浅谈水电站经济运行研究.doc

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：浅谈水电站经济运行研究III浅谈水电站经济运行研究内容摘要水电站经济运行研究是目前水电站发展研究的重点和热点内容，优先发展电水，是我国能源战略的重点。本文从理论上较全面地阐述了研究水电站经济运行的意义，着重研究水电站经济运行的内容、应具备的优越条件和应克服和解决的问题和困难。结合橄榄河水电站运行的实际情况，就水电站科学安排生产计划、优化设备运行方式、提高自动化水平、努力降低耗水率、减少生产成本、促使发电效益最大化等经济运行措施进行探讨分析，力争实现社会效益和企业经济效益的最优组合，合理利用橄榄河水资源。关键词：橄榄河；经济运行；水电站目 录内容摘要I引 言11 研究水电站经济运行的意义21.1 优先发展水电，是我国能源建设的一项重要措施21.2 制定最优经济运行方式21.3 优化经济运行管理方式21.4 电力系统对水电站经济运行的要求32 水电站经济运行的理论探讨42.1 水电站经济运行的内容42.1.1 厂内经济运行42.1.2 短期经济运行42.1.3 长期经济运行52.2 水电站优化运行应具备的条件53 目前水电站经济运行存在的问题73.1 经济运行功能的比重偏低73.2 经济运行的研究方法不统一74 橄榄河水电站经济运行分析84.1 橄榄河水电站概况84.2 优化电量生产计划，确保生产任务完成84.2.1 合理制定年度计划84.2.2 优化阶段电量计划94.3 优化厂内经济运行方式，确保运行经济性94.3.1 优化机组运行方式，降低生产成本94.3.2 加强技术改造研究，提高自动化运行水平104.4 优化水库调度方式，降低发电耗水率104.4.1 提高伏汛后期运行限制水位，降低机组发电耗水率104.4.2 提高凌汛期实际运行水位，降低机组发电耗水率114.5 加强生产管理和电量分配，使发电效益最大化11参考文献13引 言随着国民经济的发展，我国能源消费发展迅猛，成为世界第二大能源消费国。我国能源结构和发展不平衡，所占比重较大，水力发电只占5.5%，煤炭和石油属不可再生能源，不环保和低碳。目前我国水资源利用率低，大力发展水电是我国能源发展的重点。“十一五”规划提出在保护生态基础上有序开发水电，优先发展水电是我国能源发展的重要方针。水电站经济运行研究是目前水电站发展研究的重点和热点内容。中外许多水利水电工程的管理科研人员开展了对水电站的水位与水流的变化的研究，采取了许多行之有效的措施，通过改变水电站的运行方式、改进设备、增加补偿方案等来达到目的，最大限度地发挥了水电站的经济和社会效益。在前人研究的基础上，基于水电站的经济运行的理论并结合昌宁县橄榄河实际运行情况的调研，重点研究以下内容：（1）阐述研究水电站经济运行的意义：优先发展水电，是我国能源建设的一项重要措施，制定最优经济运行方式，优化经济运行管理方式；（2）研究水电站经济运行的内容（厂内、短期、长期经济运行）和优化水电站经济运行应具备的条件；（3）分析目前水电站经济运行中存在的问题；（4）结合橄榄河水电站经济运行的情况，用实例分析如何实现水电站经济和社会效益最大化。根据研究内容，本文的研究思路和采用的技术路线为：（1）通过勘查和量测，制定水电站流量观测站的时间、水位、流量分析表；（2）收集水电站经济运行信息，按时、天、周、月分析动力特性曲线；（3）在前两项基础上，分析最优经济运行方式和管理方式，确定最优工作机组台数和组合、机组的合理启动与停止以及在各运行机组间有功负荷的最优分配等；（4）在最优化的运行方式和管理方式的情况下，结合水电站实际，提出解决问题和困难的具体措施。1 研究水电站经济运行的意义1.1 优先发展水电，是我国能源建设的一项重要措施我国的能源蕴藏量位居世界前列，同时也是世界第二大能源生产国与消费国。目前我国能源仍以煤炭为主，可再生能源开发利用程度很低。能源消费总量是在不断增长，但能源利用效率一直较低。能源消费以国内供应为主，环境污染状况不断加剧，优质能源供应严重不足。要解决以上能源利用存在的问题，除积极开发新能源外，还必须节能。