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論水電站機組經(jīng)濟運行的措施論文
引言
隨著(zhù)能源格局的調整，清潔能源將逐步取代傳統一次性化石能源(石油、煤炭等)。而在清潔能源的序列中，水電以其裝機容量大、調度靈活、技術(shù)成熟、成本經(jīng)濟等諸多優(yōu)點(diǎn)而“出類(lèi)拔萃”，是今后相當長(cháng)一段時(shí)期內必須倚重的能源形式。但根據大量數據統計，許多電站的水電機組運行并非處于經(jīng)濟狀態(tài)下，是大有潛力可挖的。文章將從多個(gè)角度探討提升水電站經(jīng)濟運行水平的措施，以期實(shí)現“多發(fā)電、發(fā)好電”的目標。
1 提升經(jīng)濟運行的措施概述
水電站是一個(gè)龐大體系，包括水工建筑物、廠(chǎng)房、發(fā)電機組、輸變電配套設施等，提升水電站的經(jīng)濟運行需要統籌兼顧、綜合考慮。作者結合多年運行經(jīng)驗認為：首先要做好精益管理，即從頂層設計的角度謀篇布局，理順各種關(guān)系，使各類(lèi)措施有法可依;其次，就是具體分析不同水庫的挖潛點(diǎn)，有針對性地去取得突破;最后，要做好經(jīng)濟運行分析，總結所采取措施的合理性，并隨著(zhù)時(shí)間的推移做好調整工作。下面，將就這幾個(gè)方面進(jìn)行詳細論述。
2 精益管理層面
作為頂層設計，就是要從宏觀(guān)的角度保證水電站機組經(jīng)濟運行所應具備的條件。大致來(lái)說(shuō)，有以下幾點(diǎn)：(1)落實(shí)水電站設備運維、改造、消缺等各節點(diǎn)的制度制定，并從人、財、物等方面予以保證，這是實(shí)現經(jīng)濟運行的基礎條件。(2)制定年度目標，使經(jīng)濟運行的執行有明確方向。(3)盡可能將高技術(shù)設備吸納進(jìn)水電站運行層面(因水電機組優(yōu)化是一個(gè)多目標多維數問(wèn)題，依靠人工較難實(shí)現)，如全數字智能調度系統。(4)做好員工的教育培訓，使其掌握經(jīng)濟運行的相關(guān)理論和知識。(5)明確安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行等責任制，層層下達，使實(shí)現經(jīng)濟運行具有組織保障。
3 具體技術(shù)層面
3.1 科學(xué)調度水庫
水電站的運行動(dòng)力是水流。要保證水電站高效運行，就必須科學(xué)調度水庫(特別對我們這種總體缺水的國家)。但水庫調度牽涉面廣，既有水電站自身因素，也牽涉到流域水管部門(mén)。水庫調度的核心是要將有限的水資源利用好，為此應做好以下工作：(1)建立覆蓋流域相關(guān)區域的中短期天氣預報系統、水調和洪水自動(dòng)化調度系統以及水情自動(dòng)測報系統，并培養責任心強、業(yè)務(wù)能力優(yōu)的人員對以上系統進(jìn)行人工校正。(2)加強與電力調度部門(mén)的聯(lián)動(dòng)，避免低負荷時(shí)出現機組空轉、浪費水力;加強與防汛抗旱部門(mén)的溝通，靈活快速調整機組負荷曲線(xiàn)，充分利用現有水量。(3)重視基礎數據的統計和分析，整理出機組水頭與綜合出力的關(guān)系曲線(xiàn)、水路出庫力量與綜合出力的關(guān)系曲線(xiàn)等，為優(yōu)化水庫調度提供輔助決策。(4)針對各種特殊情況(如春季農忙、夏季汛期)，制定完備的調度預案和控制水庫水位的規章，實(shí)現水庫調度管理的制度化、合理化。
3.2 充分挖掘水庫潛力
眾所周知，當負荷需求較大時(shí)，提升發(fā)電機組經(jīng)濟運行的一大措施是提高發(fā)電水頭。文章“3.1”主要從流域整體調控、水電站內外部統籌的角度論述如何保證水庫的必要水量，而沒(méi)有分析在水庫已經(jīng)成型以及外部條件變化不大時(shí)，如何挖掘水庫潛力。作者認為，可以在以下兩方面嘗試提高發(fā)電水頭：
(1)在設計標準內，通過(guò)對弧形閘門(mén)加設防浪板等措施適當提高水庫運行水位。當然，為確保攔水壩安全，在汛期必須視情況謹慎該項操作。(2)降低尾水位。很多水電站在建設中存在著(zhù)溢流壩段上、下游施工圍堰拆除不徹底以及尾水渠開(kāi)挖等問(wèn)題，長(cháng)時(shí)間運行后尾水渠內不可避免會(huì )淤積大量土石泥沙，在一定程度上影響尾水位，并最終降低發(fā)電水頭。因此，應定期對尾水渠實(shí)施清淤。以青海某電站為例：自2012 年首次實(shí)行尾水渠清淤，當年即實(shí)現發(fā)電量增加2530.7 萬(wàn)kW·h，同比提高20%。
