高效利用流域水能资源为社会经济发展做贡献.docx
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高效利用流域水能资源为社会经济发展做贡献
高效利用流域水能资源为社会经济发展做贡献
甘肃电投九甸峡水电开发有限责任公司
实施以安全为基础的梯级电站经济运行成效显著
甘肃电投九甸峡水电开发有限责任公司
二〇一一年五月三十一日
前言
在党和政府的领导下，我国的水电事业无论从规模上、电能生产总量上、电站生产的管理水平上、综合利用上、对国民经济发展的贡献上都处在世界的前列。
近十几年内，通过各流域水能资源的开发和利用，流域梯级水电站，水电站群层出不穷。
甘肃电投九甸峡水电开发有限责任公司以九甸峡水利枢纽为龙头，在甘肃洮河上相继开发了九甸峡、莲麓、峡城、吉利、海甸峡、三甲六个水电站，这六个水电基本上首尾相连，六个水库、电站犹如六个璀璨的明珠镶嵌在洮河上，形成了以九甸峡水利枢纽为龙头水电站群。
公司在生产经营方面全面推行科学创新，安全生产，经济运行。
通过流域梯级电站经济运行、合理调度和各电站内部经济运行，为流域防洪渡汛、工农业生产用水、用电，合理高效地利用水力资源，节省水能资源，间接减少CO2排放，改善流域自然环境，全面提高运行效益，取得了显著成绩。
本文对公司科学创新、安全生产、经济运行的思想、方法和成果进行汇报，恳请批评和指正并提出意见和建议。
甘肃电投九甸峡水电开发有限责任公司
2011年5月31日
目录
第一章开展全流域梯级电站经济运行的意义3
第二章开展经济运行要满足的基本条件5
第三章公司所属电站的基本特性5
第四章公司经济运行的基本方法8
第一节流域电站水库调度经济运行8
第一节公司确定三、四季度的电站运行方式：
12
第三节流域梯级电站内部经济运行13
第五章开展经济运行实现节能减排成果计算16
第六章目前流域梯级电站经济运行存在的不足23
第一章开展全流域梯级电站经济运行的意义
能源如果出了问题，现代社会将陷入危机。
能源是国家战略性资源，它的重要性已经摆在了国家安全的位置。
在这种形势下，对水电站及整个流域系统开展经济运行、实行科学管理、不断提高运行水平、充分发挥运行效益、对社会经济发展有着现实的重要意义。
一般认为，水电站一旦建成，其电站的生产规模也将一定，电站单机能达到设计出力，标志着工程建设目标已经实现。
过去认为电站正常运营安全就是最大的经济效益，电站的经济效益主要取决于电站上游的来水情况。
电站上游来水有枯水期，有汛期，有洪水期。
机组运行不同的水头在同等的过机流量下有不同的出力、有不同的效率；在同等流量下不同的电站开机运行方式会生产出不同数量的电能；对单个机组而言，不同的发电水位有不同的效率，不同的出力也有不同的效率，效率的最终体现就是电站的电量，就是效益。
事实证明、流域梯级电站利用科学的手段充分利用水能资源潜力非常可观。
目前、电力能源的主要结构是：
火电、水电、风电、核电、和太阳能发电。
截止2010年底，我国电力总装机容量已达到9.62亿千瓦，其中火电装机7.0663亿千瓦，水电2.134亿千瓦，风电3107万千瓦，核电1080万千瓦。
火电和水电目前仍是电力能源的主体。
在这两大主体中，火电其实是国家石化能源的应用，他最大的特点是一次使用，数量有限、不可再生，作为一种不可再生的石化能源，除资源的不可再生和有限性外，环境保护和环境容量的问题已日趋突出。
尽管在煤耗率方面、SO2减排方面、粉煤灰的再利用方面、其他气体排放方面等都采取了行之有效的措施，但消耗是绝对的，数量是有限的，而需求在不断地增长，比较有效的办法是通过各种技术和管理措施“省着用”。
而水电是清洁可再生资源，虽然大型水库也有CO2、CO、CH4等气体排放问题，也有水流自然净化的周期问题，但毕竟量很小，特别是西北，流域水库对改善局部气候条件非常有益，从宏观意义上分析，水资源的综合、科学、合理高效利用应科学挖潜，大有现实的经济效益，间接实现节能减排。