随着电力体制的改革和市场化的推进，水电走向市场，按照“公平、公正、公开”的原则参与竞价上网，是水电发展的必然。“厂网分开，竞价上网”的电力市场运营机制的实施，使发电企业成了竞争的主体。在这种新形式下，发电企业只有挖掘一切可以挖掘的潜力，降低运行成本，才能在竞争中处于有利地位。在市场经济条件下，水电站的主要任务是在安全生产的基础上，争取最大的经济效益，水电站的最大经济效益体现在满足电网效益和社会效益的前提下，争取最大的发电效益（效益最大准则），或者在效益一定的情况下耗水率最大（成本最小准则）。1.2 制定最优经济运行方式水电站经济运行，是从电力系统安全、优质、经济发供电的目标出发，制定水电站的最优运行方式，以水电能源获取水电站最大发电量。实行水电站经济运行就是在给定系统负荷条件下，合理调度、控制水位，在各段水头下，对水电站各机组的动力特性曲线、最优工作机组台数和组合、机组的合理启停以及在各运行机组间有功负荷的最优分配方案进行分析和研究，得到水电站最优运行方式，用以指导电站的运行，以获得水电站运行的效益。国内外资料表明，水电站经济运行提高经济效益（即增发电能或节约耗水）15.5，经济效益非常可观。开展水电站优化调度工作，充分挖掘水库的潜力、提高水电站的运行管理水平，对增加水电站的收入，实现“工程水利”向“资源水利”转变具有重要的现实意义，因此，对水电站经济运行的分析研究是很有必要的。1.3 优化经济运行管理方式在新形势下，开展水电站经济运行研究工作，提高水电站运行的管理水平，挖掘潜力，对增加水电站的发电效益、确保电网的安全运行有着重要的现实意义，这也是充分利用水能资源的有效措施。中外实践证明：合理、科学利用水资源，优化管理，对中长期经济运行可以增加发电量2.05.5，对短期发电优化调度可以增加发电量1.55.0，对厂内经济运行可以增加发电量13。水电站要实现无人值班，少人值守这个目标，必须对水电站经济运行进行分析，提高负荷分配的时间空间最优化。1.4 电力系统对水电站经济运行的要求电力系统对水电站经济运行的基本要求有两点：第一是满足系统的动力平衡，即水电站保证完成电力系统所分配的电能生产任务，这是对水电站运行的最基本的也是最重要的要求；第二是保证电力系统供电的经济性。动力平衡的内容主要包括：一是任何时刻各个电站能够投入的容量总和必须大于或等于该时刻的系统负荷，即工作容量平衡。二是任何时段内水电站的发电量与其它电站的发电量之和应等于电力系统用户所需要的电量，即电能平衡。三是任何时刻水电站所能发出的无功功率与其它电站或无功功率补偿装置所能生产的无功功率之和能满足系统用户对无功功率的需要，即无功功率平衡。以上三种平衡条件是保证电力系统正常工作的最基本的条件。保证电力系统供电的经济性是电力系统对水电站的另一项基本要求。满足上述动力平衡条件就是保证了供电的可靠性和电能质量。满足动力平衡的条件可以有无限多的运行方案来保证电力系统的正常供电，但各种方案的经济性是大不相同的。因此在其中选择出最经济、最合理的方案是保证电力系统供电的经济性要研究的问题。由于系统中的水电站具有灵活性，因而选择水电站的最优运行方式就成了选择系统运行方式的主要内容之一。另一方面，对于运行调度人员来说，这种灵活性使他们有较大的活动余地，依靠他们正确地选择制定和实现水电站以及电力系统的最优运行方式，而锋利获得巨大的经济效益。制定水电站在电力系统中的运行方式时，必须同时满足有关综合利用部门（包括防洪、灌溉、航运、城市给水、工业用水等）所提出的要求。它们用水量的多少及用水时间的先后一般是不同的。对一个水电站而言，不一定同时具有上述的全部水利任务，应根据具体情况加以分析，对制定电力系统中的水电站的运行方式，具有重要意义。水电站在维持电网的动力平衡方面发挥着举足轻重的作用。2 水电站经济运行的理论探讨2.1 水电站经济运行的内容水电站经济运行的内容包括三个方面：厂内经济运行、短期经济运行、长期经济运行。厂内经济运行要求水轮机在高效率区运行；短期经济运行要求科学水库调度；长期经济运行要求做好径流预报。这三者之间既是相互联系、相互影响和制约，成为一个整体，又相对独立，从理论研究上讲，研究应从先厂内，短期，再长期的顺序进行，而结合水电站实际情况研究可以按长期、短期、厂内的顺序进行。