三峡葛洲坝梯级枢纽水库优化调度.doc

全国大中型水电厂技术协作网第四届年会论文集经济运营与优化调度三峡葛洲坝梯级枢纽水库优化调度 欧阳德和易长春（三峡水利枢纽梯级调度通信中心）摘要：针对梯级枢纽运行特点，在保证梯级枢纽安全运行的前提下，采取一系列水库调度措施，开展水库优化调度，充分发挥梯级枢纽的经济效益。关键词：梯级枢纽；水库优化调度1梯级枢纽概述三峡水库2003年6月1日开始蓄水，6月10日库水位蓄至135.0m，标志三峡工程进入围堰发电期；7月10日三峡电站首台发电机组并网发电，三峡工程开始发挥发电效益。2006年10月27日，库水位蓄至156.0m，三峡工程首次初期蓄水工作圆满结束，工程进入初期运行期，2007年汛期工程开始发挥发电效益。截止2007年7月底，三峡电站已有16台机组先后投产并网发电，装机容量1120万kW，相当于4个葛洲坝电站装机容量，已累计发电1773.0902亿kWh，工程开始发挥防洪、发电和航运等综合效益。梯级枢纽初期运行期调度规程规定，三峡水库汛期正常运行范围为（143.9145.0）m，汛限水位144.0m,汛末自10月1日开始蓄水，10月底前蓄至汛末蓄水位156.0m，在第二年6月10日，将库水位消落至汛限水位运行。葛洲坝水利枢纽位于三峡水利枢纽坝址下游40km处，为径流式电站；三峡水利枢纽三期截流后，在正常蓄水位66m时，相应库容7.11亿m3，仅为三峡截流前（相应库容15.8亿m3）的45；电站共有21台机组，装机容量271.5万kW，自1981年首台机组投产发电以来，截止至2007年7月底，已累计发电3512.6128亿kWh。葛洲坝水利枢纽作为三峡水利枢纽的反调节航运梯级，主要任务是对三峡电站日调节下泄的非恒定流过程进行反调节，在保证航运安全和畅通的前提下，充分发挥发电效益。2003年6月三峡工程蓄水至135m后进入围堰发电期，三峡水库开始运行，葛洲坝水库和三峡水库亦开始联合运用。2合理控制葛洲坝库水位，提高梯级电站发电效益葛洲坝水利枢纽与三峡水利枢纽相距仅40km，三峡大坝就位于葛洲坝库区里，两坝之间没有大的支流加入，三峡水库出库流量基本就是葛洲坝水库入库流量，两个水库水力学联系紧密，葛洲坝库水位的变化直接影响三峡电站尾水位的变化。在围堰发电期，由于三峡水库水位运行范围为（135139）m，初期运行期汛期，三峡水库水位运行范围为（143.9145.0）m，三峡电站机组出力一直处于受阻状态，葛洲坝库水位的变化将直接影响三峡电站机组水头的变化，从而引起三峡电站机组出力的变化，见下图。葛洲坝电站机组设计水头18.6m，因此在葛洲坝电站机组水头大于18.6m后，适当降低葛洲坝库水位运行，既不影响葛洲坝电站机组出力，又可有效地增加三峡电站发电水头，增加三峡机组出力。梯调规程规定，围堰发电期和初期运行期，葛洲坝库水位运行范围为（6366.5）m。仅以三峡VGS机组为例，根据设计和实际运行情况，水头每变化0.1m，机组出力变化0.12万kW；当三峡电站尾水降低1m时，每台机可增加出力1.2万kW，16台机就是19.2万kW，相当于一个中型水电站。我们分析了三峡水库蓄水后梯级水库实际运行资料，葛洲坝库水位的变化直接影响三峡电站尾水位的变化，不同流量级下葛洲坝库水位的变化对三峡电站尾水位变化的影响也不同，流量越大影响随之减小，15000 m3/s 流量以下影响基本是1:1，（1500020000 ）m3/s流量影响是1：0.96，（2000035000 ）m3/s流量影响为（0.960.45），35000m3/s流量以上影响较小；随着三峡下泄流量的进一步增大，葛洲坝库水位的变化对三峡电站尾水位的变化更加减小，葛洲坝电站机组出力已受阻，而此时抬高葛洲坝水库运行水位，既对三峡电站机组出力影响不大，又可大幅提高葛洲坝电站机组出力。根据葛洲坝电站多年来实际运行情况，当入库流量大于24000m3/s时，机组出力开始受阻。通过对宜昌站（18822003）年日平均流量资料进行统计分析，122年来每年日平均流量小于24000 m3/s天数为295.8天，最多的为1994年，为348天，最少的为1883年和1949年，为247天。