公司开展全过程的经济运行，既是发挥工程和各系统设备的潜力、充分利用水能资源的一项挖潜增产措施，又是一项减少能源消耗的节能措施，其经济效益十分显著。
经过系统测算和实际运行对比，开展经济运行可增发电量1~6%。
另外、水电站开展以技术和安全为前提的经济运行无需增加成本。
不影响水库运行安全、也不影响电力系统安全。
从大的方面说，公司实行以安全为基础的全流域经济运行，既是对水资源的高效利用，又是对能源的有效节约，最为明显的是能为公司创造良好的经济效益。
第二章开展经济运行要满足的基本条件
1、电站运行可靠性要求：
电力系统对水电站的运行有严格的要求，水电站的运行方式虽然有灵活多变的特点，但不能为了经济运行以任意方式运行，系统要求水电站在一定时间内以一定出力和电量来满足电网安全运行和电能质量指标的需要。
2、防洪要求：
经济运行要保证电站水库大坝及上、下游防护对象的安全，要保证水库在汛期留出一定的调洪和防洪库容，以防御汛期随时可能出现的不同标准的设计洪水，实现对洪水的错峰和消峰等。
3、兴利要求：
洮河的水量季节性很强，随着生产力的发展和社会的的进步，工农业生产和人民生活用水季节性越来越不明显，经济运行要满足兴利用水的要求。
另外、兴利要求的另一层含义是通过水库对短期洪水的有效调节，在满足国家相关规定的同时，实现洪水资源利用，要把短期洪水变成有计划的电力资源。
4、正常运行要求：
经济运行与电站、电力系统可靠性相冲突时要满足可靠性要求，当和安全要求相冲突时要满足安全要求，当开展流域调水时，要满足调水要求。
第三章公司所属电站的基本特性
1、公司所属的九甸峡、莲麓、峡城、吉利、海甸峡、三甲水电站是一个典型的以九甸峡水利枢纽为龙头水电站群。
其中九甸峡库容为9.43亿m3，汛限水位以上调洪库容1.418亿m3，正常蓄水位2202.00m，死水位2166.00m，九甸峡机组额定运行水头125m，最大运行水头135m，最小运行水头105m，即库水位2172.00m~2202.00m范围内运行都可以满足电站机组运行的要求，这样可灵活调控的库容为4.927亿m3。
电站装机3×100MW，接线方式为单元接线，单机带厂用，运行方式灵活，机型为高水头混流式机组，机组运行效率和发电耗水率随水头和出力变化较大。
运行效率变化范围70~95%，耗水率变化范围2.96m3/kWh~4.54m3/kWh。
莲麓电站的特点和特性参数：
库容800.14万m3，装机3×22MW，水库无调节能力，轴流转桨式机组，机组运行效率和发电耗水率随水头和出力变化不大。
运行效率变化范围84~94%。
电站接线方式一台机单元接线，另外两台机组为扩大单元接线，单机可带厂用，运行方式灵活。
峡城电站的特点和特性参数：
库容576.09万m3，装机3×12.5MW，水库无调节能力，轴流转桨式机组，机组运行效率和发电耗水率随水头和出力变化不大。
运行和接线方式和莲麓电站基本一样；
吉利电站无库容，装机2×10MW，贯流式机组，扩大单元接线，运行需保证水头，机组效率较高。
海甸峡电站的特点和特性参数：
库容1429万m3，装机3×20MW，水库为日调节水库，混流式机组，机组运行效率和发电耗水率随水头和出力变化较大。
效率变化范围66~94%，耗水率变化范围12.2m3/kWh~14.6m3/kWh之间。
运行和接线方式和莲麓、峡城电站基本一样。
三甲电站的特点和特性参数：
库容960万m3，装机3×10.5MW，水库有短时调节能力，轴流转桨式机组，机组运行效率和发电耗水率随水头和出力变化不大。
运行和接线方式和海甸峡电站基本一样，但出线电压等级较低，以四回35kV线路送出，电能损耗较大。
2、九甸峡水库的调节特性及各种特性参数
1）、九甸峡电站正常发电，九甸峡水库调节100m3/s时，库水位每天变幅约0.5m。
