馮 慧 陳 梅

（臨滄市水利水電勘測設計院 677000） （臨滄水文水資源分局 677000）

電力生產(chǎn)要求及時適量供應，電網(wǎng)送出的電力必須與當時的用電需求相一致，發(fā)、供、用三個環(huán)節(jié)必須同時完成。然而電力系統(tǒng)的用電需求是隨時變化的，電力生產(chǎn)的及時性和用電負荷的多變性，要求發(fā)電設備必須具備可調(diào)節(jié)性。但電力又不像一般產(chǎn)品，一時用不完可以大量儲存起來，為解決這一矛盾，建設抽水蓄能電站是一個比較好的選擇，1882年瑞士就建成投產(chǎn)了世界上第一座抽水蓄能電站——蘇黎世奈特拉抽水蓄能電站。

抽水蓄能電站實際上是一個能量轉換裝置，它利用水為載體，將電力系統(tǒng)的電能在時間上重新分配，以協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的發(fā)電出力與用電負荷在時間分配上的不一致性，從而達到系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行之目的。電站由上水庫、下水庫、輸水道、廠房及開關站等組成。通俗的說法就是用負荷低谷區(qū)的剩余電力將下水庫的水抽到上水庫，將電能轉化為位能儲蓄起來，待電力系統(tǒng)負荷回升時，再將上庫的水通過水輪發(fā)電機組放回下水庫，將水的位能轉換成電能送回電網(wǎng)。在以火電和核電為主要電源的電網(wǎng)中，抽水蓄能電站的削峰填谷、調(diào)整系統(tǒng)頻率、調(diào)整系統(tǒng)電壓和配合核電機組運行等作用顯得尤其重要。以水電為主的電網(wǎng)中，只要條件合適，也可以建設季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，主要作用是將汛期多余的來水抽蓄儲存后供枯水期使用，承擔調(diào)節(jié)年內(nèi)豐、枯季節(jié)電力負荷不均勻任務，可以避免或減少棄水，充分利用水資源，替代火電煤耗，降低電網(wǎng)運行成本，減少環(huán)境污染。

1 項目背景

新牙河屬怒江水系，發(fā)源于滄源縣境內(nèi)最高峰窩坎大山（海拔2605.4m），匯入芒庫河，河段長9.60km，經(jīng)濟可開發(fā)利用落差1391m，規(guī)劃6級開發(fā)，總裝機容量29360kW（見表 1）。

結合新牙河一級電站建設修建了庫容136萬m3的翁丁水庫，第三期農(nóng)村初級電氣化建設時建成了跨流域調(diào)水的勐冷水庫，庫容804萬m3，由于勐冷水庫來水量不足，兩座水庫實際年調(diào)節(jié)水量約730萬m3。

新牙河零級電站位于翁丁水庫壩前庫岸，利用勐冷水庫和翁丁水庫之間250m的落差發(fā)電，尾水進入翁丁水庫后，調(diào)節(jié)新牙河梯級電站枯季發(fā)電。電站工程由滄源縣水電局完成規(guī)劃和勘測設計，為充分利用上游調(diào)節(jié)水庫庫內(nèi)水頭，并為今后改建為抽水蓄能電站打好基礎，電站露天壓力管道與水庫無壓隧洞內(nèi)有壓輸水管道連接，管道全長2.72km。輸水隧洞內(nèi)壓力管段出口處布置有直徑2.50m的差動式調(diào)壓井、控制閥和管道放空閘閥。電站土建工程于1996年3月開工，由于受水庫輸水隧洞工程進度影響，加之資金不能按時到位，1997～1998停工兩年，直到1999年11月才竣工投產(chǎn)。

勐冷水庫建成后已對新牙一級電站進行增容擴建，新增裝機容量2500kW，并計劃對新牙河二級電站加裝一臺4000kW機組。

表1 新牙河開發(fā)規(guī)劃

翁丁水庫本區(qū)控制徑流面積7.10km2，外引區(qū)徑流面積5.77km2（引渠過流量2.50m3/s），全部為森林覆蓋。多年平均降水量高達3930mm，多年平均產(chǎn)水率260萬m3/km2。水庫壩高26m，庫容只有136萬m3，整個汛期除滿足新牙河一級電站發(fā)電外，都得棄水運行。為保證水庫安全運行，在入庫右支流上開挖了導洪出庫工程。由于水庫壩址地質(zhì)結構特別復雜，加之地形限制，對翁丁水庫進行擴建并不經(jīng)濟。勐冷水庫本區(qū)控制徑流面積3.33km2，外引區(qū)徑流面積0.8km2，全部為森林覆蓋。多年平均降水量2960mm，多年平均產(chǎn)水量590萬m3。水庫壩高36m，庫容804萬m3，屬多年調(diào)節(jié)水庫。地形和地質(zhì)條件具備擴建的條件，將攔河壩加高5m，庫容可以達到1300萬m3。