2.1.1 厂内经济运行厂内经济运行，也称实时调度（逐小时经济运行），是将相应小时分配到的负荷落实到各台机组，并根据负荷等因素的实际变化，调整各机组负荷，进行实时操作控制。水电站厂内经济运行是研究水电站在给定条件下厂内工作机组最优台数、组合及启停次序的确定，机组间负荷的最优分配，即厂内最优运行方式制定和实现的有关问题，实际上也是研究其日内逐时段及瞬时经济运行的问题。概括起来就是：寻求在研究时期（一般为一天）及其中各时段（刻），在已知条件下使所采用的优化准则达到极值的水电站工作机组的最优台数、组合及系统分配的有功负荷和无功负荷在工机组间的最优分配。水电站厂内经济运行最优运行准则分为以电定水和以水定电，每条中又可确定为按空间最优或按时间最优两个方面。优化运行的数学模式分为定流量的运行方式和定负荷的运行方式两种。运行最优准则是衡量运行方式是否最优的标准，因此，准则问题对运行来说是个十分重要的问题。常用的水电站厂内经济最优运行的准则是：1）国民经济效益最大或国民经济费用最小准则；2）水电站发电量最大准则；3）水电站耗水量最小准则。2.1.2 短期经济运行短期（周、日）经济运行的主要任务，是将长期经济运行所分配给本时段的输入能在更短时段（日、小时）间合理分配，制定出电站短期最优运行方式，即确定出短期内电站逐日、逐小时的负荷分配和运行状态。为了提高供电的可靠性和节约备用发电容量，电力系统越来越趋向于大电网联网运行。随着电网越来越复杂，受计算机容量和计算速度的限制，全电网的经济运行就不可能考虑得面面俱到。近些年来水电管理工作者们提出了成立梯级水电厂群调度中心，由调度中心负责统一调度用水，运用最优化原则调度各水电厂的发电和用水。水电站短期经济运行最优运行准则：1）国民经济效益最大或国民经济费用最小准则；2）梯级水电站发电量最大为准则；3）在满足网调负荷要求下，以梯级水电站总耗水量最小为最优准则；4）以梯级水电站总蓄能量最大为最优准则；5）以上游水电站耗水量最少为最优准则。2.1.3 长期经济运行长期经济运行是将较长时期（季、年、多年）内的有限输入能最优分配到较短时段（月、旬、周、日），制定出台站的长期最优运行方式。预报和调度是水电站（群）优化运行方式的核心。准确、可靠的预报信息直接关系和影响着调度决策，它们是调度成功的基础。max f =maxAQtHtMt单库水电站长期优化模型：梯级水库群长期运行优化的效益很大，也很复杂。从系统工程的观点来看，构成系统工程的每一个组成部分的决策行为，必须以系统最优为出发点进行优化，从而达到整个系统的最优。各个组成部分单独最优的综合，并不意味着整体最优。水库调度是水电站（群）长期优化运行研究的核心内容。按级别可区分为单库调度，以保障防洪、供水、发电等的调度；梯级和联合调度，指多水库、水库群的调度；流域统一调度，指水库作为流域水资源调度的重要环节参与流域统一管理；生态调度，以满足流域水资源调度和河流生态健康为目标的调度。2.2 水电站优化运行应具备的条件水电站优化运行应具备六个方面的条件：1）工程优质设备可靠；2）制度健全管理落实；3）通讯可靠调令畅通；4）调峰发电优质上网；5）运行员工持证上岗；6）基荷运行保证质量。3 目前水电站经济运行存在的问题3.1 经济运行功能的比重偏低在我国已建成的水电站中，目前实现水电站经济运行功能的比重偏低，一方面，重建轻管的思想依然存在，另一方面也有其技术上的原因。技术原因主要体现在：一是水库调度研究由于径流预报精度问题进展缓慢，导致总体无法投入实际应用。二是缺少实测机组流量的仪器，而从模型特性曲线换算出来的机组运行特性曲线与实际情况有出入，影响了计算的精度。三是水电站经济运行主要依赖其实时性，传统的负荷等优化算法会出现“维数灾”，难以达到实时性要求。四是优化计算为开环计算，当运行条件变化时，计算结果缺乏及时调整。这些都严重制约了水电站经济运行功能的实施。3.2 经济运行的研究方法不统一目前对水电站经济优化运行的研究方法不一而同，从等微增率法和动态规划（DP），到现在的遗传算法（GA），以及粒子群优化算法（PSO）、逐步优化算法（POA）、BP神经网络等等，这些方法都有其自身的特点，每一个都不是十分的完美，针对不同类型的水电站，方法的运用也不尽相同。 