2）、九甸峡每米库容
水位2186~2188m左右时，1500万m3/m左右，
水位2188~2195m左右时，1850万m3/m左右，
水位2195~2202m左右时，2200万m3/m左右。
库水位超过2190m后的平均值为1850万m3/m左右。
九甸峡水库设计频率洪峰流量与洪量、库水位上升统计表
防洪标准P（%）
20
10
5
2
1
洪峰流量
（m3/s）
1020
1370
1720
2200
2560
持续时间及洪水（天）
1天洪量
（亿m3）
0.776
1.04
1.3
1.66
1.93
水位上升（m）
2.5
4.3
7.1
7.7
9.4
3天洪量
（亿m3）
2.33
3.11
3．9
4.98
5.78
水位上升（m）
7.5
12.9
21.3
22.1
28.2
7天洪量
（亿m3）
4.69
6.26
7.84
10
11.60
水位上升（m）
17.5
30.1
49.7
53.9
65.8
15天洪量
（亿m3）
8.080
10.80
13.50
17.30
20
30天洪量
（亿m3）
12.80
16.70
20.60
25.80
29.80
注：
电站3台机组日最大过流能力（三台机运行）2320万m3左右。
3、九甸峡电站机组和下游电站机组额定过机流量的匹配情况
九甸峡机组的额定过机流量和莲麓、峡城相匹配，和海甸峡、三甲不相匹配，九甸峡为90m3/s，莲麓90m3/s，，峡城90m3/s，海甸峡81m3/s，三甲71m3/s。
第四章公司经济运行的基本方法
第一节流域电站水库调度经济运行
水库调度是实现水电站长期经济运行的关键。
九甸峡水利枢纽水库是一个完全年调节水库，要开展流域水库经济运行，除要满足上述所述四个基本条件外，主要要开展以下几方面的工作：
第一是、制订九甸峡水库长期经济运行的调度计划，这个计划的特点是：
要考虑与短期运行相比洮河来水在一个较长期的时间范围内洮河的来水流量变化比较剧烈，时间上分配不均匀，与九甸峡电站用水、与下游电站用水不相匹配，考虑水库的调节能力和来水变化的特点是制定计划的第一个要求；第二是要考虑长时间范围内影响因素多变性和复杂性，要根据季节和历史记录中各种洪水的峰值和峰值流量持续时间。
第三是要考虑消峰后电站用水的消纳时间；第四是要考虑电站机组运行的耗水率、运行工况和效率，全年要能基本维持机组在高效、稳定的范围内运行。
根据上述四个特点，制定了全年电站水库调度全图：
第二是制定水库每个季度、月的经济运行计划。
该计划的特点是利用洮河季节性强这一特点将每年12月和次年的前三个月定义为枯水期。
这一时期上游来水基本稳定，水库运行可以完全控制，枯水期经济运行的中心工作是保证库水位使电站机组随时满足运行要求，积极开展电站的检修维护工作；保证下游用水。
九甸峡电站在系统同意的前提下可采用间歇运行的方式，其优点是可以解决保持水位和机组运行效率过低之间的矛盾。
如果九甸峡采用间歇运行的方式，下游电站可以用交替法运行，这样既可以保证下游用水安全，也可以保证下游电站的机组都能在高效区运行。
第二、第三季度，运行方式就比较简单，九甸峡水库开始进入调节运行、调蓄运行和调洪运行，这一时期的运行特点是，在满足机组高效运行的前提下水库水位在短期内可升可降。
这180天时间梯级电站水能利用率将达到最高，流域的洪水资源利用、兴利调度全部将在这一时期实现。
第四季度自然是蓄水期，要将九甸峡库水位保证在正常蓄水位运行，为来年的正常经济运行和下游正常用水创造条件。
第三制定日经济运行计划，其核心内容是确定各水电站在日内的发电量及相应的水库调节方式及其他用水用电的指标。
任何水电站都能进行日调节运行，洪水调节例外。
在制订日经济运行计划时对于相邻三个电站库水位相互之间的影响，以电站装机容量的不同坚持电量最大化的运行原则。
