盧 冰

（中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，南寧 530023）

LU Bing

(Guangxi Electric Power Design&Research Institute CO.,LTD.of China Energy Engineering Group,Nanning 530023,China)

樂灘水電站老廠房改造工程規(guī)模及效益分析

盧 冰

（中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，南寧 530023）

介紹了樂灘（新、老）水電站的工程概況，分析了樂灘新水電站建成后的運行情況及其存在的機組利用小時數過多，不利于電站機組檢修，提出了改造該電站老廠房，利用電站棄水發(fā)電，減輕新電站機組運行壓力，提高電站整體調峰能力。論述了改造工程建設的規(guī)模及效益。

老廠房改造；規(guī)模；效益；樂灘水電站

1 概述

樂灘水電站為紅水河流域規(guī)劃開發(fā)的第八個梯級電站，壩址位于廣西忻城縣紅渡鎮(zhèn)上游3.0 km，上下游梯級分別為百龍灘水電站和橋鞏水電站。水庫正常蓄水位112 m，死水位為110 m，調節(jié)庫容為2 700萬m3，具有日調節(jié)性能。電站裝機4×150 MW。2005年底4臺機組全部并網發(fā)電。

樂灘老電站是廣西電力部門利用樂灘原有航運樞紐建成的紅水河干流最早的一座中型水電站，電站于1977年1月開工建設，1981年5月建成發(fā)電，裝機1臺，容量60 MW。2004年，在原壩址下游22.7 m處建設的樂灘水電站開始發(fā)電，樂灘老廠房位于現樂灘水電站下游右岸，緊靠大壩，由于水庫水位抬高后超出了老電站的設計水頭范圍，引水渠亦被新的大壩阻斷，老電站因此停運，目前廠房及內部設施保留較為完好。

隨著廣西經濟的快速發(fā)展，用電負荷增長較快，根據廣西區(qū)內能源資源條件、開發(fā)利用現狀和電網安全經濟運行的需要，廣西區(qū)政府提出要深度開發(fā)水電資源，因此，對現有水電進行改造增容是彌補電網電力缺口的重要途徑。為更好地利用水能資源，提高電站的調峰能力，對樂灘老廠房利用改造進行研究是必要的。

2 樂灘水電站運行情況

根據收集到的運行記錄，樂灘水電站平均水庫水位約為111.2 m，絕大多數情況水庫均控制在死水位110 m以上運行；樂灘各機組在18～22時及9～12時出力超過140 MW的累計時間明顯多于其他時間，相應頻率分別約為30%和20%，說明樂灘水電站承擔了較多的電網調峰運行任務，配合廣西電網兩個高峰時段進行調峰。樂灘水電站調峰運行期間，水庫水位多在110～112 m之間變化，水庫實際運行方式基本按設計運行方式執(zhí)行。樂灘水電站各機組出力超過140 MW（按出力較大的工況考慮）運行小時數統(tǒng)計成果見圖1（統(tǒng)計時段為2010年1月1日～2015年12月31日）。

圖1 各機組出力超過140 MW運行小時數統(tǒng)計成果

3 樂灘老廠房改造工程建設必要性

（1）適當降低樂灘水電站裝機利用小時，有利于改善電站運行條件。樂灘水電站上游巖灘水電站和大化水電站均已擴建完成，投入運行。其中，巖灘水電站擴建后設計裝機利用小時降低為4 170 h。根據設計成果，龍灘水電站一期工程建成后（正常蓄水位375 m），樂灘水電站設計多年平均可發(fā)電量為28.7 765億kW·h，年裝機利用小時為4 796 h，樂灘水電站建成后，電站結合汛期來水情況優(yōu)化水庫調度運行方式，進一步提高了電站發(fā)電效益，電站實際運行裝機利用小時相對較高。此外，根據近兩年樂灘水電站運行記錄，2014年和2015年平均入庫流量分別為1 733 m3/s和2 239 m3/s，參照設計年徑流頻率成果，相應約為75%和50%設計頻率，大致屬于平偏枯和平水年份水平，而這兩年平均發(fā)電量分別為30.24億kW·h和34.92億kW·h，裝機利用小時分別為5 040 h和5 820 h，裝機利用小時較高；結合電站實際水庫優(yōu)化調度運行方式，平水年份機組處于較高的發(fā)電利用小時，尤其是2015年，樂灘水電站棄水量較多，棄水天數約40 d，枯水期因機組檢修亦不時發(fā)生棄水情況。樂灘老廠房改造后，可利用樂灘水電站的棄水發(fā)電，并可適當降低樂灘水電站裝機利用小時，增加本電站的有效電量及有效容量，有利于改善電站的運行條件，提高本電站運行可靠性與經濟效益。