新牙河零級電站直接從勐冷水庫取水，由于水庫屯蓄水量少，使得零級電站只能在枯水期調(diào)峰運行，年發(fā)電量僅450萬kW·h，裝機利用小時1800h，整個汛期都處在停機狀態(tài)。因此有必要借助零級電站管道，將翁丁水庫汛期多余來水抽到勐冷水庫屯蓄，并擴建勐冷水庫?？菁痉潘l(fā)電，可以改善新牙河梯級電站的枯季出力狀況，增加寶貴的枯季電力。在勐冷水庫和零級電站設計時曾作過抽水蓄能方案研究，限于當時條件沒有實施，但仍然鋪設了2.72km的有壓管道，為方案的實施打下了一定基礎。

臨滄電網(wǎng)中的水電比重較大，并且基本都是無調(diào)節(jié)能力的徑流式電站，枯季出力只能達到裝機容量的20%左右，為解決枯季供電問題，現(xiàn)行的主要途經(jīng)是向省電網(wǎng)購入和鼓勵修建高水頭有調(diào)節(jié)能力的電站，但目前情況是省電網(wǎng)枯季仍然缺電，修建有調(diào)節(jié)水庫的高水頭電站一則資源有限，二則林地、土地和淹沒賠償工作投入巨大，投資商多不愿涉足，因此有必要再次研究將新牙河零級電站改建為抽水蓄能電站的方案。

2 設計年徑流

2.1 參證站選擇及計算方法

設計流域內(nèi)只有翁丁水庫1989～1993年的實測降雨資料（自計和普計）無實測徑流資料，直距30km的勐董水文站與設計流域水文環(huán)境區(qū)域相似，降水徑流成因基本一致、下墊面因素基本相同，故選擇勐董水文站作參證站。用面積比加降水修正的方法推求翁丁水庫的設計年徑流，其他方法為輔作合理性檢查。

2.2 設計年徑流

勐董水文站的多年平均徑流有30水文年的實測資料，基本滿足水文設計新規(guī)范資料年限需在30年以上的要求。由勐董水文站實測系列年平均徑流量系列，應用常規(guī)頻率分析計算方法，推求得勐董水文站設計年徑流，采用面積比加降水修正的方法推求設計流域的設計年徑流，計算公式為

式中W設——翁丁水庫設計年徑流量，萬m3；

W勐——勐董水文站設計年徑流量，萬m3；

F設——翁丁水庫集水面積，取本區(qū)7.10km2、引水區(qū)5.77km2；

F勐——勐懂水文站集水面積，取41.6km2；

H設——翁丁水庫多年平均降水量，取3930mm；

H勐——勐懂水文站多年平均降水量，取2262mm。

將相關數(shù)值代入，推求出翁丁水庫及引水區(qū)設計年徑流。成果見表2、表3。

設計年徑流的年內(nèi)分配，按水量相近且分配對工程不利的原則，直接從勐董水文站的實測徑流系列中選取，即根據(jù)勐懂水文站徑流實測期的年內(nèi)變化情況，選取1971～1972年為P=20%中等豐水代表年，1986～1987年為P=50%平水代表年，1978～1979年為P=80%中等枯水代表年，按同倍比法進行設計年徑流的年內(nèi)分配計算。月分配成果見表4、表5，月平均流量成果見表6、表7。

表2 翁丁水庫本區(qū)設計年徑流成果

表3 翁丁水庫引區(qū)設計年徑流成果

3 項目規(guī)劃

新牙河零級電站的上水庫（勐冷水庫）、下水庫（翁丁水庫）、輸水道、廠房及升壓站和35kV輸電線路以及相應的管理設施已全部建成，加裝一套水泵即可以實現(xiàn)抽水蓄能目的。計劃在發(fā)電球閥前設置岔管安裝水泵，水泵安裝高程不能低于翁丁水庫的校核洪水位1862.5m，也不宜高于零級站地坪1864m，當翁丁水庫水位低于1856米時停止抽水。勐冷水庫正常水位2118m，如擴建則有可能提高到2123m，地形揚程為263m。新增工程內(nèi)容為 φ600球閥 1套，φ600鋼管30m，揚程 320m、出流 0.7m3/s水泵 1臺，2500kVA、6.3/0.4kV變壓器1臺，房建120m2。電站裝機規(guī)模維持現(xiàn)狀不變，改建成早期純抽水蓄能電站所采用的水輪機、發(fā)電機、電動機和水泵四機分置的組合式抽水蓄能電站，便于使水輪機和水泵都按最佳效率運行。為了獲得較大蓄水庫容，有必要同時擴建勐冷水庫。

表4 翁丁水庫本區(qū)設計年徑流量年內(nèi)月分配成果

表5 翁丁水庫引區(qū)設計年徑流量年內(nèi)月分配成果

表6 翁丁水庫本區(qū)設計年徑流月平均流量成果 單位：m3/s

表7 翁丁水庫引區(qū)設計年徑流月平均流量成果 單位：m3/s

從表 8、表 9 可以看出，6、7、8、9、10 五個月來水量占全年來水量的85%左右，此期間系統(tǒng)內(nèi)電力相對富余，新牙河一級電站可以適當少發(fā)電，在7、8、9三個月可以做到滿發(fā)滿抽，來水量可以滿足設計要求。

