潘秀玲

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆　烏魯木齊　830000)

布拉特水電站裝機(jī)規(guī)模經(jīng)濟(jì)比選

潘秀玲

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830000)

摘要：裝機(jī)規(guī)模的選擇直接關(guān)系到電站投資規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益，因此1座水電站的裝機(jī)容量大小不但要從技術(shù)條件分析，更為重要的是應(yīng)該從經(jīng)濟(jì)條件分析，結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益來決定水電裝機(jī)應(yīng)該多大。通過布拉特水電站工程規(guī)模的論證，依據(jù)工程設(shè)計實(shí)例，簡述了該工程的水利和動能計算、特征水位的選擇，最終通過經(jīng)濟(jì)比選確定了電站裝機(jī)規(guī)模。圖3幅，表4個。

關(guān)鍵詞：水電站；裝機(jī)規(guī)模；水力動能；經(jīng)濟(jì)比選

1工程概況

布拉特水電站作為布拉特河推薦的近期工程，是規(guī)劃梯級的最后一級電站，采用引水式開發(fā)，其開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，主要由混凝土重力壩、導(dǎo)流沖沙閘、發(fā)電引水洞、壓力前池、壓力管道、地面廠房及尾水渠等組成。工程等別屬Ⅳ等小(1)型工程，導(dǎo)流沖沙閘、發(fā)電引水洞、地面廠房及電站尾水渠為4級，臨時性建筑物為5級。

布拉特水電站渠首正常高水位為2 075.0 m，電站裝機(jī)容量40 MW，保證出力3.1 MW，聯(lián)合運(yùn)行多年平均年發(fā)電量1.396億kW·h；單獨(dú)運(yùn)行多年平均發(fā)電量1.15億kW·h，聯(lián)合運(yùn)行裝機(jī)年利用小時數(shù)3 490 h；單獨(dú)運(yùn)行裝機(jī)年利用小時數(shù)2 874 h。

2水利動能計算

2.1基礎(chǔ)資料

(1)徑流資料

單獨(dú)運(yùn)行時采用水文章節(jié)中布拉特水電站引水樞紐斷面的豐(P=10%)、平(P=50%)、枯(P=90%)3個代表年的日均流量，按照無調(diào)節(jié)水電站水能列表進(jìn)行動能計算；聯(lián)合運(yùn)行時采用規(guī)劃各電站引水?dāng)嗝嬖O(shè)計年徑流年內(nèi)分配成果為流量依據(jù)。

(2)生態(tài)基流

生態(tài)基流為壩址斷面多年平均流量的10%，即1.41 m3/s。

綜上，布拉特水電站引水量即為水文站斷面流量減去水文站斷面與攔河工程斷面之間的匯入量，再扣除攔河工程處的生態(tài)基流。

2.2計算方法

單獨(dú)運(yùn)行根據(jù)水文章節(jié)的豐、平、枯3個代表年的1 096個日平均流量排序，然后采用無調(diào)節(jié)水電站列表法進(jìn)行計算。聯(lián)合運(yùn)行計算時，依據(jù)規(guī)劃，上游阿格爾水庫正常蓄水位2 585 m，對應(yīng)水庫庫容4 699萬m3，調(diào)節(jié)庫容3 958 m3，發(fā)電流量加上區(qū)間匯入，同時扣除下游脫水河段的生態(tài)基流量；采用列表以月為時段由上游龍頭水庫向下游逐級進(jìn)行等流量調(diào)節(jié)計算。計算出力時，均受相應(yīng)水電站最大過水能力的限制(見圖1～圖3)。

圖1　流量～保證率關(guān)系曲線

圖2　出力～保證率關(guān)系曲線

圖3出力～電量關(guān)系曲線

2.3電站廠房尾水水位～流量關(guān)系

布拉特水電站尾水通過尾水渠投入布拉特河下游河床，根據(jù)該處河床地形繪制水位流量關(guān)系曲線，然后根據(jù)尾水渠設(shè)計斷面推至廠房尾水處，確定電站尾水水位(見表1)。

2.4電站綜合出力系數(shù)

布拉特水電站綜合出力系數(shù)取為8.48。

3正常蓄水位的選擇

3.1初擬正常蓄水位

布拉特水電站所選壩址比規(guī)劃的壩址上移了160 m，結(jié)合規(guī)劃階段水電站最大壩高14.7 m及冬季蓄冰的要求，擬定了2 072、2 075 m和2 078 m共3個不同正常蓄水位方案進(jìn)行比選?？紤]到電站在系統(tǒng)中的作用和不同能量指標(biāo)變化情況，按照裝機(jī)年利用小時數(shù)基本相同的原則，初擬各正常蓄水位方案的裝機(jī)容量，各方案的裝機(jī)容量分別為39.1、40 MW和40.7 MW。

表1　廠房尾水水位流量關(guān)系

表2　布拉特水電站不同正常蓄水位方案動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3.2各方案主要指標(biāo)

按上述計算原則和計算方法分別對不同正常蓄水位方案進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)和動能指標(biāo)計算，通過水工布置、投資估算和經(jīng)濟(jì)比較，各正常蓄水位方案主要動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表所示(見表2)。

