丁曉勇++吳家運++劉福祺

摘 要：我國水資源蘊藏豐富，部分地區(qū)河川因中、上游河床陡峻、落差大適合水力發(fā)電條。目前水力發(fā)電方式大致可分為慣常式及抽蓄式水力發(fā)電。水力發(fā)電站各分廠機組的運轉(zhuǎn)策略是可以滿足民生及工業(yè)用水的需求與滿足電力系統(tǒng)尖峰負載的需求?，F(xiàn)行操作策略雖然符合電力系統(tǒng)經(jīng)濟運轉(zhuǎn)的原則，但無一套精確的計算方法能使串聯(lián)式水力電廠調(diào)度模式發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益。該論文應用一個仿電磁理論算法，搜尋每時段最佳放流量，以獲得最大總發(fā)電利潤，并比較現(xiàn)行水力電廠的實際經(jīng)濟調(diào)度。

關鍵詞：水力 發(fā)電 系統(tǒng) 研究

中圖分類號：TV7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0090-01

1 水力發(fā)電系統(tǒng)概述

1.1 慣例程水力發(fā)電系統(tǒng)

慣例程水力發(fā)電就是在河川尋覓一適當處，興建一座水庫，由引水隧道引水沖擊水輪機轉(zhuǎn)動，同步帶動發(fā)電機發(fā)電。經(jīng)變壓器升高電壓，鏈接至輸電鐵塔傳送至各地使用，發(fā)電完成后之發(fā)電用水經(jīng)由尾水路排至下游河川，繼續(xù)供下游民生或發(fā)電使用。

以串聯(lián)式水力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)各水力電廠在一日內(nèi)依天然進流量、配合調(diào)整尖峰負載的需求、生態(tài)放流及下游民生最低平均用水量為考慮角度，達到水力發(fā)電系統(tǒng)短期最佳調(diào)度的目標。

1.2 串聯(lián)式水力發(fā)電系統(tǒng)

串聯(lián)式水力發(fā)電系統(tǒng)就是在同一河川中，從上游至下游興建多個慣常式水力電廠的組合。

串聯(lián)式水力發(fā)電系統(tǒng)是一種集合水庫及調(diào)整池式水力發(fā)電之系統(tǒng)。即是靠天然的進流量，貯存于上游水庫，上游水力電廠再依據(jù)每日負載的需求及每三個月與中區(qū)水資源局開會檢討達成協(xié)議之下游民生最低用水量發(fā)電排放至下游各壩儲存，以便供下游各電廠再利用。這種由上而下不斷再利用式的發(fā)電系統(tǒng)，將其稱之為串聯(lián)式水力發(fā)電系統(tǒng)。（最上游分廠由水庫取水發(fā)電，發(fā)電完成之用水經(jīng)尾水道排放至下游壩儲存。依次向下各分廠也以同樣的方式）。

2 水力發(fā)電系統(tǒng)調(diào)度方式

在以往工業(yè)科技未發(fā)達前，電力需求量小，水力發(fā)電系統(tǒng)在電力供應鏈中占有非常大的比例，對電力系統(tǒng)之影響甚劇，并肩負整個電力系統(tǒng)電壓、頻率調(diào)整之功能。水力發(fā)電系統(tǒng)其調(diào)度運轉(zhuǎn)方式是考慮下游民生用水需求量及配合調(diào)整尖峰負載而發(fā)電。其調(diào)整的過程必須考慮河川上下游間各水庫，庫容量關系，不致造成上游水力電廠發(fā)電用水流至下游水庫過滿而溢流或排洪，損失可用之天然水力能量。但如果是在洪水期間，因進流量較大，水力電廠都是以裝置的最大容量全部滿載運轉(zhuǎn)。而為了水庫的安全，若發(fā)電放流量還不足以消化上游的進流量，而使水庫水位繼續(xù)上升，那么就必須仔細的考量是否須排洪了。

3 水力發(fā)電量計算

根據(jù)水力電廠調(diào)度運轉(zhuǎn)情形看來，其最重要的目的，還是在調(diào)整上游電廠之發(fā)電放流如何不致讓下游水庫的水位滿庫。所以如何調(diào)整控制上游電廠發(fā)電量的多寡，影響水位升、降尤為重要。