（2）利于機組檢修安排，減輕電站檢修壓力。根據樂灘水電站檢修記錄，4臺機組近10年平均計劃檢修天數約40 d，與原設計檢修時間及同類電站機組檢修時間相比偏多。根據2015年運行記錄分析，在正常來水年份下，樂灘水電站年裝機利用小時達5 800 h以上，棄水天數達40 d，與往年相比，機組檢修時間偏少，給電站運行帶來一定的壓力。根據機組近10年實際運行檢修特性，樂灘水電站需安排較多的時間進行檢修，若今后遇到較豐水年份，裝機利用小時將進一步提高，并產生更多棄水，機組正常檢修安排可能較困難，機組疲勞運行易發(fā)生故障。若樂灘水電站有機組故障停機或進行正常檢修時，來水量又大于3臺機組引用流量的情況下，改造機組便可替代檢修機組進行發(fā)電，減少檢修棄水，或根據系統(tǒng)需求參與調峰，發(fā)揮其容量效益，減輕檢修壓力，提高經濟效益。

（3）可作為樂灘水電站的備用電源。由于老廠房改造工程能獨立發(fā)電運行，可將它作為樂灘水電站的備用電源。因此，如果樂灘水電站廠用電故障引起全廠停機時，可發(fā)揮改造工程備用電源的作用，以保證樂灘水電站的運行安全。

（4）提高電站調峰能力，提高市場競爭力。樂灘水電站具有日調節(jié)性能，承擔電網調峰任務，根據樂灘水電站典型日運行方式，主要配合廣西電網18～22時及9～12時兩個高峰時段進行調峰。樂灘老廠房改造為一臺70 MW機組后，可提高電站的調峰、調頻能力，從而提高市場競爭力。同時，在一定程度上緩解電網調峰容量的緊張狀況，有利于改善電網的運行條件，減少電網低谷調峰棄水電量，提高電網的經濟效益。

（5）充分利用水能資源，提高樂灘水電站水量利用系數。樂灘水電站平均每年約有50.6 d棄水，水量利用系數為88.3%。為了提高水量利用率，減少棄水天數，對樂灘老廠房進行改造，利用樂灘水電站因裝機容量過流限制產生的棄水，可增加季節(jié)性電能約0.5 511億kW·h（龍灘375 m，下同），樂灘水電站與改造工程總水量利用系數提高為91.0%。

（6）節(jié)能減排保護生態(tài)環(huán)境。樂灘老廠房利用改造后，可充分利用水能資源。改造工程裝機容量為70 MW時，多年平均可發(fā)電量0.5 511億kW·h，每年節(jié)約標煤約1.74萬t，并可減少二氧化硫、二氧化碳及其他污染物的排放，有利于保護環(huán)境。

（7）老廠房改造工程充分利用樂灘水電站現有資源，利用樂灘水電站工程已有水庫發(fā)電，無水庫淹沒損失，無移民搬遷，此外本項目的建設還可以利用樂灘水電站工程的對外交通設施及送出工程，縮短建設工期并節(jié)約工程投資，使得改造工程的單位投資為3 913元/kW，遠低于目前新建水電站的單位千瓦投資水平，改造工程的經濟指標較好。

4 規(guī)模分析

4.1 正常蓄水位及死水位

樂灘老廠房改造工程主要利用樂灘水電站工程已有大壩和水庫發(fā)電，與樂灘水電站一起承擔電網的調峰、調頻任務，因此不改變原電站的水庫水位及水庫運行方式，水庫正常蓄水位112 m，汛期運行水位110 m，死水位110 m。