因此，一年中的大部分时间都可通过合理控制葛洲坝库水位运行来有效增加三峡电站机组出力。但当流量小于17400 m3/s后，葛洲坝电站已不能满出力运行，此时，过于降低葛洲坝库水位运行又将使葛洲坝电站耗水率增大而减小机组出力。根据统计，流量（1500026000）m3/s天数占1年天数的22.1，此阶段合理降低葛洲坝库水位运行梯级枢纽效益最大。在实际调度中，根据开发的梯级水库优化调度模型，以梯级电站发电效益最大化为约束条件，选择合理、最优的葛洲坝水库水位并控制运行，充分发挥梯级枢纽发电效益。在2004年9月初出现的自1998年以来最大洪水调度过程中，涨水初期，葛洲坝库水位控制在65.0m左右运行，9月6日20时入库流量涨至45000m3/s，相应三峡电站尾水位70.44m，此时葛洲坝库水位的变化对三峡电站尾水位变化影响较小。为提高葛洲坝机组水头，增加机组出力，葛洲坝库水位抬升至66.20m运行，相应增加葛洲坝机组出力20万kW。3控制三峡水库水位偏上限运行，提高三峡机组出力三峡水库水位的高低直接影响三峡电站的发电水头，控制三峡库水位偏上限运行，将有效增加机组出力。围堰发电期和初期运行期，汛期三峡水库运行范围为分别为（134.9135.7）m和（143.9145.0）m，在准确预报水库来水，加强对坝址以上流域水雨情和枢纽运行状况的监视，确保枢纽安全运行的前提下，控制库水位偏上限运行，将直接增加三峡电站机组出力，增发电量。下面以2005年（69）月三峡水库实际运行水位为例说明，仅抬高三峡库水位运行较库水位135m运行时可增加出力，见表1。表12005年（69）月抬高库水位增发出力表月份实际平均库水位（m）较库水位135m时增加水头（m）相应增加单机出力（万kW）三峡机组台数 相应全厂增加出力(万kW）6135.520.520.6127.27135.500.500.6127.28135.50 0.500.6137.89135.500.500.6148.44利用三峡调节库容进行小洪水优化调度围堰发电期和初期运行期，汛期三峡水库运行范围为分别为（134.9135.7）m和（143.9145.0）m，相应调节库容分别为3.5亿m3和5.49亿m3，在来水小于葛洲坝机组全部满发用水的情况下，对小洪水可充分利用这有限调节库容进行优化调度，节水增发。在调度上，利用水库调度自动化系统和上游流域水情报汛系统，密切监视水雨情变化，在来水小于三峡机组发电用水的情况下，提前加大三峡机组出力，将三峡库水位下降；在来水大于三峡机组发电用水的情况下，开启三峡泄洪深孔，加大葛洲坝机组出力，在洪水到来前将库水位降至下限运行；洪水过后拦洪水尾巴，又将三峡库水位蓄至上限运行。为确保梯级枢纽安全运行，实际调度中，围堰发电期和初期运行期，汛期三峡水库水位实际控制范围为分别为（135.0135.6）m和（144.0144.9）m，相应调节库容分别为2.6亿m3和4.44亿m3；在此范围利用库容一次如三峡水库无弃水，三峡电站可分别增发电量4624.6万kWh和6830.8万kWh，葛洲坝电站可增发电1515.3万kWh，梯级电站可分别增发电量6139.9万kWh和8346.1万kWh；如调度期间，来水一直大于三峡机组满发引用流量，则梯级电站可增发电量1515.3万kWh。如在汛前消落水位和汛末蓄水调度过程中，在出现小洪水过程时开展优化调度，因此时可调库容增大，发电效益将更加显著。2006年5月（712）日的小洪水调度中，当时三峡库水位是按非汛期要求控制在139m运行；根据预报7月12日入库流量将达到19000 m3/s， 5月7日开始进行小洪水优化调度，提前加大三峡电站出力控制库水位下降，（910）日三峡库水位维持在138.10m运行，最低水位138.05m；三峡电站满出力运行后，三峡库水位逐步回升，洪峰期间，三峡库水位维持在138.90m运行，最高库水位138.95m。