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        遼寧大雅河抽水蓄能電站裝機(jī)容量分析

        2017-08-17 10:58:42白云鵬張彥東李曉軍
        東北水利水電 2017年8期
        關(guān)鍵詞:大雅裝機(jī)容量裝機(jī)

        白云鵬,張彥東,李曉軍

        (1.中核遼寧核電有限公司,遼寧興城125100;2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司,吉林長春130021)

        遼寧大雅河抽水蓄能電站裝機(jī)容量分析

        白云鵬1,張彥東2,李曉軍2

        (1.中核遼寧核電有限公司,遼寧興城125100;2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司,吉林長春130021)

        大雅河抽蓄電站位于遼寧省東部,電站建成后將主要配合先期建設(shè)的蒲石河抽水蓄能電站及其它調(diào)峰電源,共同解決遼寧電網(wǎng)及東北電網(wǎng)調(diào)峰能力不足,維護(hù)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。文中通過電力電量平衡、工程建設(shè)條件等因素,結(jié)合廠址實際情況推薦最優(yōu)的裝機(jī)容量方案。

        抽蓄項目;調(diào)峰能力;裝機(jī)容量;方案比較

        1 工程概況

        大雅河抽水蓄能電站位于遼寧省桓仁滿族自治縣境內(nèi),距桓仁縣城30 km,距本溪市106 km,距省會沈陽市152 km,下水庫利用渾江支流大雅河上擬建的大雅河水利樞紐工程。電站開發(fā)任務(wù)為承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、負(fù)荷備用及緊急事故備用。綜合考慮遼寧電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特點、電網(wǎng)受電等因素,為了滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求,確定大雅河抽水蓄能電站的供電范圍為遼寧電網(wǎng)、兼顧東北電網(wǎng)。

        大雅河抽水蓄能電站實施后,將配合先期建設(shè)的蒲石河抽水蓄能電站及其它調(diào)峰電源,共同解決遼寧電網(wǎng)及東北電網(wǎng)調(diào)峰能力不足,維護(hù)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。

        2 裝機(jī)容量研究

        2.1 滿發(fā)利用小時數(shù)確定

        抽水蓄能電站的滿發(fā)利用小時數(shù)取決于電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性和調(diào)峰需求,以及電站本身的自然條件,需要尋找一個合適的滿發(fā)利用小時數(shù),來保證抽蓄電站滿足電網(wǎng)在最優(yōu)工況下運行。

        按照遼寧省電網(wǎng)2025年水平年預(yù)測的負(fù)荷特性,在一日內(nèi)出現(xiàn)三個負(fù)荷高峰、早峰、上午峰和晚間高峰,其中晚高峰比較突出,早、上午峰不太明顯,且較平緩,持續(xù)時間為1~2 h,需要的調(diào)峰容量也較小;變化幅度較大的主要是晚高峰最大持續(xù)時間約4 h,特別是在迎峰爬坡的2 h,系統(tǒng)的負(fù)荷由53 913 MW,增加到64 030 MW,平均每小時增加5 059 MW/h,系統(tǒng)負(fù)荷增加幅度較大,因此,晚高峰4 h時間系統(tǒng)需要的調(diào)峰容量也比較大。因此大雅河抽水蓄能電站滿發(fā)利用小時數(shù)不宜小于5 h。

        從抽水蓄能電站的運行特點看,滿發(fā)利用小時數(shù)越大對電網(wǎng)調(diào)峰運行越有利,可見抽水蓄能電站的調(diào)峰發(fā)電小時數(shù)在條件允許的情況下,應(yīng)盡可能大一些;從配合核電、風(fēng)電等新能源方面看,抽水蓄能電站能夠降低風(fēng)電對電網(wǎng)的沖擊,而發(fā)電小時數(shù)越大,將越有利于配合風(fēng)電運行,實時調(diào)峰、儲能,以促進(jìn)風(fēng)能資源充分、有效利用;從電力系統(tǒng)備用的角度看,抽蓄電站反應(yīng)迅速,備用容量越多對于系統(tǒng)運行越安全,當(dāng)系統(tǒng)某些機(jī)組發(fā)生故障,蓄能機(jī)組能及時投入運行,保障電力系統(tǒng)安全。綜上分析,從電網(wǎng)調(diào)峰、備用需求、電站的建設(shè)條件分析,大雅河抽水蓄能電站選擇日調(diào)峰發(fā)電5 h,同時考慮1 h備用發(fā)電是比較合適。

