单位电能投资最小法在北方小型水电站装机容量确定中的应用VIP

工程实践 单位电能投资最小法在北方小型水电站装机容量确定 中的应用 2 0 1 0年第 1期 单位电能投资最小法在北方小型水电站 装机容量确定中的应用 杨 丽娜 马 传 波 艾 亮 1 辽 宁省水利 水 电勘 测设计 研 究院 沈 阳 1 1 0 0 0 6 2 辽 宁省 柴河水 库管理 局 辽 宁铁 岭 1 1 2 0 0 0 摘 要 水电站装 机容量 的选择直接关系到该河段 的水能 开发利用 关系到投 资者的付 出与收益 一个水 电 站合 理的装机容量 的确定不仅与电站装机 发 电量有关 还与 电站 的投 资等因素有关 本论文结合 双龙 电站装机容量 的确定过 程 分析单位 电能投 资最 小法在确 定j E 方 小型 水电站装 机容量 中的优 势 为北方小型水电站装机容量 的确定提供理论依据 关键词 装机容量 双龙电站 单位 电能投资 中图分类号 T V7 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 0 0 1 0 0 5 2 0 3 发展 农村水 电 加 快农村 电气 化建设 是实 现 农业和农村现代化的重要条件 2 0 0 3年 中共中 央 国务院关于做好农业 和农村工作的意见 中 发 2 0 o 3 1 3号 决 定启 动 小水 电代 燃料 试点 巩 固退 耕还林 成果 在 国家宏观 政策 的指引 下 全 国各地 的小水 电建设 工作逐 步展开 装机 容 量是水电站的主要参数之一 它关系到水 电站的规 模 效益和水能资源的合理开发等问题 由于北方 河 流具有径 流年 际间变 化较大 径 流年 内分 配不 均 匀的水文特性 因此 确定电站合理 的装机容量 对合理开发利用水能资源将起到非 常重要的作用 双龙电站是宽甸县境内的一座河床式径流电站 本 文将以其为例 比较单位装机投资 年利用小时数 以及单位电能投资等方法在装机容量确定过程中的 作用 为其 它北 方小型 水 电站 装机容 量 的确 定提供 参考 1 双龙 电站概况 半拉江是浑江下游的一条支流 北与浑江支流 小雅河毗邻 南与鸭绿江支流浦石河接壤 西与浑 河及瑷河上游地 区为分界 半拉 江上游有 两条支 流 一条称北股河 一条称 南股河 两河呈平行 状 自西 向东 流 两 支 流 于 太 平 哨水 文 站 附 近 汇 合 向东北方向汇人浑江 双龙电站位于宽甸满族县太平哨镇二龙渡村境 内的半 拉 江上 距 离 上游 已建成 的 高龙 泡 电站 8 5 k in 距 离太平 哨水文 站 9 0 k in 距离 浑江入 江 52 口 6 k m 双龙电站为河床式电站 开发方式为径流 式 坝址以上控制流域面积 1 2 2 2 4 k m 2 正常蓄水位 1 7 4 0 m 多年 平 均 流 量 为 2 5 1 8 m s 1 0 2 5 5 0 9 5 7 5 9 5 9 0 保证率情况下年径流量见表 1 表 1太平哨站 双龙 电站坝址处年径流成果表 面积 均值 P 站 名 C v km2 1 0 m 1 O 2 5 5 O 7 5 9 0 太平 哨 1 1 3 1 7 3 6 0 3 7 2 C V 1 1 0 0 8 9 6 7 O 2 5 3 9 4 l 6 双龙 1 2 2 2 4 7 9 6 1 1 8 9 9 6 8 7 5 9 5 8 3 4 5 0 2 动能计算 双龙 电站 的动 能计算 采用 长系列 月平均 流量出 力计 算 方 法 同 时 选 取 保 证 率 l O 2 5 5 O 7 5 9 O 等 5 个典型年的实际来水过程进行修正 这样即考虑了采用长系列月平均流量计算 由于将洪 水坦 化而 导致 的汛 期 发 电量计 算 成 果偏 高 也 考虑 了典 型年 的选取 由于主观 因素 影响 而具有一 定的特 定 性等原 因 按 此 方法进行 动 能计算成 果较 为合理 l l l l m h 图 1 双龙电站 E N P曲线 H 1 7 4 m 作 者简介 杨丽娜 1 9 7 9年一 女 辽宁省开原人 工程师 工程 实践 单 位 电能投 资最 小法 在 北方 小 型水 电站 装机 容量 确定 中的应用 2 0 1 0年第 1期 根 据计 算 成 果 首 先 分 析装 机 容 量 与 发 电 量 的 关 系 发 电量 