河西水电企业梯级电站水库量化调度运行方案

2016年1月12日() | 打印内容 打印内容

一、前言

    水库调度是通过水库的调蓄能力,对水库水量进行科学的调节,制定优化运行调度方案,从而提高综合效益的一种控制运用水库的技术手段,是目前各大中型水库都需要研究的课题,然而水库的调节能力有大有小,且实现水电站水库的量化程度不够,企业在这几年的探索及实践中,通过量化水位、库容、耗水率等,以7天为一个预报周期并进行滚动修正为实现方法,以预发、预泄、预蓄为手段,量化了各级水库及机组运行方式,这种方式几乎在不增加额外投资的条件下,便可获得显著的经济效益,提高了水电站的经营管理水平。

二、水库量化运行的意义

随着宝瓶水电站的投产发电,黑河流域的水电资源开发已基本结束,企业下属四级电站,从上游到下游依次为:宝瓶、三道湾、龙首二级、龙首一级。如何提高流域梯级电站的量化调度运行是大家目前刻不容缓解决的问题。经测算,宝瓶水库每量化1m3水,企业四级电站用来发电,就可增发约1.17kWh(其中龙首一级0.13 kWh、龙首二级0.35 kWh、三道湾0.35 kWh、宝瓶0.34 kWh)龙首二级水库每量化1m3,一、二级电站用来发电,就可增发约0.48kWh(其中龙首一级0.13 kWh、龙首二级0.35 kWh)。根据这几年企业各级电站联合调度运行的数据,联合量化调度可增加5000kWh左右的发电量,由此可得经济效益十分明显。

梯级电站联合量化调度运行是在不需要大量投资的情况下,便可获得显著的经济效益,因此开展水库调度运行意义重大,梯级电站水库优化运行主要根据黑河的来水,充分利用龙首二级和宝瓶水电站两座水电库容,进行水库的预发、预泄、预蓄,也就是洪水来之前进行预发滕库,洪水结束后,在满足大坝安全的条件下进行蓄库,从而实现各级电站水库的量化调度运行。

三、黑河流域概述

黑河从发源地到居延海全长 821km,是我国西北第二大内陆河。干流在上游分为东、西两岔。东岔八宝河发源于青海省俄博滩东的景阳岭,河长106km,各水文要素由祁连水文站控制;西岔野牛沟河发源于讨赖南山的铁里干山,河长208km,各水文要素由札马什克水文站控制。两河在黄藏寺汇合后称为黑河,流程95km至莺落峡进入河西走廊平原,向北经阿拉善平原最终汇入居延海。

四、黑河来水情况

黑河来水主要由祁连山区降水和冰雪融化补给,径流在年内分配很不均匀,与降水的年内分配特性相应,绝大部分径流集中在汛期69月。一年内的水情变化大致如下:45月气温升高,上游山区冰雪融化补给给河流,河流径流量逐渐上涨,其量占年水量的11.7%;69月为河流汛期,其量占年水量的68.2%,历年最大洪水皆发生在此期间;1011月降水减少,为河流的退水期,其水量占年水量的10.5%;12月~次年3月为冬季枯水期,径流主要由地下水补给,由于河流结冰的影响,这一时期的水量有一部分在河槽内结为冰块储存起来,到第二年春天才化为径流,这一时期的水量占年水量的9.6%。黑河梯级水电站及水文监测站点分布见图1

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1 黑河上游梯级水电站及水文监测断面分布示意图

 

五、企业各级电站概述

龙首一级水电站大坝坝型为碾压砼薄拱坝,最大坝高80m,坝顶高程1751.5m,设计总装机容量59MW3×15MW+2×7MW),设计年发电量为1.98亿Kw.h。电站设计库容为1320m3,目前实测库容为575m3,水库正常蓄水位1748.0m,校核洪水位1749.4m。电站的泄水建筑物主要有一个冲沙孔、二个表孔及三个中孔,设计洪水最大泄量1830 m3/s50年一遇洪水标准),校核最大泄量3090 m3/s500年一遇洪水标准)。

龙首二级水电站坝型为砼面板堆石坝,最大坝高146.5m,坝顶高程1924.5m,设计总装机容量157MW3×45MW1×22MW),设计年发电量为5.28亿Kw.h,水库设计总库容9140m3,目前实测库容为7330m3,水库正常蓄水位1920m,,校核洪水位1923m。电站的泄水建筑物主要有一个冲沙孔、三个溢洪道,设计洪水最大泄量2150 m3/s100年一遇洪水标准),校核最大泄量3740 m3/s2000年一遇洪水标准)。

三道湾水电站坝型为砼面板堆石坝,最大坝高48.7m,坝顶高程2373.7m,设计总装机容量112MW2×45MW1×22MW),设计年发电量为4.003亿Kw.h。水库设计总库容530m3,水库正常蓄水位2370m,,校核洪水位2372.41m。电站的泄水建筑物主要有一个泄洪排沙洞、一个正常溢洪道,一个非常溢洪道,设计洪水最大泄量1620 m3/s50年一遇洪水标准),校核最大泄量3080 m3/s1000年一遇洪水标准)。

