張 明

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆？喀什？844000)

1 概 述

塔什庫爾干河是塔里木河水系葉爾羌河最大的一條清水河流，全長298 km，總流域面積9 980 km2[1]。下坂地水利樞紐工程位于該河的中下游，是塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃中唯一的山區(qū)水利樞紐工程，壩址以上河長217 km，占塔什庫爾干河全流域的95.9%[2]。流域呈典型的大陸性高原氣候，多年平均降水量68.9 mm。

2 水能分析

2.1 壩址徑流

下坂地水庫壩址以上的徑流主要是由于夏季氣溫升高冰雪融化形成的，其水情隨氣溫的變化而變化，即氣溫高，徑流量大；反之，則徑流量小。下坂地水庫的反調(diào)節(jié)水庫有6座，分布在上、中游灌區(qū)。下坂地水庫壩址控制流域面積9 570 km2，壩址多年平均徑流量10.88億m3，最大值15.2億m3(1959—1960)，最小值7.3億m3(1974—1975)。Cv=0.16，采用P—Ⅲ型曲線適線，適線結(jié)果為：W=10.9億m3，Cv=0.20，Cs=3.0Cv。

2.2 下坂地水庫正常蓄水位的選擇

下坂地水電站是喀什、克州兩地唯一具有調(diào)節(jié)性能比較好的電站，考慮到兩地州電網(wǎng)已經(jīng)由220 kV聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，電力補(bǔ)償能綜合發(fā)揮調(diào)峰電站的作用；但電力補(bǔ)償又是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，所以論證下坂地水庫正常蓄水位調(diào)度原則上按電力補(bǔ)償和不進(jìn)行電力補(bǔ)償兩種形式分析。

2.2.1 進(jìn)行電力補(bǔ)償

按照塔里木河流域近期綜合治理對(duì)葉河的要求及下坂地水庫工程任務(wù)，正常蓄水位在2 960 m的基礎(chǔ)上，按2.5 m一個(gè)間隔，上、下浮動(dòng)，對(duì)2 955、2 957.5、2 960、2 962.5、2 965 m共5個(gè)方案進(jìn)行了調(diào)節(jié)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的全面比較[3]。經(jīng)水利計(jì)算和比較，推薦采用2 960 m方案，詳見表1。

2.2.2 不進(jìn)行電力補(bǔ)償

為進(jìn)一步復(fù)核水庫正常蓄水位2 960 m方案的工程效益特征參數(shù)，對(duì)初設(shè)與可研階段的徑流系列進(jìn)行了分析計(jì)算，復(fù)核分析按下坂地水庫不進(jìn)行電力補(bǔ)償?shù)姆绞剑斠姳?。從表2可以看出，下坂地水庫壩址徑流量即使年際有變化，年內(nèi)分配有變化，平原水庫多年平均損失水量略有減少。下坂地水庫多年平均春旱補(bǔ)水量略有增加，發(fā)電效益有所降低；但效益特征指標(biāo)變化不大，表明下坂地水庫正常蓄水位2 960 m是合理的。

表2 正常蓄水位復(fù)核情況表

3 電站裝機(jī)容量選擇

下坂地水電站運(yùn)行后投入喀什、克州兩地州電力系統(tǒng)，該電力系統(tǒng)目前的水電站均為徑流式電站，下坂地水電站為電網(wǎng)的調(diào)峰電站和骨干電站。電網(wǎng)水文代表年主要是根據(jù)葉河流域的水文特性進(jìn)行選用，經(jīng)復(fù)核，電網(wǎng)代表年枯水年、平水年選用枯水年(90%)為1998年7月—1999年6月；平水年(50%)為1963年7月—1964年6月。下坂地水電站出力采用本次設(shè)計(jì)成果，其他已建、未建電站采用最新設(shè)計(jì)成果。

下坂地裝機(jī)容量=必需容量+重復(fù)容量=(最大工作容量+事故備用+負(fù)荷備用+檢修備用)+重復(fù)容量。

（2）聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教材進(jìn)行再加工，科學(xué)地設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)，創(chuàng)造性地處理教材，將教材中現(xiàn)有的結(jié)論轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)探求知識(shí)的過程。 在教學(xué)《三角形三邊關(guān)系》時(shí)，聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，對(duì)教材進(jìn)行再加工，利用多媒體創(chuàng)設(shè)情景，小明從家到學(xué)校有三條路可以走，“走哪條路最近呢？”、“這是什么原因？”，并將這種虛擬的情景轉(zhuǎn)入學(xué)生的生活，學(xué)生憑著自己的生活經(jīng)驗(yàn)，知道走哪條路最近，但卻苦于表達(dá)不出其蘊(yùn)含的道理，這使學(xué)生處于很好的狀態(tài)，也使得對(duì)于三角形三邊關(guān)系的探索內(nèi)化成為學(xué)生的一種需求。把“三角形中任意兩邊的和大于第三邊”這一現(xiàn)有結(jié)論轉(zhuǎn)變學(xué)生主動(dòng)探索的主線。