        2.2 裝機(jī)容量比較方案擬定

        結(jié)合工程本身的自然條件、遼寧電網(wǎng)及東北電網(wǎng)需求,該電站裝機(jī)容量初擬時,主要考慮以下幾個方面因素:

        1)工程自然條件。電站上水庫位于一撮毛山峰及與其北邊相鄰的次高峰之間的鞍部,通過開挖山脊鞍部和在鞍部兩側(cè)筑壩形成上水庫庫盆。南側(cè)山頂高程1 174~1 186 m,北側(cè)山頂高程1 134~1 140 m,鞍部最低點高程1 098 m,東側(cè)鞍部地形坡度17°~28°,西側(cè)鞍部地形坡度23°~26°。南北兩峰之間距離900 m,庫盆開挖至正常蓄水位1 066.0 m高程時,南側(cè)山體厚度約400 m,北側(cè)山體厚度約240 m,鞍部山體厚度約160 m。從地形地質(zhì)條件和建筑物布置等方面來看,上水庫的正常蓄水位不宜超過1 075.0 m。

        2)機(jī)組制造國產(chǎn)化及參數(shù)。根據(jù)初步分析,大雅河抽蓄電站的水頭應(yīng)在582.7~649.8 m之間。目前國內(nèi)抽水蓄能電站在該水頭段的機(jī)組已有運行實例,參考國內(nèi)同等規(guī)模的抽水蓄能電站機(jī)組參數(shù)、水頭變幅范圍、設(shè)計條件與機(jī)組制造難度等情況,大雅河抽水蓄能電站采用單級可逆混流式水泵水輪機(jī),單機(jī)容量350~400 MW,國內(nèi)技術(shù)可行。

        3)電網(wǎng)需求。從遼寧電網(wǎng)電源優(yōu)化配置角度分析,到2025年遼寧電網(wǎng)抽水蓄能電站最小配置規(guī)模需達(dá)到7 800 MW時,才能使整個電力系統(tǒng)的費用現(xiàn)值最小,運行最經(jīng)濟(jì)。目前遼寧電網(wǎng)中僅有蒲石河一座抽水蓄能電站,裝機(jī)容量1 200 MW,遠(yuǎn)不能滿足電網(wǎng)調(diào)峰的需求。可見遼寧電網(wǎng)抽水蓄能電站發(fā)展空間較大。

        基于上述因素,并考慮了目前可逆式水輪機(jī)的單機(jī)容量,初擬1 400 MW、1 600 MW、1 800 MW和2 000 MW四個比選方案,各方案動能指標(biāo)見表1。

        2.3 電力電量平衡

        該電站供電范圍主要是遼寧電網(wǎng),參加平衡的電源主要包括抽水蓄能電站、常規(guī)水電站、調(diào)峰火電機(jī)組。抽水蓄能電站考慮蒲石河抽水蓄能電站1 200 MW,同時考慮這次設(shè)計的大雅河抽水蓄能電站。常規(guī)水電站包括白山、紅石、豐滿、云峰、渭源、太平灣、水豐、尼爾基、白山蓄能等9座,東北電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度的水電站和桓仁、回龍山、金哨、雙嶺、太平哨等5座遼寧省調(diào)水電站。根據(jù)東北電網(wǎng)關(guān)口調(diào)度規(guī)則,東北網(wǎng)統(tǒng)調(diào)水電46.67%分配給遼寧電網(wǎng),共2 210 MW,加上遼寧省調(diào)水電608.5 MW,合計可用水電容量為2 818 MW。

        表1 各方案動能指標(biāo)匯總表

        根據(jù)預(yù)測,到2025年遼寧電網(wǎng)火電機(jī)組容量為35 210 MW,其中能調(diào)峰的火電機(jī)組為24 247 MW,熱電機(jī)組10 963 MW。調(diào)峰火電機(jī)組中:單機(jī)容量200 MW機(jī)組3 200 MW,調(diào)峰幅度按30%考慮;單機(jī)容量300~600 MW機(jī)組為14 440 MW,調(diào)峰幅度45%;單機(jī)容量800 MW機(jī)組為1 600 MW;單機(jī)容量1 000 MW機(jī)組為2 000 MW,調(diào)峰幅度均按45%考慮。部分單機(jī)容量在100 MW及以下的小火電機(jī)組,可以開停機(jī)調(diào)峰,其調(diào)峰幅度為100%。