三峡电站增发电量7128万kWh，葛洲坝电站增发电量2210万kWh，梯级电站增发电量9338万kWh。5推迟三峡水库汛期消落水位的时间根据围堰发电期梯级调度规程，三峡水库水位从5月10日起开始降低运行，5月底前降至135m运行范围。但我们如果根据当时气候预测和长江中上游来水形势，推迟降低库水位时间，每天可增发电量（400500）万kWh。在2004年汛期消落水位调度中，当时全国用电形势十分紧张，国务院发改委与国资委在召开的全国生产会议上，要求各大发电公司增加发电出力，“迎峰度夏”，支持国民经济发展。我们根据中长期水文气象预报和长江上游来水形势，认为三峡水库推迟20天降水位，能保证防洪安全。三峡建设委员办公室同意三峡库水位6月10日前维持在138.0m运行，6月10日后水位逐步下降，6月20日前达到135m运行。我们据此重新修订了水库水位消落计划，6月10日0时水库水位从137.72m开始下降，6月20日0时库水位降至135.60m。此次三峡库水位推迟20天下降，既没有增加下游防汛压力，又增发电量8606万kWh，对电网“迎峰度夏”，充分发挥梯级枢纽经济效益都有十分重要的意义。进入初期运行期后，三峡发电机组进一步增多，运行水头进一步提高，根据中上游来水形势和预测，在不增加荆江河段防汛压力的情况下，推迟三峡库水位消落时间，发电效益将更加显著。6掌握好三峡水库汛末蓄水时机根据围堰发电期梯级枢纽调度规程，水库汛后蓄水开始时间为10月上旬，10月中旬允许蓄至139.0m，蓄水期间应保证葛洲坝出库流量不低于7000 m3/s。宜昌站（18822002）年10月上、中旬多年平均流量分别为22600 m3/s和19300 m3/s，葛洲坝库水位66.2m时葛洲坝电站满发所需流量17400 m3/s，因此大部分时间进行汛后蓄水不会影响葛洲坝电站发电量。但当出现2002年类似来水情况时，进行汛后蓄水将严重影响葛洲坝电站发电量。2002年8月19日出现洪峰流量47000 m3/s后，流量即持续下退，8月31日14时退至20000 m3/s，9月份平均流量只有12000 m3/s，10月上、中旬平均流量也只有10800 m3/s和10200 m3/s。在这种来水条件下10月份进行蓄水不仅影响葛洲坝电站发电量，还不能保证10月中旬按期蓄至139.0m。在2006年首次156m蓄水调度中，根据当时来水偏枯的特点，经国务院三峡建设委员会、国家防总、长江防总批准，提前到9月20日开始进行蓄水，10月27日9时50分，三峡水库蓄水至155.40m，三峡水库成功实现156m 蓄水目标，三峡工程进入初期运行期。与三峡工程初步设计相比，提前10天进行蓄水，既确保了在来水不利的情况下蓄水目标的完成， 又缓解了蓄水对长江中下游地区航运、生态用水带来的压力，还明显地提高了梯级电站的发电效益，梯级电站增发电量5.3亿kWh。进入初期运行期后，随着三峡投产机组逐步增多，发电用水增多，为满足下游生态用水的需要，汛末蓄水所需流量进一步增大，要大力开展、加强中长期水文气象预报工作，根据梯级枢纽上下游来水形势，合理选择汛末蓄水时机，如根据来水情况选择提前进行汛末蓄水，既不影响梯级电站发电量，又保证按计划如期蓄至正常蓄水位。7结语通过开展水库优化调度，梯级电站取得了较大的经济效益，从2003年三峡水库蓄水135m开始发电以来，截止到2006年底，三峡电站累计节水增发电量58.7982亿kWh，葛洲坝电站累计节水增发电量45.0726亿kWh，梯级电站累计节水增发电量103.8708亿kWh，历年节水增发电量统计见表2。表2梯级电站历年节水增发电量统计表 单位：亿kWh年份三峡电站葛洲坝电站梯级电站20032.58767.15129.7388200417.166612.528929.6955200518.735413.662232.3976200620.308611.730332.0389合计58.798245.0726103.8708随着三峡电站机组投产台数的增多，开展水库优化调度，发电效益将更加显著。水库调度加强对流域水雨情的监视、分析和枢纽运行状况