北川巴蜀通口河流域電力開發(fā)有限責任公司 陳軍

1 概況

通口河水電廠總裝機65.0MW（其中通口電站2×22.5MW，香水電站2×10.0MW），兩站多年平均發(fā)電量3.2億 KW.h。

通口電站位于四川省北川縣通口鎮(zhèn)上游2.3 km處，左岸屬江油市，右岸屬北川縣，電站距北川新縣城約46.0km，距江油市區(qū)約24.0km，是涪江一級支流通口河干流設計規(guī)劃的七個梯級水電站的第五級。電站于2002年9月動工建設，2004年8月并網(wǎng)發(fā)電投入商業(yè)運行。通口電站工程由碾壓混凝土重力壩、右岸引水系統(tǒng)、地面廠房和升壓站等建筑物組成。水庫正常蓄水位598.0m，總庫容3610.0萬m3，調節(jié)庫容97.0萬m3，設計具有日調節(jié)性能。

香水電站位于涪江一級支流通口河下游的江油市香水鄉(xiāng)境內，距上游通口電站11.6km，距江油市區(qū)23.0 km，是通口河干流設計規(guī)劃的七個梯級水電站的第六級。電站于1996年11月動工建設，1999年1月兩臺機組并網(wǎng)發(fā)電投入商業(yè)運行。香水電站工程由碾壓混凝土重力壩、右岸引水系統(tǒng)、地面廠房和升壓站等建筑物組成。水庫正常蓄水位546.70m，總庫容810.0萬m3，調節(jié)庫容84.0萬m3，具有日調節(jié)性能。

前期兩電站由同一公司下分別獨立經(jīng)營的子公司管理，在電站水庫調度方面存在互相不適應和不配合的狀況，后期企業(yè)為提高經(jīng)濟效益，提質增效，實施人力資源管理整合，形成一個電廠管理兩個梯級水電站的運營管理模式。

2 優(yōu)化調度的重要性

水電是電力系統(tǒng)的重要組成部分，一方面水電可在電網(wǎng)中通過承擔調峰、調頻和事故備用發(fā)揮其容量效益，另一方面又替代火電電能發(fā)揮其環(huán)保效益。這些效益的發(fā)揮好壞與水電站及其水庫的合理調度方式緊密相關。當系統(tǒng)中的水庫群進行聯(lián)合調度運行時，可獲得徑流補償和庫容補償效益，這對提高流域梯級水電站運行的安全可靠性和經(jīng)濟性都是十分有利的。

水庫調度是根據(jù)水庫所承擔的水力發(fā)電任務的主次和規(guī)定的運行原則，憑借水庫的調蓄能力，在保證大壩樞紐等水工建筑安全的前提下，對水庫的入庫流量過程進行調節(jié)，確保大壩及下游防洪安全、多發(fā)電能，提高綜合利用效能的一種控制技術，它是水電站及其水庫運行計劃的制定和實施的核心問題。

水電站及其水庫優(yōu)化調度的目的就是根據(jù)水庫的入流過程及綜合利用要求，采用最優(yōu)化方法，制定并實現(xiàn)水電站及其水庫的最優(yōu)運行調度方式，以獲得盡可能大的運行效益，使水庫及其水電站的設備能力得到充分發(fā)揮，使水能資源得到充分合理的利用。

通口河水電廠兩梯級水電站均有日調節(jié)水庫，通口站庫容為3610.0萬m3，香水站庫容為810.0萬m3，實施兩站的優(yōu)化調度，將會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。同時也為電網(wǎng)調頻、調峰，水庫防洪度汛，提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性發(fā)揮積極的作用。

3 庫調度的特點

水庫調度過程中有自己獨特的地方，主要表現(xiàn)在以下方面：

河流水資源的利用通常涉及到防洪、灌溉、通航、漁業(yè)養(yǎng)殖、工業(yè)用水、生活用水等相關許多社會部門，他們對水資源和水能的利用和保護都有各自的要求，這些要求不可能都得到滿足。在水庫的開發(fā)和調度過程中，必須從社會整體效益出發(fā)，處理好各部門、各方面的矛盾，協(xié)調相互的厲害關系，分工協(xié)作，進行統(tǒng)一安排。