所有梯级电站站内设备运行枯水期要尽量少投厂用变，或尽量避免长时间扩大单元方式运行，这样可以有效降低综合厂用率。
第一节公司确定三、四季度的电站运行方式：
九甸峡机组的额定过机流量和莲麓、峡城相匹配，和海甸峡、三甲不相匹配，九甸峡为90m3/s，莲麓90m3/s，，峡城88m3/s，海甸峡81m3/s，三甲71m3/s。
九甸峡站机组运行方式
1）、九甸峡入库流量小于等于100m3/s时，九甸峡一台机运行；
2）、九甸峡入库流量小于等于180m3/s时，九甸峡两台机运行，争取保持库水位平稳，或使库水位上升；
3）、九甸峡入库流量小于等于230m3/s，且库水位在2194m左右时，九甸峡三台机运行，最好能保持库水位平稳，争取海甸峡、三甲电站不弃水；
4）、九甸峡入库流量小于等于270m3/s，且库水位在2194m左右时，九甸峡三台机满负荷运行，最好能保持库水位，争取海甸峡、三甲电站实施计划性弃水；
5）、九甸峡入库流量大于等于270m3/s，且库水位在2194m左右时，九甸峡三台机满负荷持续运行，海甸峡、三甲电站弃水；
九甸峡下游梯级电站的运行方式
1）、九甸峡不满一台机运行，各电站按照已定经济方式运行；
2）、九甸峡满一台机运行，莲麓、峡城正常运行，海甸峡另一台机高开低停运行，三甲平均分配负荷运行运行；
3）、九甸峡不满两台机运行，九甸峡要避免在震动区运行，各电站高水头平均分配负荷运行，基本原则是使运行机组都在高效区运行；
4）、九甸峡满两台机运行，莲麓、峡城正常运行，海甸峡可以平均分配负荷运行或另一台机高开低停运行，视实际来水情况由电站确定，三甲平均分配负荷运行运行，必要时实施计划弃水；
5）、九甸峡不满三台机运行，九甸峡要避免在震动区运行，莲麓、峡城平均分配负荷运行，海甸峡、三甲实施计划性弃水；
海甸峡、三甲计划性弃水方式弧门弃水，顺序是先中，后左、再右。
第三节流域梯级电站内部经济运行
水电站内部经济运行水水电站管理的一项十分重要的工作，节能减排增效全部要通过水电的经济运行来实现。
要实现水电站内经济运行要开展以下工作：
1）、对水电站机组进行测流
九甸峡的入库流量可以通过上游水文气象站获取，并可以通过水库的库容水位关系曲线进行核对，取得相对日平均入库流量。
电站选用的是高水头混流式机组，耗水率相对电站经济运行非常敏感。
正常情况、机组的过机流量就是水库的出库流量，九甸峡下游没有过多的区间流量。
利用超声波测流装置对机组的过机流量进行准确测量，可以准确获得全年九甸峡断面的出库流量，并形成全流域经济运行的基准，同时为确定下游五个电站的运行方式提供准确依据。
2）、组织机组效率试验
现代水轮机、发电机设计的额定工况下的效率一般和原型机比较接近，但其他工况点的效率和原设计值有一定差别，这个差别从长周期计算就是效益。
所有机组都进行真机效率试验难度比较大，但进行相对效率试验是必需的，真实掌握机组各个工况点的效率或相对效率是电站经济运行的依据。
公司对所有投产的机组都进行了相对效率试验，全面掌握了机组在各工况点的效率特点。
3）、核对机组运转特性曲线，编制机组动力特性曲线
机组的动力特性是指出力、水头、流量、效率、振动等各动力指标之间的关系。
通过对电站动力指标进行系统测试，绘制各电站机组经济稳定运行区域图，以指导电站的运行方式。
如下图为九甸峡水电站机组经济稳定运行区域示意图。
4）、根据不同流量确定最优的工作机组台数即电站的开机方式，这项工作就是保证电站内部每天都能高效工况下运行。
5）、提高电站机组运行和控制的技术水平，进行实时的操作控制，实现水电站内经济运行。
公司用了近一年半时间对所有电站的调控系统进行了完善化改造。
电站满足自动化要求的同时，还满足了调度对电站的一次调频要求，进相要求，AGC要求，以及其他遥信、遥调、遥测、遥控的要求，运行控制灵活可靠。
第五章开展经济运行实现节能减排成果计算
1、发电用水统计计算