随装 机容 量 的增加 而增 大 当增 大 到一 定数值后 发电量的增值相对减少 再从装机容量与 保证率关系看 随着装机容量的增加而保证率逐渐减 少 当装机容量增大到一定数值后 保证率的降低相 对增大 由此绘制双龙 电站 电能累积曲线及出力保 证率关系曲线见图 1 由图 1可见 在正常蓄水位 1 7 4 0 m 时 最大水 流 出力 为 1 1 1 8 3 k W 最 小 水 流 出 力 为 3 5 k W 相 差 3 1 9 5倍 最大水头 8 8 4 m 最小水头 7 9 8 m 加权 平 均水 头 8 2 2 m 这 样 的 径 流 过 程 极 不 利 于径 流 式 电站 的容 量 确定 经 计 算 电站 坝 址处 净 来 水 流 量保证率 尸一7 5 的流量仅为 4 3 3 m s 保证出力 N 一2 8 9 k W 根据 双龙 电站 出力 保 证 率 曲线 及 电 能 累积 曲线 从 水 能 利 用 角 度 看 最 佳 出力 范 围 在 1 5 O O 3 0 0 0 k W 之 间 容 量 过 大 将 使 电 站 经济 效 果 不佳 容量过小将不 能充分利用水能资源 同时 根 据水 轮机 的单 机 容量 以及 电 站 进 口的 地 形 地 质 条 件 综合分 析选择 了 1 8 9 0 k W 2 4 0 0 k W 3 0 0 0 k W 三 种装机 针对这 3种装 机进行 比较确定双龙电站在 正常 蓄水 位 1 7 4 0 m 情 况 下 的装 机容 量 不 同装 机 情 况下 电站技术 经 济指标 比较成 果见 表 2 表 2 正常蓄水位 H 1 7 4 m 不同装机容量与发 电量 比较表 装 机容量 年发 电量 年发 电量增量 装机利用小 时数 单位 k W 增加 电量 工程静 态投资 单 位 k W 投 资 单位发 电量投资 k W 1 0 k W h 1 0 k W h h 1 0 k W h k W 万元 元 k W 元 k W h 1 8 9 0 6 5 O 3 5 4 5 2 6 2 7 1 1 3 9 O O 4 O 4 2 4 O O 7 3 3 8 3 3 O 5 4 O 1 6 29 2 2 4 6 1 21 7 7 3 9 9 3 0 0 0 7 8 2 4 9 2 6 0 7 O O 8 3 2 2 6 O 1 1 0 7 5 3 4 1 3 3 装机容量 的确 定 在 双龙 电站 装机 容量 的确 定 中我们 拟通 过 分析 单位装机投资 年利用小时数 和单位 电能投资等指 标进 行综 合分 析 1 单位装 机 投资 计 算 电站 的单 位装机 投 资 分析 单位 装机 投 资最小 的为最 佳装 机容 量 根 据表 2中计算成果 双龙 电站 的装机容 量 由 1 8 9 0 k W 增 至 3 o o o k W 单 位 装 机 投 资 由 1 3 9 0 0元 k W 降 至 1 O 7 5 3 k w 装 机容 量 3 o o o k w 时单位 装 机投 资最 小 随着 电站 装机 容量 的增 加 电站 的土 建 工 程 投 资 变 化很小 只有机 组 和 电气 设备 投 资发 生 变 化 因 此 单 位装 机投 资 呈逐 渐 减 小 的 趋 势 因此 从 单 位 装 机 投资角度不能确定电站的合适装机 2 年利用小时数 目前 北方电站的年利用小 时数在 2 5 0 0 3 5 0 0之 间为 宜 装 机 过 大 年 利 用 率 低 装机过小 又不能充分利用水能 经分析 双龙 电站初 拟 3个 装 机 容 量 的 年 利 用 小 时 数 基 本 都 在 2 5 0 0 3 5 0 0之问 从 年 利 用 小 时 数 指 标 看 这 3个 方案都是合适的 因此 从年利用小时数角度不能 确定电站的合适装机 3 单位电能投资 对于一个项 目来讲 产出和 投入的比例是直接影响项 目决策和后期运营的关键 因素 在投 入相 同的情况 下 比例 越 高收 益越 大 项 目越经济 相反 在产 出相 同的情况下 比例越大 项 目需要 的投 入越 少 项 目越 优 越 作 为一 个 水 电站 项 目 投 入就 是项 目的工程 投 资和 淹没 投资 产 出就 是 发 电量 因此水 电站 产 出 和投 入 的 比例 就 是 单 位 电能投 资 在小 型 水 电站 建 设 中 单 位 电能 