3.3正常蓄水位的選擇

(1)與上游水頭的銜接

由于布拉特水電站位于布拉特溝與主流匯合處下游，其上游規(guī)劃的布哈里水電站未能利用布拉特溝流量，在布拉特河梯級電站尾水位受到下游灌溉引水口高程制約前提下，從水能利用角度來說，水電站水頭越大，水能利用越充分，工程效益越高。但在布拉特匯合處分布有茂密的云杉及草地，若正常水位較高，則淹沒占地較大，對環(huán)境影響較大，因此應(yīng)從能量指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、淹沒損失多方面比較確定正常水位。

(2)能量指標(biāo)和綜合效益

隨著正常蓄水位的增加，保證出力和多年平均年發(fā)電量都呈增長趨勢，正常蓄水位低于2 075 m增加幅度比較明顯；而正常蓄水位高于2 075 m增加幅度比較緩慢；因此，從水利動能指標(biāo)情況分析，2 075 m方案較優(yōu)。

(3)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

采用單位千瓦投資和單位電度投資對不同正常蓄水位進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，3個正常蓄水位方案的單位千瓦投資分別為9 263.08、9 142.56元/kW和9 053.42元/kW，單位電度投資分別為2.625、2.59、2.577元/kW·h。方案3單位電度投資最小，但投資大，水庫淹沒面積變大對生態(tài)影響大；方案1單位年發(fā)電量較其他兩個方案小，單位電度投資最大，因此本階段推薦方案2。

(4)從水庫淹沒損失分析

正常蓄水位為2 075 m時，工程總投資為36 570.26萬元，水庫淹沒影響總面積141.06畝，其中水域面積45.08畝，陸地面積96.58畝。陸地面積包括天然林地57.95畝、天然草地38.63畝。

而水庫淹沒補(bǔ)償總投資為440.0萬元，占工程靜態(tài)總投資的1.2%，因此，水庫淹沒補(bǔ)償對正常蓄水位存在制約因素，水庫淹沒面積越大，淹沒補(bǔ)償投資越高，對環(huán)境破壞越大。

綜上所述，結(jié)合壩址及動能指標(biāo)、水庫淹沒損失、投資估算和經(jīng)濟(jì)比較，本階段選定布拉特水電站的正常蓄水位為2 075 m。

4裝機(jī)容量經(jīng)濟(jì)比選

4.1擬定裝機(jī)容量方案

根據(jù)布拉特水電站的動能指標(biāo)及水頭特性，擬定了35、40 MW和42 MW共3個裝機(jī)容量方案。

布拉特水電站上游規(guī)劃有阿格爾水庫，阿格爾水庫為不完全年調(diào)節(jié)水庫，可對徑流進(jìn)行部分的調(diào)節(jié)。經(jīng)計算，布拉特水電站單獨(dú)運(yùn)行保證出力為3.1 MW，聯(lián)合運(yùn)行時保證出力為7 MW。結(jié)合機(jī)組運(yùn)行及檢修備用要求，且按照發(fā)保證出力不小于單機(jī)容量的45%擬定單機(jī)容量(見表3)。

表3　布拉特水電站各裝機(jī)方案經(jīng)濟(jì)比較

從3個裝機(jī)方案經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果分析，3個方案的經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率均大于7%，效益費(fèi)用比法大于1.0，說明3個方案都是可行的。凈現(xiàn)值法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選，40 MW方案凈現(xiàn)值最大，根據(jù)凈現(xiàn)值法的凈現(xiàn)值最大原則，優(yōu)于其他方案。根據(jù)差額內(nèi)部收益率法比較，方案2與方案1差額內(nèi)部收益率為7.9%，方案2優(yōu)；方案2與方案3差額內(nèi)部收益率為6.04%，方案2優(yōu)；從以上分析中可以看出，方案2是以上方案中經(jīng)濟(jì)上最有利的方案。

4.2計算成果

根據(jù)徑流調(diào)節(jié)計算的原則和方法及采用的基礎(chǔ)資料進(jìn)行計算，布拉特水電站單獨(dú)運(yùn)行時保證出力為3.1 MW，多年平均年發(fā)電量1.15億kW·h，裝機(jī)年利用小時數(shù)2 874 h；聯(lián)合運(yùn)行時保證出力7 MW，多年平均年發(fā)電量1.396億kW·h，裝機(jī)年利用小時數(shù)3 490 h。

裝機(jī)容量為40 MW時，布拉特水電站的水利動能指標(biāo)如下所示(見表4)。

表4　布拉特水電站水利動能計算成果

5結(jié)語

綜上所述，在分析布拉特水電站引水樞紐正常蓄水位、前池水位、汛期水位等涉及電站建設(shè)規(guī)模的特征指標(biāo)后，確定了電站的裝機(jī)容量。

水電站在選擇裝機(jī)容量時，必須要在技術(shù)比較的基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計算比較。只有技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的裝機(jī)規(guī)模才是最優(yōu)的裝機(jī)規(guī)模。

參考文獻(xiàn)：

[1]SL 76—2009，小水電水能設(shè)計規(guī)程[S].

[2]DL/T 5015—1996，水利水電工程動能設(shè)計規(guī)范[S].

[3]霍欽超.甘棠江水電站水能計算探討 [J]. 小水電， 2007(3):25_27.

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2015-12-29

作者簡介：潘秀玲(1980-)，女，工程師，主要從事水電、新能源發(fā)電設(shè)計及經(jīng)濟(jì)評價等方面的研究工作。E_mail：41956021@qq.com