4.2 裝機容量

為充分利用老廠房及部分老設備，根據老廠房結構形式，改造方案仍采用豎軸軸流轉槳式水輪機，在不改變老廠房機組流道的情況下安裝新轉輪。樂灘水電站下游橋鞏水電站建成投產后，最大水頭由31.5 m降低至29.5 m，電站水頭范圍在6～29.5 m之間，根據本電站水頭范圍，以大化水電站擴機工程的模型轉輪（A834b）綜合特性曲線進行分析。

樂灘老廠房改造工程具有特殊性，是直接利用原廠房基坑及機組流道，機組運行條件及綜合效率將受到轉輪直徑及老機組流道限制，根據大化水電站擴機工程實際運行情況分析，提出本工程改造機組安全穩(wěn)定運行的單位流量不宜超過1.85 m3/s。因此，改造機組裝機容量及額定水頭主要受機組轉輪直徑8 m、機組綜合效率及單位流量的限制。

樂灘老廠房位于樂灘壩址下游約60 m，經進水口方案比較，采用右岸獨立進水口方案，通過約210 m引水段引水至老廠房發(fā)電。采用復核后的水頭損失進行初步水能出力計算分析，當上游水位為正常蓄水位112 m時，樂灘水電站4臺機組優(yōu)先發(fā)電后，改造機組發(fā)70 MW出力時，下游水位約93.2～93.4 m（相應下游橋鞏水庫運行水位82～84 m），改造機組發(fā)出70 MW容量相應發(fā)電水頭范圍約16.8～17 m。

樂灘水電站為低水頭電站，主要開發(fā)任務是發(fā)電，并在廣西電網中承擔一定調峰、調頻任務，為了更好地發(fā)揮其容量效益及電量效益，應盡量減少容量受阻，在額定水頭下，電站應能發(fā)滿裝機容量，在考慮留有一定裕度的情況下擬定額定水頭16.6 m。當改造機組裝機容量為70 MW、額定水頭為16.6 m時，核算其額定單位流量為1.84 m3/s。初步分析，若增大裝機容量，受到轉輪單位流量的限制，其額定水頭必須抬高，根據上述滿發(fā)裝機相應發(fā)電水頭分析，此時又將引起改造機組裝機容量受阻，在額定水頭下無法滿發(fā)裝機容量。因此，改造機組裝機容量70 MW、額定水頭16.6 m方案的額定工況的過流能力已接近槳葉最大轉角限制線，裝機容量不宜再增大。

綜上所述，樂灘老廠房利用改造工程推薦裝機容量為70 MW，額定水頭16.6 m。

5 節(jié)能減排效益分析

本工程投產運行后，與同等裝機規(guī)模的火電廠相比，每年不僅可節(jié)省大量燃煤，還大大減少了SO2、煙塵、NOx等污染物的排放。樂灘老廠房改造工程主要利用樂灘水電站棄水進行發(fā)電，設計多年平均發(fā)電量為0.5 511億kW h。按照廣西火電標煤耗315 g/kW h，本工程可節(jié)約標準煤1.74萬t/a，可減少 SO2、NOx、CO、CO2和灰渣排放量分別為278 t/a、218 t/a、1 054 t/a、39 547 t/a、3 480 t/a，具有良好的社會效益和環(huán)境效益。具體情況見表1。

表1 本工程節(jié)煤及污染物減排情況表

（責任編輯：劉征湛）

Scale and benefit analysis of old powerhouse reconstruction project at Letan Hydropower Station

An introduction was made on the general information of new and old powerhouses of Letan Hydropower Station.The operating situation of new powerhouse since it was put into operation was analyzed,based on which it was put forward that too high utilization hours led to inconvenient maintenance and repair,so the old powerhouse shall be reconstructed to utilize the surplus water for power generation,and to alleviate the operating pressure of new powerhouse,improve the total peak load regulating capacity of whole station.A discussion was made on the scale and benefit of old powerhouse reconstruction project.

Reconstruction of old powerhouse;scale;benefit;Letan Hydropower Station

LU Bing

(Guangxi Electric Power Design&Research Institute CO.,LTD.of China Energy Engineering Group,Nanning 530023,China)

TV61

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1003-1510（2016）06-0029-03

2016-10-13

盧 冰（1979-），女，福建漳平人，中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司工程師，碩士，主要從事水電水利規(guī)劃設計工作。