3.3 優(yōu)化機組運行
水電站的機組往往是兩臺以上并列運行，共同承擔著(zhù)電力系統的給定負荷。顯然，隨著(zhù)機組數目的增加，機組運行工況組合數也是直線(xiàn)上升。水電站機組經(jīng)濟運行所要解決的主要問(wèn)題就是在給定負荷下，選擇何種機組運行組合以及如何在選定機組間進(jìn)行負荷分配，以使水電站在一個(gè)運行周期內產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益。這是一個(gè)非線(xiàn)性、高維數且動(dòng)態(tài)規劃的問(wèn)題，需要考慮機組開(kāi)、停機轉換，空載損耗，附加損耗等一系列因素。
根據以往經(jīng)驗，求解以上優(yōu)化問(wèn)題的方法主要有：逐步優(yōu)化法、按比例分攤法、動(dòng)態(tài)規劃法、等微增率法等。其中，比例分攤法簡(jiǎn)單地將負荷按比例分攤，忽視機組自身性能，已很少被采用;等微增率法和動(dòng)態(tài)規劃法迭代次數多，易發(fā)生維數災;逐步優(yōu)化法的收斂速度也受限于機組數目。
文章的思路是：(1)應以有限水資源利用為龍頭，以運行水頭H和機組效率η 為抓手，設定機組調節目標為給定負荷下“通過(guò)各機組的總流量最小”。(2)應重點(diǎn)追求一個(gè)時(shí)期內(如一周)加權平均后的水頭最高、效率最優(yōu)。(3)做好對機組運行區域的劃分工作(安全運行區、過(guò)渡運行區和禁止運行區)，并以綠色、黃色和紅色相區分。應盡量避免在過(guò)渡運行區，不可在禁止運行區運行。
機組運維人員應熟悉每一臺發(fā)電機的運行高效區。對于建立有自動(dòng)化監控系統的水電站，值班人員應加強實(shí)時(shí)效率比對和監盤(pán)，及時(shí)調整運行出力，使水輪機始終運行在高效區。對于調節容庫的引水式一洞多機電站，在非汛期應注意避免全部開(kāi)機，以減少沿程水頭損失。對于反調節水庫電站，則應做好機組高水頭運行保持。
3.4 其他措施
提升水電站運行經(jīng)濟性的另外一個(gè)要點(diǎn)是減少損失水量。這主要指那些建在地質(zhì)條件不佳、有可能存在滲漏的水電站。對于這些電站，應在閘門(mén)等處配置在線(xiàn)監測裝置，及時(shí)消除滲漏缺陷。
4 經(jīng)濟比對方法
在實(shí)施經(jīng)濟運行措施后，應及時(shí)進(jìn)行數據比對，以確認所采取措施的有效性。就目前技術(shù)來(lái)看，可將相關(guān)措施實(shí)施前后的水庫和機組數據進(jìn)行采集，然后采用公式法和耗水率曲線(xiàn)法來(lái)評判經(jīng)濟效益的大小。下面簡(jiǎn)要介紹這兩種方法。
(1)公式法，見(jiàn)式(1)所示。其中，△E 為電能增量，K 為出力系統，根據實(shí)際運行資料反算;Q 為平均發(fā)電流量，△H 為水頭增量，T為時(shí)間。
△E=KQ(△H)T (1)
(2)耗水率曲線(xiàn)法。即根據水頭—耗水率關(guān)系曲線(xiàn)，查出措施實(shí)施前后的發(fā)電耗水率，求二者之差即為措施所帶來(lái)的每度電節約水量。然后依照實(shí)際發(fā)電量而得到的節約水量，再除以實(shí)際發(fā)電耗水率，即能獲得措施所帶來(lái)的電量增加。
5 結束語(yǔ)
與火力發(fā)電廠(chǎng)不同，水電站因其自然屬性不一(主要指機組容量級差大、電站類(lèi)型各式各樣)、與外界聯(lián)系密切等因素，其經(jīng)濟運行工作較為復雜。在實(shí)際運行中，我們應緊緊抓住流量、水頭、機組效率這三個(gè)控制要素，從各個(gè)可能的角度去查找問(wèn)題、挖掘潛力，全面提升水電站經(jīng)濟運行水平。同時(shí)，國家也應盡快出臺相關(guān)辦法，鼓勵水電站展開(kāi)這方面的探索。我國資源緊缺，水量也不充沛，做好水電站經(jīng)濟運行是十分有意義的。
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