根據(jù)理論得知，輸入于水輪機組的流量、總落差及水輪機的效率可以左右水輪機組的輸出功率，也就是發(fā)電量。

總落差就是水庫水位標高與水輪機中心標高之差，以水庫水位標高1400 M為例，其總落差即為1400 M-1241 M=159 M。

水輪機之輸入流量Q，就是單位時間內(nèi)通過水輪機之水的體積，發(fā)電機組靠調(diào)節(jié)流量Q來改變發(fā)電量。要如何來調(diào)節(jié)呢？實際上就是控制導翼開度大小來改變流量大小。

4 輸入與輸出功率

水輪機的輸入與輸出功率的比率百分數(shù)稱為水輪機的效率η，而水輪機之效率又因水輪機機組大小、制造廠家設計法則、經(jīng)驗的不同，以及運行過程中穴蝕、磨損、泄漏及旋轉(zhuǎn)等損失，使水力能量無法全部轉(zhuǎn)為機械能量，改變了機組的出力及效率。穴蝕通常發(fā)生在動輪部，動輪之每兩輪翼間之弧形水道各曲面，如果其曲度不合流線，則于水流稀薄處，容易發(fā)生渦流。于渦流處發(fā)生局部壓力降低至水的蒸發(fā)壓力以下時，于該處發(fā)生甚多之極小氣泡，氣泡膨脹破裂，與其接觸之機件（如動輪翼）等表面因受此破裂之力沖擊，稱為物理侵蝕；又由于空氣中之氧氣使機件表面氧化，稱作化學侵蝕，故產(chǎn)生嚴重侵蝕之現(xiàn)象。水輪機的效率在其滿載之 1/4 以下負載時，效率大為低落。如負載為滿載之 20%時，水力電廠效率約為 50%，滿載時效率約為 90%，所以說不同型式的機組，存有一定程度的特性差異。

由于輸出功率是由水輪機主軸所傳達出來的有效機械功率。理論上應將輸出功率計算在內(nèi)，故得到水輸出功率為 Pw=9.8ηQH。η：效率，通常都以 0.9 計算。Q：流量，每秒多少立方公尺。H：總落差，單位公尺。

既然發(fā)電量的多寡是根據(jù)水輸出功率來決定的。那么，假設德基分廠總落差為 140公尺，其流量為每秒30立方公尺，則其理論上所能產(chǎn)生之輸出功率即為：Pw= 9.8×0.9×30×140=37044 kW（千瓦）=37，044 MW。

5 電水比

什么是電水比？就是流量Q與發(fā)電量 Pw 比例之關系；在相同的水位標高，發(fā)電 1MW（1000 kW千瓦）電量，每秒需用多少立方公尺水量之比例。水庫形狀有如一個碗狀，底部容量小，愈往上容量愈大。而由水輸出功率：Pw=9.8ηQH可以得知，水庫水位H愈高，同樣的發(fā)電量Pw，用水量Q就愈少。反之，亦然。為了能迅速掌控，水力電廠各分廠換算出一種快速預估流量與發(fā)電量比例之關系，也就是電水比。

6 結(jié)語

在不同的水位，就有不同的電水比。水位愈高電水比愈大，發(fā)電量亦愈大。例如：在水位標高1400 M時，其電水比為1.3180。當決定一天內(nèi)欲放流每秒30立方公尺（30CMS）水量時，則其一天可發(fā)電的總發(fā)電量為：每秒30立方公尺*（1.3180） MW/CMS*24=948.96MW=948960 KW。若是水位標高改變?yōu)?402 M時，其電水比就變成為1.3327。同樣每日欲放流每秒30立方公尺（30CMS）水量時，可發(fā)電的總發(fā)電量即為：每秒30立方公尺*（1.3327）MW/CMS*24=959.544 MW=959544 kW。證明了總落差愈高，電水比愈大，發(fā)電量亦愈大的理論。

參考文獻

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