由于影響水庫調度工作的河川徑流、網(wǎng)調負荷及各部門的用水信息等都具有很大的隨機性，因而，水電站的發(fā)電工作必然受到諸多限制，嚴重時甚至會對水庫安全運行造成影響。其中，河川徑流的影響尤其顯著。

首先，不同年份間有豐水年和枯水年之分，年年都有遭遇特大洪水和特枯來水的可能性；其次，即便是相同年份，雖然徑流會表現(xiàn)出一定的季節(jié)性，但是延遲或提前的季節(jié)徑流情況時有發(fā)生，給水庫運行調度工作帶來不少困難；再次，短期內（日、月、旬及各時刻）內徑流的變化隨機性很強，更加難以預測。水電站和水庫調度的目的就是要盡量減少各種風險，使其影響損失降至最低，同時獲取盡可能大的綜合效益，更好的滿足電力和其他相關部門的需求。

水電資源憑借其清潔性和可再生性被世界各國紛紛作為最優(yōu)開發(fā)能源，而且水電站一旦建成，其運行成本變化不大，因而在水電站及其水庫調度過程中，應該盡可能的多發(fā)電，發(fā)最合理的電，借以替代其他燃料的損耗，減少環(huán)境污染，節(jié)約社會成本。

水電站機組和相應的水電工程設備都具有啟停迅速、方便快捷的特點，這有利于水電站擔任電力系統(tǒng)調峰、調頻及事故備用的責任。同時，水電站建設周期長，人類積累了不少防洪度汛、合理調度的先進經(jīng)驗，再加上現(xiàn)代自動化控制手段的應用，這些都給水電站及其水庫調度工作帶來了機動靈活性。

水庫及其電站是電力系統(tǒng)的一個成員，同時它又和社會多個用水、治水部門有千絲萬縷的聯(lián)系，這就決定了其調度運行技術的復雜性。水電站及其水庫調節(jié)需要人們不僅要掌握工程技術中很多學科的知識，又要懂得自然科學、社會科學相關的知識。這些知識涉及到優(yōu)化技術、控制理論、數(shù)學和計算機技術以及水文生態(tài)，工農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟管理、機電一體化和通訊等諸多學科和部門，這給人類對水庫的進一步開發(fā)利用提出了更高的要求。

4 合理優(yōu)化提高水能利用率

4.1 合理提高水能利用率途徑

水能利用率(%)=[水電站年發(fā)電量(千瓦時)×3600]/[水庫年來水總量(立方米)×水庫設計水頭(米)×9.81]。實施途徑主要有：充分利用河道天然徑流量，減少棄水，在保證水庫防洪安全的前提下增加調節(jié)庫容的流量；充分利用水庫的落差減少水頭損失；減少機電設備運行過程中的能量損失。

通口河水電站為了充分利用河道天然徑流量減少棄水，采用天氣預報調度法，根據(jù)降雨徑流預報或者氣象臺的中短期降雨預報，汛前提前加大出力，降低庫區(qū)水位，從而增加防洪庫容；在汛末或者洪水消退階段，停止或者減少泄流，抬高機組運行水頭，充分利用水庫的落差減少水頭損失，增加水庫蓄水量和供水期發(fā)電量。這種方法受天氣預報水平和精度的影響較大。

采用分期抬高汛限水位辦法，減少棄水、充分利用河道的天然徑流量的有效措施，起到減少水頭損失的效果。通常，水庫防汛根據(jù)水文氣象特征將汛期劃分為訊前期、主汛期及訊后期幾個階段，不同的階段設計不同的汛限水位，逐步將水庫水位由主汛期的較低水位抬高至水庫正常運行水位，可達到增加蓄滿庫容的概率。相對于汛限水位不分期，效益明顯，但防汛風險有所增加。