九甸峡断面平水年、枯水年来水统计表
时间
P=50%
P=75%
月均流量（m3/s）
月径流量（亿m3）
月均流量（m3/s）
月径流量（亿m3）
1月
38.5
1.0312
32.9
0.8812
2月
42.0
1.0161
35.1
0.8491
3月
46.4
1.2428
41.2
1.1035
4月
68.7
1.7807
73.8
1.9129
5月
152.0
4.0712
151.0
4.0444
6月
158.0
4.0954
105.0
2.7216
7月
207.0
5.5443
114.0
3.0534
8月
219.0
5.8657
160.0
4.2854
9月
166.0
4.3027
134.0
3.4733
10月
162.0
4.3390
174.0
4.6604
11月
80.3
2.0814
80.6
2.0892
12月
57.5
1.5401
31.8
0.8517
年径流量
117.0
36.910
94.90
29.926
公司梯级电站机组额定耗水率见下表
电站
发电引用流量
（额定流量）（m3/s）
单机容量（MW）
额定耗水率（m3/kWh）
九甸峡水电站
89.45
100
3.22
莲麓水电站
90.28
22
14.77
峡城水电站
88.4
12.5
25.46
吉利水电站
132.3
10
47.63
海甸峡水电站
81.4
20
14.65
三甲水电站
70.62
10.5
24.21
2、各电站电量计算
（九甸峡电站电价：
0.37元/kWh；莲麓、峡城电站电价：
0.2464元/kWh；海甸峡电站电价：
0.26元/kWh；三甲电站电价：
0.26元/kWh）。
枯水期经济运行和非经济运行耗水率对照表
电站
额定耗水率
（m3/kWh）
流量运行耗水率（m3/kWh）
经济运行耗水率（m3/kWh）
九甸峡
3.22
4.32（75%效率）
3.45（93%效率）
莲麓
14.77
17.38（85%效率）
16.05（92%效率）
峡城
25.46
29,95（85%效率）
27.67（92%效率）
吉利
47.63
56.03（85%效率）
51.21（93%效率）
海甸峡
14.65
17.23（85%效率）
12.71（94）%效率）
三甲
24.21
27.51（88%效率）
24.21（92%效率）
注：
多年运行表明明，海甸峡机组水位头越高，效率越高。
1）、按平水年正常运行计算：
九甸峡第一季度和4月份正常运行发电量：
1.1738亿kWh。
第二、三季度正常运行发电量：
7.1495亿kWh。
第四季度正常运行发电量：
2.3833亿kWh,全年发电量10.706亿kWh。
（除枯水期其他时期机组平均耗水率3.34m3/kWh）
2）、按平水年经济运行方式计算：
九甸峡第一季度和4月份正常运行发电量：
1.4698亿kWh。
第二、三季度经济运行发电量：
7.4159亿kWh。
第四季度正常运行发电量：
2.4721亿kWh,全年发电量11.357亿kWh。
（除枯水期其他时期机组平均耗水率3.22m3/kWh）
平水年九甸峡经济运行可增发电量0.6518亿kWh。
3）、按枯水年正常运行计算：
九甸峡第一季度和4月份正常运行发电量：
1.0988亿kWh。
第二、三季度正常运行发电量：
5.2629亿kWh。
第四季度正常运行发电量：
2.2758亿kWh,全年发电量8.6375亿kWh。
（除枯水期其他时期机组平均耗水率3.34m3/kWh）
4）、按枯水年经济运行方式计算：
九甸峡第一季度和4月份正常运行发电量：
1.3758亿kWh。
第二、三季度正常运行发电量：
5.4590亿kWh。
第四季度正常运行发电量：
2.3606亿kWh,全年发电量9.1954亿kWh。
（除枯水期其他时期机组平均耗水率3.22m3/kWh）