        平衡原則:在滿足電力系統(tǒng)電力、電量及調(diào)峰能力平衡的前提下,使系統(tǒng)的燃料消耗最小,空閑容量最小為原則,采用電力系統(tǒng)電源優(yōu)化和生產(chǎn)模擬模型,分別對各裝機(jī)方案進(jìn)行2025年設(shè)計水平年電力電量平衡,同時進(jìn)行系統(tǒng)的燃料消耗計算。計算成果見表2。從平衡成果分析,隨著大雅河抽水蓄能電站的裝機(jī)容量增大,系統(tǒng)煤耗呈遞減趨勢,抽水蓄能電站容量能夠得到充分利用。電力電量平衡成果表明,電網(wǎng)對抽水蓄能電站的需求量較大,故裝機(jī)容量大的方案對電網(wǎng)較為有利。

        表2 各方案電力電量平衡表

        2.4 工程建設(shè)條件

        水工布置:各方案樞紐布置格局基本相同,主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)及下水庫等組成。上水庫采用全庫盆開挖方案,輸水系統(tǒng)壓力管道初擬采用鋼襯型式,擬采用首部布置方式,下水庫利用大雅河水利樞紐為下水庫。各方案上水庫、廠房水道系統(tǒng)主體工程量隨裝機(jī)容量增加而增加,但對裝機(jī)規(guī)模不存在制約性因素。

        機(jī)電和金結(jié):電站四個裝機(jī)容量方案的機(jī)組參數(shù)均處在國內(nèi)平均水平,其Kp值均在3 000~3 400范圍內(nèi),Hpmax/Htmin比值在1.144~1.152之間,均在統(tǒng)計曲線的穩(wěn)定運行范圍之內(nèi),機(jī)組設(shè)計、制造及大件設(shè)備的運輸均不存在制約因素。隨著裝機(jī)容量加大,機(jī)組尺寸、重量均有所增加,機(jī)電設(shè)備投資有所增加。

        施工組織:四個裝機(jī)規(guī)模方案的施工導(dǎo)流、施工方法、施工交通、施工總布置基本相同,只是施工總布置中的渣場布設(shè)根據(jù)各裝機(jī)規(guī)模工程棄渣量不同而有所不同。四個裝機(jī)規(guī)模方案工程施工關(guān)鍵項目均為地下廠房系統(tǒng),引水隧洞、壓力管道、尾水隧洞等非關(guān)鍵線路工程項目施工進(jìn)度安排有所不同。

        建設(shè)征地及環(huán)境保護(hù):征地區(qū)主要涉及桓仁滿族自治縣普樂堡鎮(zhèn),不涉及永久占用耕地和專業(yè)項目,不考慮移民安置和專業(yè)項目遷改建,臨時用地進(jìn)行耕地復(fù)墾以及村內(nèi)調(diào)劑土地的方式進(jìn)行安置,各裝機(jī)方案安置難度相當(dāng)。建設(shè)征地移民安置對裝機(jī)規(guī)模方案選擇存在一定影響,但影響程度很小,不構(gòu)成制約性因素。工程建設(shè)不存在重大環(huán)境敏感問題。

        2.5 經(jīng)濟(jì)比較

        各方案運行期取30年。社會折現(xiàn)率取8%。蓄能電站運行費率取2.5%。隨著電站裝機(jī)容量的增加,電站靜態(tài)總投資不斷增加,而單位千瓦投資先降后增,1 600 MW裝機(jī)方案單位千瓦投資最低。從總費用現(xiàn)值來看,1 600 MW裝機(jī)方案總費用現(xiàn)值最低。具體詳見表3。

        表3 不同方案經(jīng)濟(jì)比較成果表

        3 研究結(jié)論

        綜上分析,遼寧電網(wǎng)對抽水蓄能電站的需求空間很大,且大雅河抽水蓄能電站各裝機(jī)容量比選方案機(jī)組均可滿足國產(chǎn)機(jī)組相關(guān)要求,各方案在施工、金結(jié)、環(huán)保、征地移民等方面沒有本質(zhì)區(qū)別。根據(jù)地形地質(zhì)條件及水工建筑物的布置,以及從挖填平衡角度考慮裝機(jī)容量不宜超過1 600 MW。從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來看,裝機(jī)容量1 600 MW方案的單位千瓦投資和總費用現(xiàn)值最低。裝機(jī)容量1 600 MW方案較好地利用了上、下水庫天然地形地質(zhì)條件,裝機(jī)規(guī)模適中,經(jīng)濟(jì)性也較優(yōu)。因此,推薦大雅河抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模為1 600 MW,電站滿發(fā)利用小時數(shù)為5 h,備用發(fā)電為1 h。

        TV743

        B

        1002—0624(2017)08—0009—03

        2017-03-22

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