4.2 提高水輪發(fā)電機組效率

電站經(jīng)濟運行方式是以減少機電設備的能量損失為目標，根據(jù)機組的運行特性，優(yōu)選效率高、耗水率低的機組運行，從而提高水能利用率。因為水輪發(fā)電機出力等于9.81乘以流量乘以水頭再乘以機組效率，所以在流量不變的情況下，要增加水輪發(fā)電機的出力只有提高水頭和增加效率。為提高水輪機的效率，就要減少水流在過流通道內的能量損失，使水輪機保持無撞擊進水和徑向出水。電站采用軸流轉漿式機組漿葉可調節(jié)的優(yōu)勢，優(yōu)化水輪機導葉和漿葉協(xié)聯(lián)曲線參數(shù)，根據(jù)庫區(qū)水位水頭的變化及時調整發(fā)電機組導葉及漿葉角度，從而提高水輪發(fā)電機組運行效率。

5 通過合理調度，提高上網(wǎng)電價

5.1 峰谷分時電價概述

峰谷分時電價是指根據(jù)用戶需求和電網(wǎng)在不同時段的實際負荷情況，將每天的時間劃分為高峰、平段、低谷三個時段或者高峰、低谷兩個時段，對各時段分別制定不同的電價標準，以鼓勵用戶和發(fā)電企業(yè)削峰填谷，提高電能資源的利用效率。

實行峰谷分時電價，有利于調動用戶削峰填谷和轉移用電負荷，降低峰谷時段的負荷差，提高系統(tǒng)設備容量的利用效率和節(jié)約能源。對社會而言，降低高峰時段負荷、峰谷比減小，有利于減少系統(tǒng)裝機容量和電網(wǎng)的建設，從而減少或延緩電力投資，提高社會經(jīng)濟效益；對電網(wǎng)而言，可以降低電網(wǎng)的投資成本和運行成本，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行；對電力用戶而言，將會在高峰時段少用電、低谷時段多用電，有利于降低用電成本；對電廠，可以降低由于調峰而增加的調峰成本費用，合理調度水庫運行水位。

5.2 采取積極措施，提高上網(wǎng)電價

通口河水電廠管理的通口水電站執(zhí)行上網(wǎng)均價政策，即峰、平、谷時段都是統(tǒng)一電價。香水站執(zhí)行峰枯、峰谷上網(wǎng)電價政策，豐水期電價低于枯水期電價，峰段電價高于谷段電價。為盡量多發(fā)高價電量，生產(chǎn)運行過程中應加強與調度和上下游電站的溝通和聯(lián)系，在來水同樣多的情況下盡可能多發(fā)高價電量，提高上網(wǎng)平均電價。通過提高水庫水位，增加機組運行水頭，保證機組出力多發(fā)電來提高經(jīng)濟收入，同時要配合香水站調峰的需要，適當拉開電量低高比。在峰水期上游來水較大的情況下，提前向香水站庫區(qū)注入適當流量，確保兩站都能機組滿負荷運行。

6 通過優(yōu)化合理調度，確保安全度汛

6.1 通口河流域概況

水庫控制流域面積為3989平方公里。通口河是涪江右岸一級支流，干流全長186.0km，流域面積4346km2，流域地形復雜，高差懸殊，氣候差異較大，流域上游及海拔2500m以上地方為冬干寒冷氣候區(qū)，冬季有降雨和結冰，年降雨量600～900mm左右，流域中下游屬熱帶溫潤季風氣候，終年溫暖，雨量充沛，年降雨量在1100mm以上。通口河洪水由暴雨形成，流域中上游地處龍門山暴雨區(qū)，暴雨中心多出現(xiàn)在治城一帶。洪水的季節(jié)變化與暴雨同步，主汛期為6～9月，年最大流量多發(fā)生在7、8兩月。洪水有陡漲陡落的特點，洪水過程曲線多為單峰型，歷時3～5日。