宝瓶水电站坝型为砼面板堆石坝,最大坝高93.5m,坝顶高程2528.6m,设计总装机容量123MW2×50MW1×23MW),设计年发电量为4.1375亿Kw.h。水库设计总库容2050m3,水库正常蓄水位2521.0m,校核洪水位2522.58m。最高蓄水位2526m, 最高校核水位2527.5m。电站的泄水建筑物主要有一个冲沙孔、三个溢洪道,设计洪水最大泄量1920 m3/s100年一遇洪水标准),校核最大泄量3040 m3/s1000年一遇洪水标准)

六、企业各级电站参数汇总表

项目

龙首一级

龙首二级

三道湾

宝瓶

坝型

碾压砼薄拱坝

面板堆石坝

面板堆石坝

面板堆石坝

控制流域面积(km2

10009

9884.1

8112

7851

最大坝高(m

75.5

146.5

48.7

93.5

装机容量( MW

59

157

112

123

正常蓄水位(m

1748.0

1920

2370

2521(设计)

校核洪水位(m

1749.4

1923

2372.41

2522.58(设计)

汛限水位(m

1745(主汛期)

1918(主汛期)

2364

2519

1746(次汛期)

1919(次汛期)

库容(万m3

575(实测)

7330(实测)

530(设计)

2211.62504m2526m之间)

设计洪水标准

m3/s

1830

(p=2%)

2150

(p=1%)

1620

(p=2%)

1920

(p=1%)

校核洪水标准

m3/s

3090

(p=0.2%)

3740

(p=0.05%)

3080

(p=0.1%)

3040

(p=0.1%)

 

 

 

 

 

 

 

 

七、水库量化调度运行的各种资料

1.四级电站水轮发电机组主要参数

龙首一级水电站

项目名称

1,23号机组

0,4号机组

额定水头

56.5m

56.5m

最大水头

62m

62m

最小水头

45.4m

45.4m

加权平均水头

56.5m

56.5m

额定流量

30.2m3/s

14.3m3/s,总:119.2 m3/s

额定功率

15MW

7MW

 

龙首二级水电站

名称

24号机

4号机

额定水头

150m

150 m

最大水头

164.36 m

164.36 m

最小水头

137.7 m

137.7 m

加权平均水头

150 m

150 m

额定流量

33.29 m3/s

18.803m3/s,总:118.7 m3/s

额定功率

45MW

22MW

 

三道湾水电站

名称

1,2号机组

3号机组

额定水头

138.5m

138.5m

最大水头

154.83m

154.83m

最小水头

131.08m

131.08m

加权平均水头

143.81m

143.81m

额定流量

36.9m3/s

18.4m3/s,总92.2 m3/s

额定功率

45MW

22 MW

 

宝瓶水电站

名称

1,2号机组

3号机组

额定水头

139.6m

139.6m

最大水头

153.99m

153.99m

最小水头

129.47m

129.47m

加权平均水头

143.66m

143.66m 

额定流量

39.234m3/s

18.187m3/s,总96.7 m3/s

额定功率

50MW

23 MW

2、龙首二级水位库容关系

1)水位与库容关系表

水位(m

库容(万m3

1923

7330

1922

7129

1921

6930

1920

6733

1919

6536

1918

6342

1917

6150

1916

5961

1915

5780

1914

5606

1913

5440

1912

5278

1911

5118

1910

4961

1909

4806

1908

4655

2)水位与库容关系曲线

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3、宝瓶水位库容关系

 

1)水位与库容关系表

水位

库容(万m3

2504

0

2505

58.77

2506

128.20

2507

197.60

2508

268.88

2509

354.80

2510

440.05

2511

530.41

2512

620.57

2513

713.72

2514

804.89

2515

902.94

2516

1005.89

2517

1113.82

2518

1223.97

2519

1335.04

2520

1447.61

2521

1564.84

2522

1685.01

2523

1809.92

2524

1936.89

2525

2070.07

2526

2211.59

2)水位与库容关系曲线

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八、非汛期及次汛期水库量化调度运行

在无特殊要求的情况下,在非汛期及次汛期(每年的10月中旬~次年5月),降各级电站水库量化水位为正常蓄水位。在机组的运行方式上,基本达到出入库平衡。当有调水指令时,严格实行上级调水部门的调水指令。在非汛期各级电站量化水位及机组运行方式如下表所示:

