三里坪投产对南河流域梯级发电效益影响分析.doc

三里坪投产对南河流域梯级发电效益影响分析一、 综述南河流域上已建成寺坪、过渡湾、白水峪、南河四个梯级电站。目前，上游龙头电站三里坪电站即将投产发电。三里坪电站调节性能优异，通过对三里坪投产后南河流域梯级发电效益情况进行分析计算，得到如下结论：以三里坪为龙头进行梯级联合调度运行，可使整个流域梯级的整体效益得到提高。二、 基本资料情况1、 电站设计参数三里坪寺坪过渡湾白水峪南河合计年径流量（亿m3）8.779.9420.5323.4025.00流域面积（km2）19642150525360006096正常高水位（m）416315219.4198151.5死水位（m）292294213184146装机容量（万kW）862.554.53.02汛限水位（m）403/412无无无无保证出力（万kW）1.241.090.450.8630.66调节库容（亿m3）2.111.450.08020.610.23库容系数24.1%14.6%0.4%2.6%0.9%年发电量（亿kWh）1.8341.720.781.761.077.162年均水头（m）95.89水量利用率91.26%87.00%76.10%换算年均弃水（亿m3）0.772.675.592、 流量资料没有三里坪及各梯级的坝址或区间流量系列资料，仅从三里坪枢纽电站初步设计报告中得到三里坪丰、平、枯代表年的月均流量资料（见下表），本次计算以该代表年月均流量为基本流量资料输入进行编程计算分析。三里坪以下各梯级区间入流均以三里坪入流按照面积比换算求得。P10%50%90%代表年1989.4-1990.31985.4-1986.32001.4-2002.3项目流量（m3/s）月分配（%）流量（m3/s）月分配（%）流量（m3/s）月分配（%）462.612.824.87.932.516.3545.99.437.81223.511.8635.17.247.214.922.411.2791.418.728.18.921.810.9892.318.932.210.224.712.4942.48.757.818.39.951030.16.228.28.915.17.61130.36.222.67.211.45.71211.82.410.83.494.519.827.42.39.74.9216.93.56.92.26.13.1320.44.212.13.813.26.6年40.910026.410016.71003、 其他所需资料情况收到流量及其他所需资料情况见下表。序号资料种类三里坪寺坪过渡湾白水峪南河1流量资料丰平枯代表年月均流量年均径流量年均径流量年均径流量年均径流量2枢纽参数有有有有有3库容曲线有有有有有4下游（尾水）水位流量曲线有无无无无5机组限制出力线无无无无无6综合效率系数无无无无无7水头损失无无无无无8调度图有有有有无9泄流曲线有有有有有4、 资料使用及无资料处理办法由上表可见，掌握的资料匮乏，尤其是缺乏最重要的径流量资料，只有最上一级电站三里坪的坝址丰平枯代表年月均流量资料，无其他梯级的区间入流或坝址入流的系列资料。对于能量计算必须具备的参数资料如下游（尾水）水位流量曲线、综合效率系数、水头损失等均缺乏。经过分析收到的资料，对资料采取如下使用和处理方法：1)流量资料：以三里坪丰平枯代表年月均资料进行代表年计算，然后丰平枯年平均作为多年平均结果，下游各梯级的入库则为上库的出库加上区间的入流（用三里坪的月均入流量按面积比估算）。2)下游水位：无下游尾水曲线的，可根据枢纽参数中的下游水位及设计水头等情况估算一个平均下游水位，计算中做固定值使用。3)综合效率系数：各级电站均无综合效率系数，根据机组参数在8.08.5之间按照经验取值。4)水头损失：各级电站均无水头损失参数或公式。根据电站水头的情况，按经验估计一个固定值。5)调度图：缺少调度图的是径流式电站，按照固定水位运行方式计算，没有影响。三里坪、寺坪、白水峪的调度图见下图：6)机组限制出力线：只在较少情况下应用，没有则忽略。7)调节性能很差或径流式电站，有过渡湾和南河两个电站，不考虑其调节性能，按照固定水位运行方式进行计算。综上所述，具体参数的使用及估值情况见下表：三里坪寺坪过渡湾白水峪南河下游水位（m）查线235193151125日常运行水位（m）动态计算动态计算218动态计算150.5综合效率系数8.58.58.48.48.4水头损失（m）0.80.70.50.60.5蒸发等水量损失忽略忽略忽略忽略忽略三、 计算思路及方案鉴于资料较为粗糙，本次只做较为基本的比较计算和分析，力求得到一些定性的结论，以提出方向性的建议为主。另外由于采用的流量资料与各梯级设计时所采用的不同，整体径流量大于设计情况（比较情况见下表），计算结果和各梯级设计中的发电效益值没有可比性，仅供比较分析参考。年径流量三里坪寺坪过渡湾白水峪南河设计值8.779.9420.5323.4025.00计算采用值8.8309.6723.6226.9827.41与设计值比较0.7%-2.8%15.0%15.3%9.6%计算过程中尝试用月为时段进行计算，各级电站出力和出流、水位过程非常不平稳，跳动很大，因而最终使用旬为时段，月均流量则直接作为旬均流量输入计算。有调节性能的三里坪、寺坪、白水峪电站均从死水位开始调节计算，每年的计算年末水位至死水位之间的蓄水量折算成发电量计入发电效益，相当于每年末强制消落到死水位。过渡湾和南河电站则全年按照固定水位方式运行。具体的计算分析方案如下：方案1：按照三里坪尚未投产的情况进行下游4个梯级的联合能量调节计算，作为比较的基准。各梯级中，过渡湾和南河为径流式电站，几乎没有调节能力，则按照固定上游水位进行计算；寺坪和白水峪电站具备相应的调节能力，且有调度图，则按照调度图规则进行调节计算。