摘 要:裝機(jī)方案是否合理直接決定技術(shù)改造的成敗。基于此,本文以河南省信陽(yáng)市南灣水庫(kù)水電站為實(shí)例,探討水能復(fù)核計(jì)算在裝機(jī)方案確定中的應(yīng)用,歸納和梳理了水庫(kù)式水電站裝機(jī)方案論證的基本思路和步驟,希望可以為同類電站的技術(shù)改造提供一定的參考。
關(guān)鍵詞:水庫(kù)式水電站;技術(shù)改造;水能復(fù)核;裝機(jī)方案
中圖分類號(hào):TV72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-5168(2018)25-0079-03
目前,全國(guó)已建成小水電站4萬(wàn)余座,總裝機(jī)容量約5.1億MW,小水電在農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、節(jié)能減排等方面發(fā)揮了重要作用。水庫(kù)式水電站作為小水電的重要組成部分,通過(guò)水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用對(duì)天然徑流進(jìn)行調(diào)配,具有較好的調(diào)節(jié)性能。由于部分水電站建成年代較早,在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了許多問(wèn)題,需要進(jìn)行技術(shù)改造。而裝機(jī)方案是否合理直接決定技術(shù)改造的成敗。因此,有必要對(duì)水庫(kù)式水電站裝機(jī)方案論證的基本思路和步驟進(jìn)行歸納和梳理,為水電站改造設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。
1 工程概況
南灣水庫(kù)位于淮河支流浉河上游,是以防洪為主,結(jié)合灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利樞紐工程。南灣水庫(kù)水電站位于大壩東端下游坡角處,屬壩后式電站。電站始建于1958年,現(xiàn)有4臺(tái)1 600kW機(jī)組,總裝機(jī)容量6 400kW。目前,電站廠房、管道等水工建筑物運(yùn)行良好,局部存在破損;機(jī)電設(shè)備老化嚴(yán)重,水輪機(jī)氣蝕系數(shù)高,銹蝕嚴(yán)重;電氣設(shè)備絕緣性較差;一些輔助設(shè)備已屬淘汰產(chǎn)品,危及電站運(yùn)行安全[1]。因此,為了提高電站水能利用效率和綜合自動(dòng)化管理水平,急需對(duì)電站進(jìn)行技術(shù)改造。
2 水文資料的選取
水能復(fù)核選用1952—2010年實(shí)測(cè)月來(lái)水資料為長(zhǎng)系列入庫(kù)徑流,繪制年徑流量過(guò)程線及趨勢(shì)線如圖1所示。實(shí)測(cè)多年平均徑流13.37m3/s,年均入庫(kù)徑流量約為4.21億m3,與水庫(kù)多年平均徑流量設(shè)計(jì)值4.49億m3接近,所選用的水文系列資料具有可靠性和合理性。由圖1可知,水庫(kù)入庫(kù)徑流量略有減小的趨勢(shì),但總體趨于平穩(wěn)。
根據(jù)實(shí)測(cè)資料繪制月平均徑流過(guò)程,如圖2所示。從圖2可知,入庫(kù)徑流主要集中于6—8月,3個(gè)月總水量占全年總水量的51.16%;枯水期主要為1月和12月,其他月份入庫(kù)徑流差異不大,豐枯明顯,來(lái)水相對(duì)較為充裕。
3 水能復(fù)核計(jì)算
南灣水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)水庫(kù),故采用長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算進(jìn)行水能復(fù)核。水能復(fù)核計(jì)算以電站發(fā)電量最大為目標(biāo)函數(shù),采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃進(jìn)行求解[2]。經(jīng)不同裝機(jī)容量計(jì)算,繪制電站裝機(jī)容量與年均發(fā)電量關(guān)系曲線,如圖3所示。
從圖3可知,電站具有一定的增容潛力,當(dāng)裝機(jī)容量為6 400~7 000kW時(shí),年均發(fā)電量增幅比較大,當(dāng)總裝機(jī)容量超過(guò)7 000kW時(shí),年均發(fā)電量增幅趨于平緩,雖然略有增加,但可利用的水能空間較小,主要是系列中個(gè)別年份來(lái)水較豐的棄水發(fā)電量。因此,從水能利用角度分析,電站的總裝機(jī)容量應(yīng)約為7 000kW。