投 资 P 总是 随着 电站的装 机规 模 N 的变 化 而 变化 起 初 当电站装 机 由小变 大 时 由于机 组工 作利 用率 高 单 位装机电量增幅大 单位电能投资成本呈下降趋势 达到最低点后 随着装机进一步增大 电量增幅逐渐 减小 单位电能投资成本又逐渐 回升 表现出的经济 曲线呈 u形 因此 我们可绘制不 同装机容量与多 年平 均发 电量 关系 图 以及不 同装 机容 量 与单位 电能 投资 的关 系 图 从 中找 出最 优方 案 图 2 双龙 电站装机容量与多年平均发 电量关系 图 由图 2和表 2可 以看 出 随 着装 机 容 量 的不 断 增加 电站多年平均发电量的增加逐渐变缓 该曲线 的切线斜率 切线 D E的斜率 也在逐渐减小 也就 是 说单 位千 瓦增 加发 电量 在逐 渐减 小 装机 容量 从 5 3 工 程实践 单 位 电能投资 最小法 在北 方小 型水 电站 装机 容量确 定 中的应用 2 0 1 0年第 1期 1 8 9 0 k w 增加到 2 4 0 0 k W 时 单位千瓦增加电量为 0 1 6 万 k W h k W 而装机容量从 2 4 0 0 k W 增加到 3 0 0 0 k W 时 单位千瓦增加电量为 0 0 8万 k W h k w 单位千 瓦增加 电量 呈现先 增 后 减 的趋 势 另 外 通 过 不 同 装 机容量 与单位 电 能投 资关 系 图可 以看 出 装 机 容 量从 1 8 9 0 k w 增加到 2 4 0 o k W 时 单位 电能投资减 少 o 0 5 元 k w h 而装 机 容量 从 2 4 o o k W 增 加 到 3 o o o k W 时 单 位 电能 投资 增加 0 1 4元 k W h 不 同装机 容量 与单 位 电能投 资呈现抛物线形态 在装机 2 4 0 0 k W 的时候 单 位 电能投资 为 3 9 9 元 k W h 指 标最小 位于 P N抛物线的谷底 荤位l 瞳能授奄 光 I l b 髅机窖鬟 t k 图 3 双龙 电站不同装机容量 与单位 电能投资关系图 综上所述 3个装机容量方案均满足地区年利 用小时数要求 随着装机容量的不断增加 单位千 瓦 投资 由 1 3 9 0 0元 k W 逐 渐减 少至 1 0 7 5 3元 k W 如果 从 单 位千 瓦 投 资上 看 装机 容量 3 0 0 0 k W 方案 最优 但是在装机 2 4 0 0 k W 的时候 单位电能投资 为 3 9 9元 k W h 指标 最小 位于 P N抛 物线 的 谷 底 也 就 是 说 当 装 机 由 1 8 9 0 k W 增 加 至 2 4 0 0 k W 的时候 增 加 发 电量 的单位 投 资为 3 5 6 元 k W h 小 于装机 1 8 9 O k w 时 的单位 电能投 资 4 0 4元 k w h 相比之下 装机容量 2 4 0 0 k W 方案 较 优 而当装 机 由 2 4 0 0 k W 增加 至 3 0 0 0 k W 的时候 增加发电量的单位投资为 6 1 9元 k W h 是装机 2 4 0 o k W 时 的 单 位 电 能 投 资 3 9 9元 k W h 的 1 5 5 倍 相 比之 下 装 机容 量 2 4 o o k W 方案较 优 因此 确定双龙电站在正常蓄水位 1 7 4 0 m 时 装机 容量 为 2 4 0 0 k W 4 结 论 通 过对 双 龙 电站 装 机 容量 确定 过 程 可以看 出 北方小型水电站装机容量的确定可以通过单位装机 投 资 年 利用小 时数 以及 单位 电能 投 资等 指 标进 行 分 析论证 但是 年利 用 小 时数 和 单 位装 机 投 资具 有 其宽泛性和局限性 只能提供一个合理的装机容量 范围 在确定的范围中利用单位电能投资最小方法 确定 的 电站 装机容 量才 是该 电站 的最优装机 容量 华北水文仪器检测 中心通过 国家计量认证复查现场评审 根据国家认证认可监督管理委员会的计划安排和水利部计量办公室国认水正字 2 0 0 9 3 3 4 号 关于国家 计量认证复审评审的通知 国家计量认证水利评审组会 同河北省质量技术监督局共五位评审员 于 2 0 0 9年 1 2月 1 4 1 6日对华北水文仪器检测中心 下称 中心 进行 了计量认证复审评审 经全面复查评审 评审组