头越高，水轮机能量特性越好，单位千瓦时的耗水就越小。 水轮发电机效率曲线 以1号水轮发电机为例，经计算水轮发电机在水库水位825m、805m两个水头下，水轮发电机发出10MW出力的每小时耗水量分别为1.71万m3、1.83万m3。设发电用水2000万m3，在上述高低两个水头下，每小时耗水量，则发电量分别为1169万kW.h、1092万kW.h ，以2009年上网电价0.356元/kW.h计算，经济效益分别为416.16万元、388.75万元 ，可见相同的发电用水，因水头的不同而产生的效益大小有不小的差别，所以要降低发电耗水率必须提高水轮机的工作水头。3、水轮发电机在不同负荷下的经济运行分析聚宝电站发电引水隧洞全长15.4km，两台水轮发电机最高发出20MW的出力，在设计工作水头下的额定流量9.88 m3/s，且引水隧洞只有局部混凝土衬砌，大部分是岩石光爆。根据沿程损失计算公式达西-魏斯巴哈公式，hf =(L/d)(v2/2g)，（hf两断面间管道沿程水头损失；d管道内直径；L管道长度； v水流流速；沿程阻力系数）可以看出 沿程水头损失与发电引水遂洞长度、水流流经边界粗糙程度及流速的平方成正比关系，与遂洞半径成反比关系。而遂洞长度、水流流经边界粗糙程度及遂洞半径是不可变因素，只有降低水流流速。沿程水头损失越小，工作水头增加，单位千瓦时的耗水就越少。聚宝水轮机在不同水位下的耗水率 （m3/s） 耗水量 水位负荷（MW）825m815m805m41.991.982.361.821.861.9481.761.821.88101.711.781.83181.941.982.20202.302.122.12以两台水轮发电机在水库水位为820米高程时单机满负荷和双机满负荷为例。经计算和实测单机满负荷时，水轮发电机机前实测工作水头243m,每小时耗水量为1.74万m3 。双机满负荷时，水轮发电机机前实测工作水头210m,每小时单机耗水量为2.08万m3。在水库水位820米高程下，以计算和实测单机和双机满负荷运行时的水耗，同样用2000万m3水发电，则发电量分别为1149万kW.h、961万kW.h ，同样以2009年上网电价0.356元/kW.h计算，经济效益分别为409.04万元、342.11万元 ，可见相同的发电用水，因运行方式的不同而产生的效益大小差别很大，所以要降低发电耗水率应在不同时期选择合理的运行方式，在不要求快速腾空库容的情况下，应尽量一台机组运行，以减少沿程水头损失，提高机组发电潜力。三、水库优化调度聚宝电站水库控制流域面积只有317km2，水库集雨面积小，河道坡度比较陡，汇流时间短，洪水来势较猛，由于目前水文观测点少，因此根据降雨量来预测来水量还存在不准确的问题、加之气象预报还不够准确，机组又是高水头小流量的，水库在高水头时要降低3-5米水位进行调控，需两台机组满负荷运行十几天才能降下去，对洪峰到来之前腾空库容有相当大的影响。例如，如果当天气预报近一段时间上游有雨，可能出现较大流量，通常会提前发电，腾空库容，而实际降雨量的较少或没有，那么此时按向电力局预报的负荷来安排生产，就会造成水位下降较低，从而使机组的损耗增大，效率降低，单耗增大。相反，如果预报上游来水量小而实际来水量大时，就会造成水位上升过快，甚至开闸泄洪而造成大量弃水。因此，为了充分合理利用水资源，考虑防洪、发电之间的关系，尽可能实现水库机组的优化运行。同时与地方气象站沟通，在水库安装实时气象观测站，及时根据水文预报，气象资料、实际水位等因素充分地进行综合分析，对有限的可调库容实现动态调度。1、汛期不同水库控制水位在不同来水频率下的经济运行分析 水库控制水位是水库调度的重要指标，汛期的汛限控制水位一般是由市防汛指挥部规定上限水位，在上限水位之下本站进行动态控制，水库水位进行合理优化调度，对提高经济效益有着重要的作用。下面我们从各时期、不同的来水频率及控制水位出发，进行优化分析，以求通过水库优化调度提高电站的经济效益。以水库控制水位820米、810米高程及汛期来水频率35、 45、76出发，进行优化分析。各来水频率下的汛期来水分别为 14500万m3、11020万m3、5500万m3。经计算控制水位820米，来水频率35时，汛期发电量5300万kW.h，弃水量3800万m3；来水频率45时，汛期发电量4800万kW.h，弃水量1700万m3；来水频率76时，汛期发电量3100万kW.h，弃水量为0 m3；控制水位810米，来水频率35时，汛期发电量6800万kW.h，弃水量1000万m3；来水频率45时，汛期发电量5700万kW.h，弃水量为0 m3；来水频率76时，汛期发电量2950万kW.h，弃水量为0 m3。可见不同的汛限控制水位，因来水频率的不同而产生的效益也大不相同。在丰水年、平水年由于汛限控制水位的降低而减少了弃水增加发电量1000万kW.h左右，效益非常可观，而在枯水年由于汛限控制水位的降低而减少发电量150万kW.h左右，损失相对不大。考虑到长期来水预报的不确定性，流域的汇流特点，以及发电机组特性，应尽量降低汛限控制水位，并根据短期来水预报进行动态控制，减少弃水增加效益。2、水库供水期控制水位的经济运行分析水库供水期主要是指夏汛过后的9月份到第二年的3月份和桃花汛过后的5月下旬到6月份，由于在此期间上游来水量不大，即使在高水位运行也不会产生弃水，根据前面对水轮发电机在不同水头下的经济运行分析，为降低耗水率应尽量抬高控制水位，保证机组高效率经济运行。四、调度原则 1、1月份到3月份在春季桃花汛之前将水位降至805米，保证单机满负荷运行（尽量不使用双机运行降水位）。2、春季桃花汛(四月中旬到五月中旬)控制水位在805米-810米之间，810米水位以下时单机满负荷运行，810米水位以上时双机运行合理控制负荷，入库流量达到1000 m3/s或水库水位达到825米时提闸泄洪。3、春季桃花汛过后到夏汛之前（五月下旬到六月下旬）以来多少水发多少电，在夏汛之前将水位降至805米，尽量保证单机满负荷运行。4、夏汛(七月上旬到八月下旬) 控制水位在805米-810米之间，810米水位以下时单机满负荷运行，810米水位以上时双机运行合理控制负荷。入库流量达到1000 m3/s或水库水位达到825米时提闸泄洪。到八月中下旬根据上游来水及气象资料、来水预报，适时将水位蓄到820左右。5、夏汛过后的9月份到12月份以来多少水发多少电，高水头运行，尽量保证单机满负荷运行。保持合理的水库运行水位和机组运行负荷率是水轮发电机经济运行的主要措施, 也是水电站经济运行工作的重点，因此电站要强化水库调度，提高来水预测能力。加强同电力调度部门的沟通与协调，做好二者的经济调度工作，以使聚宝电站水库的水力资源最终能够得