4 裝機(jī)方案論證
4.1 初選電站裝機(jī)方案
從水能復(fù)核計(jì)算結(jié)果可知,現(xiàn)有的水能資源豐富,存在增容的可能性。此次改造考慮到電站原裝機(jī)容量和現(xiàn)有土建部分的限制,初選以下裝機(jī)方案:
方案一:保持現(xiàn)有裝機(jī)容量(4×1 600)kW不變,總裝機(jī)容量為6 400kW;
方案二:將4臺(tái)機(jī)組增容至(4×1 700)kW,總裝機(jī)容量為6 800kW;
方案三:將4臺(tái)機(jī)組增容至(4×1 800)kW,總裝機(jī)容量為7 200kW。
4.2 水能計(jì)算與效益投資對(duì)比
通過(guò)分析水電站入庫(kù)徑流和下游用水,以南灣水庫(kù)電站發(fā)電量最大為目標(biāo)函數(shù),應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃進(jìn)行求解,對(duì)上述三種方案進(jìn)行水能計(jì)算和效益投資比計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表1所示。
從表1可知,隨著總裝機(jī)容量的增加,多年平均發(fā)電量增大,多年平均棄水量減少,即裝機(jī)容量最大的方案三仍存在棄水,充分說(shuō)明了電站具有擴(kuò)容的余地。
4.3 裝機(jī)方案對(duì)比
從水能計(jì)算和效益投資綜合分析,方案一具有較高的效益投資比,但考慮到充分利用水能資源,尤其是汛期棄水,電站應(yīng)進(jìn)行增容。結(jié)合電站的實(shí)際情況論證如下。
4.3.1 發(fā)電效益分析。從利用水能角度考慮,方案二、三比方案一具有優(yōu)越性。從動(dòng)態(tài)規(guī)劃調(diào)度可知,當(dāng)裝機(jī)容量超過(guò)7 000kW時(shí),隨著裝機(jī)容量的增加,發(fā)電量增幅有限,方案二、三的年均發(fā)電效益增加較少,但其機(jī)組造價(jià)有明顯增長(zhǎng),導(dǎo)致投資明顯增加;方案一投資較小,但其經(jīng)濟(jì)效益較差,由電站的運(yùn)行實(shí)際可知,其與水庫(kù)水情不相匹配,導(dǎo)致水能資源的浪費(fèi)。因此,綜合水能資源的高效利用與電站的經(jīng)濟(jì)效益,方案二具有明顯優(yōu)勢(shì)性。
4.3.2 機(jī)組基礎(chǔ)分析。電站建成時(shí)的單機(jī)容量為1 360kW,經(jīng)過(guò)多次改造后單機(jī)容量已增至1 600kW,增幅達(dá)17.65%,混凝土機(jī)墩基礎(chǔ)等已經(jīng)運(yùn)行多年,結(jié)構(gòu)存在老化,不宜大幅增容。方案三的經(jīng)濟(jì)效益較高,但其單臺(tái)裝機(jī)容量較設(shè)計(jì)時(shí)增幅為32.35%,現(xiàn)有的混凝土基礎(chǔ)難以滿足增容要求;方案二增幅有限,結(jié)構(gòu)受力變化較小,通過(guò)結(jié)構(gòu)論證分析,現(xiàn)有基礎(chǔ)可以滿足改造要求。
4.3.3 建筑物、設(shè)備適應(yīng)性分析。由于電站建筑物等建成年代較早,其早期規(guī)劃方案均按單臺(tái)機(jī)組1 360kW進(jìn)行設(shè)計(jì),方案二與現(xiàn)有裝機(jī)接近,在機(jī)組安裝、運(yùn)行及與控制系統(tǒng)、電力輸送系統(tǒng)的適應(yīng)性相對(duì)較好;方案三增容幅度較大,電站現(xiàn)有設(shè)備難以滿足安裝、運(yùn)行的需要,與現(xiàn)有建筑物的匹配性能差,需要對(duì)現(xiàn)有建筑物和設(shè)備進(jìn)行較大幅度的更新改造,工程量大,投資額度較高,且存在一定的技術(shù)難度。
綜上所述,選取方案二對(duì)電站進(jìn)行技術(shù)改造,即將4臺(tái)機(jī)組分別增容至1 700kW,總裝機(jī)容量由6 400kW增容至6 800kW。
5 結(jié)論
南灣水電站通過(guò)技術(shù)改造可更充分地利用現(xiàn)有水能資源,機(jī)組效率大幅提升,運(yùn)行安全得到有效保證,能顯著增加電站的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn):
[1]舒靜,林旭新,方華,等.小型水電站更新改造適用技術(shù)探討[J].小水電,2011(5):58-59.
[2]馬躍先,馬清志,李軍.昭平臺(tái)二級(jí)水電站的增容改造[J].小水電,2001(3):28-29.