零級站運行方式：枯水期1、2、3、4、5五個月為發(fā)電運行期，此時段開啟發(fā)電球閥，關閉抽水球閥。平水期11、12兩個月既不發(fā)電也不抽水。汛期6、7、8、9、10五個月為抽水期，此時段關閉發(fā)電球閥，開啟抽水球閥。最大抽水量按800萬m3/年設計（勐冷水庫不擴建時則只需抽250萬 m3/年）。

從能量守恒原理看，抽水蓄能電站本身的電量轉換存在“4度換3度”的情況，但新牙河梯級電站是個特例，發(fā)電水頭和抽水揚程之比是5.35∶1（1391/260），按年抽水量 800萬m3計算，扣除損耗，實際做功水量按760萬m3計算（水庫原來蓄水庫容不參加分析），為便于進行粗線條分析，以760萬m3水量按零級站滿發(fā)時的1.32m3/s等流量供出并且下游各梯級電站不發(fā)生棄水的理想狀態(tài)進行計算，各梯級電站年增加電量見表10。

表8 設計抽水期入庫水量 單位：萬m3

表9 設計抽水期入庫月平均流量 單位：萬m3

表10 零級站改建后各梯級電站年增加電量

從表10可以看出，通過抽水蓄能改造，新牙河梯級電站可以新增枯季出力11392kW，增加枯季電量2220萬kW·h，扣除抽水耗電量576萬kW·h（1600kW×150天×24h），凈增發(fā)電量 1644萬kW·h。

實際運行工況時運行時間將比本方案計算時間要長，增加出力將達不到11392kW，但新增發(fā)電量相差不會太多，以此作收入測算。

4 投資估算

項目總投資930萬元，主要包括兩項:

a.勐冷水庫擴建投資。為了達到收益最大化，將新牙河零級電站改建為抽水蓄能電站時，應同步將勐冷水庫攔河壩加高5m，使庫容達到1300萬m3。現(xiàn)有水庫壩頂高程2120m，頂寬6m，加高后壩頂高程為2125m，最大壩高41m，頂寬7m，回填土石方11萬m3，翻動原壩體2萬m3，右岸單薄山梁需作加固處理，建筑工程估算投資420萬元，其他投資180萬元，合計600萬元。

b.電站改造投資。電站土建投資主要包括房建和抽水機基礎和進水廊道建設，估算50萬元。設備投資包括抽水機組、變壓器、電氣控制盤柜和球閥、鋼管道等，估算投資160萬元，其他投資120萬元，合計投資330萬元。

表11 國民經(jīng)濟評價指標計算 單位：萬元

表12 財務評價指標計算 單位：萬元

5 經(jīng)濟評價

經(jīng)濟評價按投入產(chǎn)出法進行，成本計算中固定成本只計算勐冷水庫擴建和電站改建投資新增折舊及固定修理費，單位電量可變成本按新牙河梯級電站近三年平均值計算；效益計算包括有項目后梯級電站全部新增收益。經(jīng)濟評價計算期包括1年建設期和20年生產(chǎn)期。

a.國民經(jīng)濟評價指標。按影子電價0.244元/（kW·h）(電網(wǎng)距離調(diào)整系數(shù)K1=1、缺電情況調(diào)整系數(shù)K2=1.1、交通運輸條件調(diào)整系數(shù)K3=1.15)，基準收益率12%，年折舊率5%，固定修理費率25%，單位電量可變成本0.02元/（kW·h），計算項目經(jīng)濟內(nèi)部收益率42.44%，計算期內(nèi)經(jīng)濟凈現(xiàn)值1822.30萬元，經(jīng)濟效益費用比2.34。

b.財務經(jīng)濟評價指標。按項目新增固定資產(chǎn)投資

30%為資本金注入，70%銀行貸款，貸款利息7.2%；所得稅率33%；枯期上網(wǎng)電價0.22元/（kW·h），汛期抽水電價0.15元/（kW·h），基準收益率12%，年折舊率5%，固定修理費率25%，單位電量可變成本0.02元/（kW·h），計算所得稅后項目經(jīng)濟內(nèi)部收益率23.39%，經(jīng)濟凈現(xiàn)值643.36萬元，貸款償還年限5年；計算期內(nèi)項目總納稅額2393萬元。評價結果見78頁表11、12。

6 結語

新牙河零級電站已具備改建為抽水蓄能電站的有利條件，上下水庫、輸水壓力管道、輸（出）入線路、發(fā)電設備和外引渠道均已建成，來水充足，能滿足抽水蓄能需要?？梢猿浞掷盟Y源，避免或減少棄水，提高新牙河梯級電站的枯季出力，符合建設資源節(jié)約型社會的宏觀要求。財務指標優(yōu)越，投資回報率高，經(jīng)濟效益顯著。建議當?shù)卣退姓鞴懿块T引導新牙河開發(fā)商開展一些必要的前期工作，擇期建設。