李浩权

广州从化良湖水电经济发展有限公司，广东 广州，510910

0 引言

水电站的运行管理质量和效率，影响着水力发电的效果，水电站在管理上应用节能措施有助于提升水电站的发电效率，降低对水资源、电能的损耗，充分发挥水力发电的优越性。目前，无论是大型水电站还是小型水电站都存在运行管理上的可优化空间，通过优化管理可换来水电站的节能运行和发电总量提升，促使水电站的能耗量被逐步缩减和控制，真正实现水电领域的良性运转和可持续发展，为全国人民带来更优质的用电体验。

1 水电站运行管理过程中的损耗

水电站运行方式是制造水资源的高度落差，将水头重力势能转化为动能带动叶轮旋转，继而带动发电机运转，实现电能的产生和发送。所以，在水电站的运行过程中，水资源和电能是最容易出现损耗的两个部分，也是水电站落实节能管理最需要关注的两个方向，抓好水资源节能和电能节能，是实现水电站节能运行的必要一环。

1.1 水资源

在水电站运行过程中，水头损失是水资源能耗的主要形式之一，渗漏是水资源能耗的主要形式之二。水力发电就是一个将水资源携带的机械能转化为电能的过程，能源转换过程中必然伴随一定的能耗。来水量不由电站控制，也无需控制。来水量经常过大而弃水和经常不足均为设计不当，会出现大量的水资源机械能被浪费的现象，影响水电站的发电效率和总发电量。在水电站运行过程中，如果存在渗漏问题，则说明有一定量的水资源未能贡献机械能就流到了下游，影响了水电站的整体发电量和发电效率。所以，水电站运行管理节能措施需要包含两个部分：①控制上游水量，减少水头损失；②定期检查维修，减少水资源的流失和浪费。

1.2 电能

水电站借助水资源机械能产生的电能需要先供给自身机械电气设备使用，然后进行并网发电，可以说，水电站自身机械电气设备的使用量越高，水电站的发电总量和发电效率越低。水电站中的各种泵机、风机都是消耗电能的大件，水电站内部的照明、办公等用电也属于电能消耗的常规途径，水电站想要降低电能方面的损耗需要从以上两部分着手。泵机、风机需要定期检查，保持其处于较为健康的运行状态和环境，避免因为磨损、老化、环境高温导致能耗增加；照明等用电途径可通过更换为节能照明设备的方式来降低总体电能消耗量，使水电站能够并网发送出更多的电量，提高水电站的发电效率。

2 水电站运行管理节能案例分析

2.1 案例简述

水电站是我国实现水力发电的重要站点，也是我国实现清洁能源应用的重要方式。随着我国大量的水电站建设铺开，水力所发电量在我国总用电量中的占比越来越高，水电这种发展潜力巨大、综合社会价值高的发电方式应成为我国节能降耗的主力军（2020年8月至2021年8月全国水电发电量如图1所示）。以某水电站的发电机组为例，水电站配备的发电机组单一装机容量5000kW，共配备发电机组4台，年平均发电量接近6500万kWh。水电站已经实现了并网发电，并且发电稳定性较好。水电站的运行管理节能初期目标为，将年平均发电量稳定在6500万kWh以上，增加水电站的经济效益和社会效益。

图1 2020年8月至2021年8月全国水电发电量（图源 智研咨询）

2.2 进相运行静稳试验

发电机进项运行的静态稳定性试验能够帮助水电站运维人员了解发电机的状态，了解发电机的进项深度是否符合调度命令，限制器、保护设备是否能够保障发电机的安全运行，以及发电机的进项深度主要受到哪种因素的影响。进项运行静稳实验需要实验员逐步降低励磁电流使发电机开始从系统吸收无功，从而降低发电机电势、增加发动机的功角，判断发电机的运行稳定性。水电站发电机组试验过程中从5000kW逐步下调有功负荷值，获取发电机组的进项无功大小、功角、端电压值、电流值，借此来判断发电机组进项深度主要受到哪些因素的影响。在试验过程中发现，母线电压、定子电流是影响发电机组进项深度的主要因素。