针对不同的水电站其存在的问题，也不是相同的，但需要实现的目标是一致的。为了使水电站实现和谐的经济运行，必须做到：水电政策的完善；水电站管理制度的完善；运行方式的改进；水电站人员素质的提高；水力机械特性的提高等。4 橄榄河水电站经济运行分析4.1 橄榄河水电站概况云南省昌宁县橄榄河水利枢纽位于昌宁县柯街镇橄榄干流上段，是橄榄中游梯级开发的第一级，左岸为昌宁县，右岸为施甸县。枢纽主要任务是供水、发电、防洪等，库容0.86亿立方米，向两县每年供水1.4亿M3。电站装机108MW，安装3台立轴混流式水轮发电机组，属保山市电网大型骨干水电调峰电源。2008年11月首台机组并网发电，2009年底3台机组全部投产。至2010年9月底，累计发电5亿KWH，出力最高达112.5MW，日发电最高达213万KWH，月发电纪录为3380万KWH，为两县经济发展做出了巨大贡献。橄榄河水利枢纽坝址设计多年径流量20.06亿M3，用于发电和冲沙水量19.2亿M3，设计多年平均入库沙量1000万吨。橄榄河水库自2008年10月下闸蓄水以来，入库水量一直偏枯，20092010年来水量平均为12.5亿M3，仅达到设计多年平均来水量的65%；年均来沙量为300万吨，为设计多年平均来沙量的30%，水库淤积0.12亿M3。由于枢纽坝址橄榄河来水来沙发生重大变化，水库调度和运用显得比较复杂；电站出线分别接入保山市电网和云南西南电网，而这两个电网不允许在橄榄河联网，其生产管理以及与电网和水调的协调都比较特殊；且1号机组在施甸县网担任骨干调峰任务，23号机组在昌宁县网担任潮流任务，运行工况较差，机组出现振动、摆度、尾水管压力脉动值超标、转轮轻度裂纹等一系列问题；部分附属设备存在缺陷隐患，这不但影响生产安全，也直接影响发电运行效益。根据水库运行和电站实际运行情况，为充分利用橄榄河水库水能资源，为两网提供优质电能和可靠备用容量，实现社会效益和经济效益最大化，电站管理和生产人员就运行优化进行了一系列有益的探索。4.2 优化电量生产计划，确保生产任务完成根据橄榄河泥沙含量大的特点，借鉴其他枢纽运行经验，水库采用“蓄清排浑”运用方式，每年9-10月为排沙期，11月至翌年4月为蓄水期， 5-6月为供水期，6 -9月为伏汛期，11月至翌年3月为凌汛期。为充分发挥发电经济效益，生产管理部门积极加强与水调和电调的沟通，根据橄榄河水情和电网负荷要求，合理制定年度生产计划，并根据实际来水情况进行实时调整。4.2.1 合理制定年度计划主要是对来水流量的分析。如当预报上游出现一个较大流量、而实际来水量小于预报的流量时，按预报来水量安排运行方式，可能造成水位下降很快，甚至不能保证机组的连续出力，使发电受到影响。相反，如果预报来水量小而实际来水量大时，可能造成水位很快，甚至提闸放水而造成大量死亡弃水。因此，为了充分合理地利用来水流量，并考虑防洪、调水、灌溉、发电之间的协调，尽可能实现优化运行，应根据水情预报系统和对上游下泄流量进行分析、负荷情况、实际水位等因素进行综合分析，对有限的可调库容实行动态调度。根据水库中期来水预报和发电设备情况，科学制定阶段电量计划；通过加强与水调、电调的联系，积极解决好外部影响因素，并努力结合电站自身实际，做到全年不弃水而使水库来水全部通过机组发电泄流，最大限度利用橄榄河水资源，为企业创造良好的发电效益。4.2.2 优化阶段电量计划1）凌汛期：由于气候原因，11月至翌年3月为橄榄河凌汛期，也是蓄水期。橄榄河水库入库从50 M3/s左右逐渐减至1535M3/s，水库限制水位从955960 M逐渐蓄至955 M，电站以调峰为主，发电为辅，要求日均发电量60万KWH。3、4月份为保障工农业用水，库水位降至955 M左右运行。2）46月：凌汛后入库逐渐减小，减至10M3/s左右而进入枯水季节，为保证橄榄河下游用水和不断流，需保证平均出库流量不少于10M3/s，电站只调峰。 3）伏汛期：5月下旬10月上旬为伏汛期，水库入库量逐渐增加，平均入库3550M3/s，这段时间内注重加大发电量的同时逐渐存蓄水量抬高库水位（从955 M蓄至977 M），日发电量应达140万KWH，以增加机组出力，降低耗水率。