3.1 最大工作容量的確定

下坂地水電站是具有完全多年調(diào)節(jié)的水庫電站，冬季日保證電能(11月—4月)：

E日=KN90%×24

式中：K為下坂地水庫日調(diào)節(jié)系數(shù)，K=1.2；N90%為下坂地電站保證出力，35.95 MW。

經(jīng)計(jì)算，冬日保證電能為1 035.36 MW·h。

在喀～克統(tǒng)一電網(wǎng)設(shè)計(jì)枯水年典型日平衡圖(冬季：12月)上找到P/Pm=0.115，最大負(fù)荷為870 MW，則最大工作容量為870×0.115=100 MW。

3.2 備用容量

系統(tǒng)事故備用容量按最大負(fù)荷的10%設(shè)置，共87 MW，下坂地分擔(dān)35 MW，待建電站分擔(dān)52 MW；系統(tǒng)負(fù)荷備用容量按系統(tǒng)最大負(fù)荷的5%設(shè)置，共44 MW，下坂地水電站分擔(dān)15 MW，待建電站分擔(dān)29 MW。該電站不設(shè)專門的檢修備用。

3.3 重復(fù)容量

由于下坂地水電站“以水定電”，下坂地水庫調(diào)節(jié)性能較好，棄水量很小，當(dāng)泄放較大流量時(shí)，備用容量可投入運(yùn)行，因此不設(shè)重復(fù)容量。

3.4 裝機(jī)容量

N裝=最大容量+負(fù)荷10%的分擔(dān)容量+負(fù)荷5%的分擔(dān)容量=100+35+15=150 MW。

為了進(jìn)一步論證裝機(jī)容量，針對(duì)下坂地水電站不對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電力補(bǔ)償，列出4個(gè)不同裝機(jī)容量的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，比較結(jié)果如表3所示。從表3中可以看出，隨著裝機(jī)的增加，發(fā)電量增幅有限；說明水庫調(diào)節(jié)性能好，水能得到了充分利用，季節(jié)性電能有限；從增加裝機(jī)年利用小時(shí)角度看，140 MW方案較好。由于長距離輸電線路和分?jǐn)倶屑~投資不會(huì)有太大的變化，故各方案的電站投資變差不大。從補(bǔ)充千瓦投資看，150 MW方案較優(yōu)。從增值單位電量看，裝機(jī)從130 MW增加到140 MW，增加單位電量投資為2.55元/kW·h；裝機(jī)從140 MW增加到150 MW，增加單位電量投資為2.3元/kW·h；裝機(jī)從150 MW增加到160 MW，增加單位電量投資為67.6元/kW·h；顯然從140 MW增加到150 MW是經(jīng)濟(jì)的。

表3 下坂地水電站裝機(jī)容量比較表

下坂地水電站為電力系統(tǒng)的主要電站之一，將擔(dān)負(fù)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，發(fā)揮容量效益，預(yù)留1臺(tái)機(jī)做負(fù)荷備用和事故備用是必要的，裝機(jī)容量確定為150 MW是合適的。

3.5 單機(jī)容量

電站裝機(jī)容量一定時(shí)，在一定范圍內(nèi)單機(jī)容量越大，其綜合經(jīng)濟(jì)效益越大。根據(jù)下坂地水電站實(shí)際情況，從運(yùn)行管理的靈活性及節(jié)省投資等角度考慮，機(jī)組臺(tái)數(shù)宜在2～4臺(tái)范圍內(nèi)選取；少于2臺(tái)則運(yùn)行調(diào)度不靈活，多于4臺(tái)則投資增加較大，不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷上漲速度、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)要求的備用容量、重復(fù)容量以及電站的保證出力、發(fā)電和供水流量的匹配等因素，現(xiàn)對(duì)2、3、4臺(tái)方案對(duì)應(yīng)的單機(jī)容量75、50、37.5 MW進(jìn)行比選分析。

當(dāng)電站裝2臺(tái)機(jī)組時(shí)，單機(jī)容量為75 MW，檢修備用容量偏大，電站運(yùn)行調(diào)度也不靈活。同時(shí)，對(duì)于在系統(tǒng)中承擔(dān)峰荷的電站，單機(jī)容量過大會(huì)降低電站小出力調(diào)節(jié)靈活性，難于適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷變化對(duì)電站出力的要求；此方案不合理，故不選用2臺(tái)機(jī)組方案[4]。對(duì)于裝機(jī)3臺(tái)和4臺(tái)兩個(gè)方案，單機(jī)容量分別為50 MW和37.5 MW，從運(yùn)行管理方便、機(jī)組運(yùn)行靈活性以及工作容量、發(fā)生事故時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響、電站投資等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，50 MW×3臺(tái)機(jī)方案較37.5 MW×4臺(tái)機(jī)方案要優(yōu)；所以，單機(jī)容量選擇50 MW。