枯水年九甸峡经济运行可增发电量0.5579亿kWh。
5）、按平水年正常运行计算：
莲麓、峡城第一季度和4月份正常运行发电量：
0.2918亿kWh，0.1693亿kWh。
第二、三、四季度正常运行发电量：
2.1556亿kWh，1.2505亿kWh。
莲麓、峡城全年发电量分别为2.4474亿kWh，1.4198亿kWh。
（除枯水期其他时期机组平均耗水率14.77m3/kWh，25.46m3/kWh）
6）、按平水年经济运行方式计算：
莲麓、峡城第一季度和4月份正常运行发电量：
0.3159亿kWh，0.1832亿kWh。
第二、三、四季度正常运行发电量：
2.2003亿kWh，1.2761亿kWh。
莲麓、峡城全年发电量2.5162亿kWh，1.4593亿kWh。
（除枯水期其他时期机组平均耗水率14.47m3/kWh和24.95m3/kWh）
平水年莲麓、峡城经济运行可增发电量分别为0.0688亿kWh，0.0395亿kWh，两个电站累计增发0.1083亿kWh。
7）、按枯水年正常运行计算：
莲麓、峡城第一季度和4月份正常运行发电量：
0.2918亿kWh，0.1693亿kWh。
第二、三、四季度正常运行发电量：
1.7048亿kWh，0.9890亿kWh。
莲麓、峡城全年发电量分别为1.9966亿kWh，1.1582亿kWh。
（除枯水期其他时期机组平均耗水率14.77m3/kWh，25.46m3/kWh）
8）、按枯水年经济运行方式计算：
莲麓、峡城第一季度和4月份正常运行发电量：
0.2957亿kWh，0.1715亿kWh。
第二、三、四季度经济运行发电量：
1.7401亿kWh，1.0092亿kWh。
莲麓、峡城全年发电量2.0358亿kWh，1.1807亿kWh。
（除枯水期其他时期机组平均耗水率14.47m3/kWh和24.95m3/kWh）
枯水年莲麓、峡城经济运行可增发电量分别为0.0392亿kWh，0.0225亿kWh，两个电站累计增发0.0617亿kWh。
按正常计算，一旦九甸峡电站投产，在没有超标准洪水时，虽然海甸峡、三甲电站机组过机流量虽然和九甸峡电站机组不相匹配，但海甸峡、三甲电站都不应该有弃水；另外、海甸峡、三甲的运行应考虑冶木河的补水和潽济渠的用水。
冶木河年平均补水1.9亿m3，主要补水时段是每年的4月到11月，潽济渠用水时段也是每年的4月到11月，用水量0.25亿m3。
由于九甸峡的调节，冶木河的补水和潽济渠用水对海甸峡、三甲综合电量影响是增加的，电量为：
0.1297亿kWh，0.0681亿kWh。
9）、按平水年正常运行不实行高开低停计算：
海甸峡、三甲第一季度和4月份正常运行发电量：
0.2943亿kWh，0.1843亿kWh。
海甸峡、三甲第二、三、四季度正常运行发电量：
2.3964亿kWh（耗水率13.29m3/kWh），1.2899亿kWh（耗水率24.69m3/kWh）。
全年发电量分别为2.8204亿kWh，1.5423亿kWh。
10）、按平水年经济运行方式计算：
海甸峡、三甲第一季度和4月份经济运行发电量：
0.3992亿kWh（耗水率12.70m3/kWh），0.1780亿kWh（耗水率三甲不变）。
第二、三、四季度经济运行发电量：
2.5458亿kWh（耗水率12.51m3/kWh），1.3154亿kWh（耗水率24.21m3/kWh）。
海甸峡、三甲全年发电量3.0740亿kWh，1.5543亿kWh。
平水年海甸峡、三甲经济运行可增发电量分别为0.2536亿kWh，0.012亿kWh，两个电站累计增发0.2656亿kWh。
11）、按枯水年正常运行不实行高开低停计算：
海甸峡、三甲第一季度和4月份正常运行发电量：
0.275
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