6.2 水庫工程基本情況

通口站水庫工程特征表：

名稱 單位 參數(shù)大壩以上控制流域面積 km2 3989.0多年平均降雨量 mm 2105.7設計洪水位（P=3.33%） m 596.31校核洪水位（P=0.5%） m 601.01正常蓄水位 m 598.0設計洪峰量（P=3.33%） m/s 6240.0校核洪峰流量(P=0.5%) m3/s 9700.0總庫容 萬m3 3610.0正常蓄水位庫容 萬m3 3361.0日調節(jié)庫容 萬m3 97.0

香水站水庫工程特征表：

運行方式集雨面積 (km2)最大 810.0 546.20 764.0 717.0 8480.0 4130.0最小 764.0 545.70 680.0 680.0 8.0總庫容(萬 m3)死水位(m)有效庫容(萬 m3)死庫容(萬 m3)泄流量(m3/s)

7 合理制定發(fā)電計劃降低生產(chǎn)成本

7.1 合理制定階段發(fā)電計劃

主要是對來水流量的分析。如當預報上游出現(xiàn)一個較大流量、而實際來水量小于預報的流量時，按預報來水量安排運行方式，可能造成水位下降很快，甚至不能保證機組的連續(xù)出力，使發(fā)電受到影響。相反，如果預報來水量小而實際來水量大時，可能造成水位上升很快，甚至提閘放水而造成大量棄水。

因此，為了充分合理地利用來水流量，并考慮防洪、調水、灌溉、發(fā)電之間的協(xié)調，盡可能實現(xiàn)優(yōu)化運行，應根據(jù)水情預報系統(tǒng)和對上游下泄流量、負荷情況、實際水位等因素進行綜合分析，對有限的可調庫容實行動態(tài)調度。根據(jù)水庫中期來水預報和發(fā)電設備情況，科學制定階段電量計劃；通過加強與水調、電調的聯(lián)系，積極解決好外部影響因素，并努力結合電站自身實際，做到全年少棄水而最大限度利用通口河水資源，為企業(yè)創(chuàng)造良好的發(fā)電效益。

7.2 優(yōu)化階段電量計劃

枯水期：由于氣候原因，11月至翌年4月為通口河枯水期。電站主要以保持高水頭多發(fā)峰段電量為主，平段和低谷時段盡量蓄水。

豐水期：每年5月至10月為通口河豐水期，也是發(fā)電的黃金季節(jié)，兩站要充分利用這一時節(jié)多發(fā)電量，為完成全年的發(fā)電目標打下堅實的基礎。

7.3 優(yōu)化廠內經(jīng)濟運行方式，確保運行經(jīng)濟性

7.4 優(yōu)化機組運行方式，降低生產(chǎn)成本

由于通口站1#機組在運行中出現(xiàn)了振動、擺度超標、轉輪輕度裂紋等問題。在2013年電站委托有關科研單位就機組在不同水頭、不同負荷情況下進行整機綜合測試并更換了轉輪。在運行過程中，嚴格避開振動區(qū)運行或盡量減少在振動區(qū)域運行時間，延長機組大修周期和使用壽命，降低生產(chǎn)成本，確保機組以較經(jīng)濟狀態(tài)運行。

7.5 優(yōu)化水庫調度方式，降低發(fā)電耗水率

在服從調度、保證防汛安全的前提下，分時段采用不同的汛期限制水位，盡量保持較高水庫運行水位的辦法，降低機組發(fā)電耗水率，提高發(fā)電經(jīng)濟效益。

8 結語

綜上所述，實施通口河流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調度，是增加企業(yè)經(jīng)濟效益必不可少的一項重要工作。做好流域梯級電站聯(lián)合優(yōu)化調度的研究與探索，需要我們經(jīng)過長期不懈的努力去總結生產(chǎn)運行經(jīng)驗及優(yōu)化電站水庫調度運行方式去逐步實現(xiàn)，才能充分發(fā)揮流域梯級電站優(yōu)化調度與調節(jié)的作用，保證上下游水電站發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，打下堅實的基礎。