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論水電站機組經濟運行的措施論文
引言
隨著能源格局的調整，清潔能源將逐步取代傳統(tǒng)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、技術成熟、成本經濟等諸多優(yōu)點而“出類拔萃”，是今后相當長一段時期內必須倚重的能源形式。但根據大量數據統(tǒng)計，許多電站的水電機組運行并非處于經濟狀態(tài)下，是大有潛力可挖的。文章將從多個角度探討提升水電站經濟運行水平的措施，以期實現(xiàn)“多發(fā)電、發(fā)好電”的目標。
1 提升經濟運行的措施概述
水電站是一個龐大體系，包括水工建筑物、廠房、發(fā)電機組、輸變電配套設施等，提升水電站的經濟運行需要統(tǒng)籌兼顧、綜合考慮。作者結合多年運行經驗認為：首先要做好精益管理，即從頂層設計的角度謀篇布局，理順各種關系，使各類措施有法可依;其次，就是具體分析不同水庫的挖潛點，有針對性地去取得突破;最后，要做好經濟運行分析，總結所采取措施的合理性，并隨著時間的推移做好調整工作。下面，將就這幾個方面進行詳細論述。
2 精益管理層面
作為頂層設計，就是要從宏觀的角度保證水電站機組經濟運行所應具備的條件。大致來說，有以下幾點：(1)落實水電站設備運維、改造、消缺等各節(jié)點的制度制定，并從人、財、物等方面予以保證，這是實現(xiàn)經濟運行的基礎條件。(2)制定年度目標，使經濟運行的執(zhí)行有明確方向。(3)盡可能將高技術設備吸納進水電站運行層面(因水電機組優(yōu)化是一個多目標多維數問題，依靠人工較難實現(xiàn))，如全數字智能調度系統(tǒng)。(4)做好員工的教育培訓，使其掌握經濟運行的相關理論和知識。(5)明確安全生產、經濟運行等責任制，層層下達，使實現(xiàn)經濟運行具有組織保障。
3 具體技術層面
3.1 科學調度水庫
水電站的運行動力是水流。要保證水電站高效運行，就必須科學調度水庫(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。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)建立覆蓋流域相關區(qū)域的中短期天氣預報系統(tǒng)、水調和洪水自動化調度系統(tǒng)以及水情自動測報系統(tǒng)，并培養(yǎng)責任心強、業(yè)務能力優(yōu)的人員對以上系統(tǒng)進行人工校正。(2)加強與電力調度部門的聯(lián)動，避免低負荷時出現(xiàn)機組空轉、浪費水力;加強與防汛抗旱部門的溝通，靈活快速調整機組負荷曲線，充分利用現(xiàn)有水量。(3)重視基礎數據的統(tǒng)計和分析，整理出機組水頭與綜合出力的關系曲線、水路出庫力量與綜合出力的關系曲線等，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(guī)章，實現(xiàn)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，提升發(fā)電機組經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(tǒng)籌的角度論述如何保證水庫的必要水量，而沒有分析在水庫已經成型以及外部條件變化不大時，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，通過對弧形閘門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溢流壩段上、下游施工圍堰拆除不徹底以及尾水渠開挖等問題，長時間運行后尾水渠內不可避免會淤積大量土石泥沙，在一定程度上影響尾水位，并最終降低發(fā)電水頭。因此，應定期對尾水渠實施清淤。以青海某電站為例：自2012 年首次實行尾水渠清淤，當年即實現(xiàn)發(fā)電量增加2530.7 萬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，共同承擔著電力系統(tǒng)的給定負荷。顯然，隨著機組數目的增加，機組運行工況組合數也是直線上升。水電站機組經濟運行所要解決的主要問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行負荷分配，以使水電站在一個運行周期內產生最大的經濟效益。這是一個非線性、高維數且動態(tài)規(guī)劃的問題，需要考慮機組開、停機轉換，空載損耗，附加損耗等一系列因素。
根據以往經驗，求解以上優(yōu)化問題的方法主要有：逐步優(yōu)化法、按比例分攤法、動態(tài)規(guī)劃法、等微增率法等。其中，比例分攤法簡單地將負荷按比例分攤，忽視機組自身性能，已很少被采用;等微增率法和動態(tài)規(guī)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(jié)目標為給定負荷下“通過各機組的總流量最小”。(2)應重點追求一個時期內(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(qū)域的劃分工作(安全運行區(qū)、過渡運行區(qū)和禁止運行區(qū))，并以綠色、黃色和紅色相區(qū)分。應盡量避免在過渡運行區(qū)，不可在禁止運行區(qū)運行。
機組運維人員應熟悉每一臺發(fā)電機的運行高效區(qū)。對于建立有自動化監(jiān)控系統(tǒng)的水電站，值班人員應加強實時效率比對和監(jiān)盤，及時調整運行出力，使水輪機始終運行在高效區(qū)。對于調節(jié)容庫的引水式一洞多機電站，在非汛期應注意避免全部開機，以減少沿程水頭損失。對于反調節(jié)水庫電站，則應做好機組高水頭運行保持。
3.4 其他措施
提升水電站運行經濟性的另外一個要點是減少損失水量。這主要指那些建在地質條件不佳、有可能存在滲漏的水電站。對于這些電站，應在閘門等處配置在線監(jiān)測裝置，及時消除滲漏缺陷。
4 經濟比對方法
在實施經濟運行措施后，應及時進行數據比對，以確認所采取措施的有效性。就目前技術來看，可將相關措施實施前后的水庫和機組數據進行采集，然后采用公式法和耗水率曲線法來評判經濟效益的大小。下面簡要介紹這兩種方法。
(1)公式法，見式(1)所示。其中，△E 為電能增量，K 為出力系統(tǒng)，根據實際運行資料反算;Q 為平均發(fā)電流量，△H 為水頭增量，T為時間。
△E=KQ(△H)T (1)
(2)耗水率曲線法。即根據水頭—耗水率關系曲線，查出措施實施前后的發(fā)電耗水率，求二者之差即為措施所帶來的每度電節(jié)約水量。然后依照實際發(fā)電量而得到的節(jié)約水量，再除以實際發(fā)電耗水率，即能獲得措施所帶來的電量增加。
5 結束語
與火力發(fā)電廠不同，水電站因其自然屬性不一(主要指機組容量級差大、電站類型各式各樣)、與外界聯(lián)系密切等因素，其經濟運行工作較為復雜。在實際運行中，我們應緊緊抓住流量、水頭、機組效率這三個控制要素，從各個可能的角度去查找問題、挖掘潛力，全面提升水電站經濟運行水平。同時，國家也應盡快出臺相關辦法，鼓勵水電站展開這方面的探索。我國資源緊缺，水量也不充沛，做好水電站經濟運行是十分有意義的。
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