4 裝機(jī)容量驗(yàn)證

根據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)電力局編制的《2020年電力發(fā)展規(guī)劃報(bào)告》，預(yù)測2025年喀什、克州電網(wǎng)系統(tǒng)最大負(fù)荷870 MW，需電量41億kW·h。下坂地水電站發(fā)電用水為“以水定電”，以需定發(fā)，根據(jù)兩地州電力系統(tǒng)電力電量平衡，驗(yàn)證下坂地水電站所選裝機(jī)容量是否適宜系統(tǒng)運(yùn)行需要。

4.1 平衡依據(jù)

下坂地水電站總裝機(jī)容量150 MW，設(shè)計(jì)水平年為2025年，相應(yīng)的電力系統(tǒng)負(fù)荷水平為870 MW。2025年水電站的設(shè)計(jì)水平年統(tǒng)一選為：枯水年(90%)為1998年7月—1999年6月，平水年(50%)為1963年7月—1964年6月。

4.2 電力電量平衡原則與方法

電力電量平衡的原則是：系統(tǒng)內(nèi)各類電站的出力應(yīng)滿足系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)電力電量的要求，同時(shí)使系統(tǒng)總的容量與電量得到較充分的發(fā)揮。在電力電量平衡中，優(yōu)先發(fā)揮已建電站的容量與電量作用，充分發(fā)揮調(diào)節(jié)性能好的骨干電站的調(diào)峰作用，并根據(jù)各電站的特點(diǎn)合理設(shè)置備用容量和安排機(jī)組檢修。

根據(jù)各電站的建設(shè)情況，參加平衡的順序?yàn)椋阂殉尚∷娬救?、已成火電站、下坂地水電站、待建電站。雖然下坂地水庫的開發(fā)任務(wù)是“以春旱供水和生態(tài)補(bǔ)水為主，結(jié)合發(fā)電”，水庫調(diào)節(jié)原則是“以水定電”，但由于下游灌區(qū)平原水庫可以充當(dāng)反調(diào)水庫，所以下坂地水電站可以擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的調(diào)峰任務(wù)，按照不同的負(fù)荷進(jìn)行容量分擔(dān)。

4.3 電力電量平衡結(jié)果

日平衡：冬季(12月)日最大負(fù)荷870 MW，待建電站在尖峰工作容量199.3 MW，下坂地在尖峰工作容量100 MW，兩電站共計(jì)299.3 MW，占最大負(fù)荷的34.4%；夏季(7月)最大負(fù)荷522 MW，待建電站在尖峰工作容量119.3 MW，下坂地在尖峰工作容量100 MW，兩電站共計(jì)219.3 MW，占最大負(fù)荷的42%。冬季最高與最小負(fù)荷區(qū)間位置全部由兩電站承擔(dān)。

設(shè)計(jì)枯水年、平水年及豐水年平衡中，待建電站和下坂地水電站625 MW，占系統(tǒng)總裝機(jī)967 MW的64.6%，且按計(jì)劃留有事故和負(fù)荷備用，可充分發(fā)揮水庫調(diào)節(jié)和水電機(jī)組起動(dòng)靈活的作用，豐水期讓小水電站群多發(fā)季節(jié)性電能。下坂地水電站和待建電站發(fā)電量為24億kW·h，占系統(tǒng)電量41.01億kW·h的59%，可見效益是明顯的，平衡結(jié)果如表4所示。

表4 2025年喀～克統(tǒng)一電網(wǎng)設(shè)計(jì)平水年電量平衡表

從電力電量平衡結(jié)果來看，系統(tǒng)缺電力和電量問題十分突出，下坂地水庫建成后，對(duì)開發(fā)建設(shè)下游電站、彌補(bǔ)電力電量不足奠定了十分有利條件。下坂地水電站不同裝機(jī)規(guī)模，系統(tǒng)對(duì)電力和電量均能吸收；所以，裝機(jī)規(guī)模的大小主要取決于電能指標(biāo)。

5 結(jié) 語

下坂地水電站的主要作用是滿足喀什克州電網(wǎng)的用電需要，增加電網(wǎng)調(diào)峰容量。合適的裝機(jī)容量對(duì)于充分利用庫爾干河水能、優(yōu)化配置塔里木河水資源、解決喀什克州用電需求具有重要作用。

經(jīng)過分析探討，下坂地水電站分?jǐn)傁到y(tǒng)備用容量35 MW、系統(tǒng)負(fù)荷備用15 MW，合計(jì)總?cè)萘?50 MW，最大工作容量100 MW，滿足電力系統(tǒng)2025年電力和電量平衡。裝機(jī)150 MW既充分利用了水能，也保證了系統(tǒng)的需要，是合適的，為類似區(qū)域水電開發(fā)容量分析提供了借鑒。