方案2：按照三里坪投产后的情况对5个梯级电站进行联合能量调节计算，与方案1比较看发电量是否有所提高。调度规则与方案1相同。 方案3：借鉴清江梯级经验，上游龙头电站运行水位适当降低一点，而下游电站运行水位适当抬高，通过计算看是否有利于进一步提高下游梯级的发电效益。为三里坪最高限制水位之下设定一个加大出力的预判区间，遇到按调度图指示正常发电但时段末水位较高时提前进行加大出力而不是等到水位蓄到正常蓄水位或汛限水位才进行加大出力，这样有利于寺坪保持较高的水库运行水位。另外，注意到寺坪的正常高水位为315m，正常情况下会淹没三里坪下游的尾水大约12m，因而这重叠的12米水头可在三里坪和寺坪之间进行转换，为探求优化规律，将下游寺坪电站的调度图进行适当改进，与三里坪相类似，取消加大出力区，并且在315303m之间分段（间隔3m）设置正常高水位（即分别设置正常高水位为315m、312m、309m、306m、303m），与三里坪不同的预判水位分别进行组合试算。时段初水位在防破坏线以上时都发保证出力，当时段末水位超过预判水位则加大出力，只有当机组都满发且时段末水位还会超正常蓄水位时方才产生弃水，将多余水下泄。这样有利于将寺坪水位保持在预判水位附近。白水峪调节能力有限，维持原方式调度。四、 计算结果及分析1、 按照上述方案1、方案2分别进行了南河流域梯级能量调节计算，计算结果汇总见下表：方案计算指标电站三里坪寺坪过渡湾白水峪南河合计方案1年发电量（亿kWh）1.6531.1792.2411.4196.491年均水头71.6824.5041.5325年均弃水(亿m3）0.1562.9834.2033.071方案2年发电量（亿kWh）2.0271.5651.2272.3241.4596.575年均水头97.1767.3224.5041.3925年均弃水(亿m3）0.0010.0212.1383.2122.379比较年发电量（亿kWh）-5.3%4.1%3.7%2.8%1.3%年均水头-6.1%0.0%-0.3%0.0%年均弃水(亿m3）-86.4%-28.3%-23.6%-22.5%由计算结果比较情况可见：1）三里坪电站投产后，相比三里坪电站投产前，寺坪、过渡湾、白水峪、南河4个电站的总发电量增加了0.074亿kWh，梯级发电量提高了1.3%。2）三里坪投产后各梯级的弃水量均有明显的减少，寺坪的发电水头有所下降（6.1%），白水峪水头变化不明显。可见三里坪作为龙头电站投入运用后，最为显著的作用就是使出流相对天然情况更加均匀，有效减少了以下各梯级的弃水，从而增加了梯级发电量。2、 按照方案3分别将三里坪预判水位幅度设定为0m、1m、2m、3m、4m、5m进行了试算，与寺坪不同的正常高水位315m、312m、309m、306m、303m组合分别进行试算，限于篇幅将每个三里坪预判水位对应最大效益的结果统计见下表：三里坪预判幅度计算指标电站对应寺坪预判幅度三里坪寺坪过渡湾白水峪南河梯级合计0m年发电量（亿kWh）3m1.9251.6021.2232.3131.4588.521年均水头（m）92.0071.4024.5041.2725.00年均弃水(亿m3）0.0010.3612.2133.3112.4001m年发电量（亿kWh）6m1.9271.6401.2262.3261.4568.574年均水头93.2071.6624.5041.4825.00年均弃水(亿m3）0.0010.2962.1653.2192.4262m年发电量（亿kWh）6m2.0021.5901.2282.3301.4598.610年均水头96.2168.4424.5041.3925.00年均弃水(亿m3）0.0010.0612.1153.1642.3783m年发电量（亿kWh）9m1.9941.5891.2282.3211.4578.589年均水头95.8768.4224.5041.5525.00年均弃水(亿m3）0.0010.0612.1243.3462.4204m年发电量（亿kWh）6m1.9671.5931.2302.3201.4588.568年均水头94.77868.66724.50041.38825.000年均弃水(亿m4）0.0010.0612.0813.3312.4045m年发电量（亿kWh）6m1.9501.5961.2292.3271.4568.558年均水头94.14568.81124.50041.70425.000年均弃水(亿m5）0.0010.0612.1093.3622.433由表中计算数据可见，三里坪和寺坪电站采取了一定的降低水位运行措施后，梯级发电量均较原调度图方式（8.602亿kWh）变化不明显。分析原因，应该主要在于原方案已将所有水头转移到下游寺坪电站，且三里坪电站投运后已经有效地减少了寺坪的弃水，因而水头转移对比效果就不明显。其次，三里坪和寺坪重叠的约12m水头，在运行中有较多的组合利用方式，导致的两个电站以及下游的梯级电站的弃水、水头的组合关系较为复杂。本次计算中，设置规则过于简单，因而计算出的结果也无法有效细致地反映出上述关系。五、 结论及建议经过上面的计算分析，我们可以初步得出如下结论：1、 龙头电站三里坪投入运用后，通过发挥其自身优良的调节性能，可以增加下游4个梯级电站的发电效益。2、 对上游有较强调节能力的三里坪、寺坪电站采取适当的优化措施，可增加整个梯级的发电效益。3、 建议的优化方向：主要通过发挥上游三里坪、寺坪优异的调节性能，调节来水的波动，降低弃水风险并提高水库运行水位，从而提高整个梯级的发电量。具体方式可借鉴清江梯级的调度经验：合理安排各梯级运行方式，根据来水规律合理控制全年各时段运行水