4.3 优化厂内经济运行方式，确保运行经济性4.3.1 优化机组运行方式，降低生产成本由于机组在运行中出现了振动、摆度超标、转轮轻度裂纹等问题。在2009、2010两年电站委托有关科研单位就机组在不同水头不同负荷情况下进行真机综合测试。测试结果显示，在低水头（50 M）工况下，负荷在1.03万1.7万范围内，机组各主要部位振动基本满足要求；尾水管水压力脉动强度随着负荷降低而加剧，负荷在0.6万以下时尾水管压力脉动比0.8万以上负荷高出3倍。在高水头工况（68 M）下，负荷在1.4万以上，机组各主要部位振动基本满足要求；负荷在1.2万以下时，尾水管压力脉动比在1.4万以上时高出3倍。根据科学测试和运行实践绘制了机组运行振动区域线。据此制定了“电站优化运行方式和限制机组最低出力线”方案，本着开机就多带负荷，带就避过振动区的原则，尽可能采取停机备用，控制旋转备用，争取合理负荷以避开机组振动区域运行或尽量减少在振动区域运行时间，延长机组大修周期和使用寿命，降低生产成本，确保机组以较经济状态运行。具体方式为：当水位在960米以下时，单机负荷高效区在1.01.6万千瓦，限制0.8万千瓦以下运行；当水位在960米968米时，单机负荷高效区在1.21.8万千瓦，限制1.0万以下运行；当水位在968米以上时，单机负荷高效区在1.4万千瓦以上，限制1.2万千瓦以下运行。由于机组还参与网间潮流调节，需经常偏离设计工况而加剧振动，对机组各部零件破坏加大，根据电网机组要求必须在振动区域运行时，由运行人员合理分配机组之间的负荷，尽量只让一台机组带低负荷在振动区运行，而让其他机组在振动区域外参与调节。4.3.2 加强技术改造研究，提高自动化运行水平由于设计、制造、安装等原因和电站处于亚热地带以及橄榄河泥沙含量大的特点，在投运初期电站设备存在较多问题，运行状况根本不能达到要求，如很多阀门根本关不严，滴冒跑漏司空见惯；二次接线存在一些错误，保护误动拒动时有发生；自动装置有时不能自动化，需运行人员现场手动操作。针对以上状况，为确保设备安全可靠运行，重点加强技术改造研究，逐步加大技术改造力度，提高设备自动化水平。每年定期进行设备检修，及时完成设备消缺，广泛开展QC活动，为技术改造奠定基础。两年来，陆续改造了机组快速门控制系统、监控系统、中低压气系统、机组油压装置等大约20余项。经过定检、消缺和改造，设备安全性、稳定性、可靠性以及生产自动化程度都显著提高，降低了运行人员误操作率和检修人员的劳动强度，大大提高了电站运行的经济性。4.4 优化水库调度方式，降低发电耗水率4.4.1 提高伏汛后期运行限制水位，降低机组发电耗水率根据橄榄河柯街镇橄榄河区间洪水的特点，在服从水调、保证防汛安全的前提下，分时段采用不同的汛期限制水位，尽量抬高伏汛后期水库运行水位的办法，降低机组发电耗水率，提高发电经济效益。橄榄河坝址洪水来源有两部分，一是头道拐以上橄榄河干流洪水，其主要来自保山市隆阳区以上，洪水到橄榄河要历时3天，而隆阳区头道拐区间为大面积干旱红土地和大面积灌区，是橄榄河径流支出区，因此干流洪水基本受上游控制，不会对橄榄河枢纽形成威胁；另一是头道拐至坝址区间洪水（不计小支流河），这部分洪水具有汇流时间短，局部强度大，时段特定性的特点，对橄榄河枢纽构成一定威胁。根据原设计方式，橄榄河库区伏汛分三个时段，汛前期：6月16日7月15日、 主汛期：7月16日8月15日、后汛期：8月16日9月25日。原设计方式运行要求：汛前期末库水位降至966M限制水位，主汛期和后汛期一直保持这个汛限水位，后汛期如进行排沙还要降至957952M排沙水位运行。在汛前期和主汛期时段内，水库按照汛限水位运行是必要的；而在后汛期时段内，区间已无特大暴雨且枢纽泄流能力也满足要求，故从防洪考虑可以适当抬高汛限水位；从排沙考虑，干流来水可预见期较长，具备排沙流量时能够及时降低水位，没有必要长时低水位运行。为充分发挥水库的防洪和兴利综合效益，结合工程设计洪水和泥沙特点，保证枢纽安全、库尾泥沙淤积不影响上游河段的前提下，电站组织有关单位就汛期运用水位进行了专题研究，拟实施分期汛限水位，主汛期7月15日8月15日仍采用9