1)龙首一、二级水电站的运行方式

入库流量

龙首二级水电站

龙首一级水电站

机组组合

方式

水位变化范围

负荷区间

MW

机组组合

方式

水位变化

范围

负荷区间

MW

1015

小机运行

1918 m

1920m

1221

小机运行

1747m

1747.6m

58

1520

小机升水位

大机降水位

1918 m

1920m

2027

随二级

1747m

1747.6m

810

2030

大机组

1918 m

1920m

2741

大机组

1747m

1747.3m

1016

3035

大机组

1918 m

1920m

4148

大机

1747m

1747.3m

1618

3540

一台大机组运行,小机组调节水位

1918 m

1920m

4855

一台大机组运行,小机组调节水位

1747m

1747.3

1821

4045

大机+小机

1918 m

1920m

5561

大机+小机

1747m

17473m

2123

4550

大机+小机

 

1918 m

1920m

6168

大机+小机

 

1747m

1747.3m

2326

5065

两台大机

1918 m

1920m

6888

两台大机

1747m

1747.3m

2634

2)三道湾、宝瓶水电站的运行方式

入库

流量

三道湾水电站

宝瓶水电站

机组组合

方式

水位变化范围

负荷区间

MW

机组组合

方式

水位变化

范围

负荷区间

MW

1015

小机运行

2368m2369.5m

1320

小机运行

2524m2525m

1320

1520

小机升水位

大机降水位

2368m

2369.5m

2027

小机升位

大机降位

2524m2525m

2027

2030

大机组

2368m

2369.5m

2741

大机组

2524m2525m

2741

3035

大机组

2368m

2369.5m

4147

大机组

2524m2525m

4147

3540

一台大机组运行,小机组调节水位

2368m2369.5m

4754

一台大机组运行,小机组调节水位

2524m2525m

4754

4045

大机+小机

2368m2369.5m

5461

大机+小机

2524m2525m

5461

4550

大机+小机

2368m2369.5m

6168

大机+小机

2524m2525m

6168

5065

两台大机

2368m2369.5m

6888

两台大机

2524m2525m

6888

九、主汛期水库量化调度基本做法

主汛期水库量化调度的期间指每年610日到9月中旬左右,历时约3个月,此区间主要结合各级电站机组过机流量情况及黑河水情做好龙首二级及宝瓶两座水库水位及库容的量化调度运行。

根据这几年水雨情信息统计,主汛期黑河的来水过程一般为45次,根据天气预报的情况,充分利用好这45次的洪水过程。

通过研究,水库汛期量化通过量化水位、库容、耗水率等,以7天为一个预报周期并进行滚动修正为实现方法,以预发、预泄、预蓄为手段,量化了各级水库及机组运行方式。

目前黑河上游建立了两个水文站,分别是扎马水文站和祁连水文站,企业在黑河修建了三个水情测报站,分别是扎马、祁连及黄藏寺水情测报站,距离电站大坝近,洪水流达时间短(5小时左右),故这些水情信息进行科学调度水库存在一定的局限性,且对水库调度量化的预发、预泄起不到超前引导作用。企业根据多年水库运行的经验,采用中央气象台发布的短期、中期及长期天气预报,并结合卫星云图及雨量数据分析,对未来的天气做出较为准确的分析,从而预测黑河的来流情况,具体做法为7天作为一个预报周期,提前制定出7天无雨、小雨(降雨量0.110mm)、中雨(1024.9mm)、大雨(2549.9mm)及其组合方式下的水库及机组运行方式,也就是说,本周的水库和机组运行方式是在上周同一时刻制定的,在制定运行方式时,要充分考虑上游来水量、库水位及天气的降雨量等,并结合3天短期天气预报进行随时滚动修正。进行宝瓶及龙首二级预发滕库(龙首二级最低起调水位为1910m,宝瓶最低起调水位为2513.5m)。水库量化运行调度运行方式以7天作为一个循环,来回滚动、修正,从而做好各级电站预发、预泄滕库的工作(主汛期宝瓶及二级水库量化如下表所示)。在预蓄上,根据天气预报及上游水情信息,利用降雨径流的预见期,在黑河洪水消退结束前,将各级电站水位蓄至要求的最高水位。做到各级电站水量利用的最大化。根据这几年的水库量化经济运行的实践经验,保守估算每年能完成4次左右的水库量化调度过程。宝瓶电站平均量化水量约2800m3,龙首二级平均量化水量约3600m3,平均增发电量约5000kwh

龙首二级及宝瓶电站主汛期量化水位表

电站名称

龙首二级

宝瓶

控制

水位

最低水位(m

1910(最低起调水位)

2513.5(最低起调水位)

最高水位(m

1920

2526

 

十、产生的效益

通过水库量化调度运行的预发、预泄、预蓄法一方面可产生巨大的经济效益,据统计2013年、2014年四级电站量化调度运行增发电量分别为5000kwh6500kwh,给企业创造直接经济效益分别约为1141万元、1483万元; 另一方面给各级电站水库防洪决策提供依据,为大坝安全运行提供了很好的支撑。

 

 

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来源(河西水电企业) 编辑(陈得鹏 曹世伟 雷江逵 马子俊 李宏斌 齐铭 周国元 李成业 计建涛) 阅读()
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