2.3 进相运行温升试验

发电机进项运行的温升试验能够帮助运维人员了解发电机在不同有功负荷下的进项无功变化，并了解发电机是否会在不同有功负荷下出现异常升温的情况，了解发电机可能存在的、导致升温的故障。通过静稳试验了解过影响发电机组进项深度的主要因素是母线电压和定子电流，在温升试验中则选择通过控制母线电压和定子电流来保持进项深度不变，以此来判断发电机组在不同有功负荷下的进项无功大小，并在每个不同有功负荷值的大小上进行温度检测，平均每20分钟测温一次，了解发电机组在不同运行状态下的升温情况。

3 水电站运行管理节能降耗方法

3.1 机组运行方式的优化方法

（1）控制水头。水电站机组运行管理优化的手段之一就是控制水头，将上游来水量控制在较为合适的范围内，保持水电站在枯水期、丰水期、平水期都能够正常运行。在枯水期，水电站可通过降低出库流量的方式来避免上游水位快速下降，保证水电站的正常运行。当上游水位下降到影响水电站机组运行的位置时停机蓄水，避免因为低水头、低负荷造成的水资源消耗。

（2）提高机组运行效率。提高机组运行效率是降低水资源能耗的重要途径，能够有效提升水电站的发电效率和发电总量，而提高机组运行效率的方法有很多。①根据不同的上游来水量配备相应的导叶开度，随时根据来水量进行调整，使水电站的机组保持在较为合理的运行状态。如果水电站已经开始应用机电自动化技术，可连接智能系统来根据上游检测数据自动调整导叶开度，降低人工操作耗费的时间和人力成本。②缩短水电站机组的开机时间。建设在丰水期、枯水期上游水位落差非常明显地区的水电站往往面临着枯水期需要停机蓄水的情况，待蓄水量达到预期范围再开机发电。但水电站机组开机往往需要一定的时间，开机时间内的水资源机械能基本都损失掉了，所以缩减开机所需时间是水电站节能降耗的重要手段之一。梅江中下游的某水电站在使用灯泡贯流式机组时通过短时停机切换开关实现了对开机时间的大幅度缩减，从原本充油、水、气需要至少半个小时才能开机的时间缩短至6分钟，关键就在于不中断油、水、气的停机方式。仅这一个运行管理举措的应用就帮助水电站实现了大量的水资源节约，提高了水电站的发电总量和效率提升。

3.2 降低厂用设备能耗

降低水电站内部机电设备、照明系统、办公设备能耗的方式主要有三种。①通过运维团队的设备巡视来确保机电设备处于安全稳定的运行状态，没有出现跑冒滴漏的现象，没有出现环境调整设备失灵的现象，排除水电站发电机组设备的安全隐患。运维人员巡视过程中需要重点盯防油泵、水泵、风扇、压力装置等部分，及时发现油泵漏油、水泵漏水、风扇转速不正常、压力装置漏气等现象，及时排除发电机组运行的安全隐患，避免因故障而导致停机，减少因为停机导致的弃水和发电量损失。②根据水电站发电机组的实际需求调整环境设备的运行功率，实现节能降耗。比如水电站的发电机组由于长期运行会产生大量的热能，热能堆积抬高机组周边温度会影响机组中零部件的运行，导致零部件提前老化、催化等问题的出现，所以水电站需要安装和使用温控设备来辅助散热。水电站所处的地理位置决定了其在一年四季、昼夜交替中的周边环境温度必然会出现一定幅度的变化，位置靠北地区的环境温度变化幅度更大，靠南地区的环境变化幅度更小，湿度等环境参数也如此。水电站运维管理团队需要根据周边环境的实际温湿度变化来调整环境控制室设备的功率，减少这部分设备所造成的能耗。③节约水电站内照明系统、办公设备的能耗。照明系统的节能可通过加大自然采光、更换节能灯具、使用光敏灯具来实现，之所以没有提到声敏灯具是因为水电站所处的位置决定了水力发电过程中伴随着较高分贝的噪音，使用声敏灯的节能效果不如光敏灯。办公设备的节能则需要通过内部培训来实现，将节能降耗、环保的思想灌输给工作人员，让工作人员习惯于随手关灯、关计算机、无纸化办公。如果市面上出现有节能效果更优秀的办公设备，水电站可考虑及时更换现有设备，实现办公系统节能。

3.3 水电站水头损失方面的节能控制

水电站在常规运行过程中需要定期清污，以保证机组处于正常的运行状态。如果机组处于污损状态，杂物、泥沙会阻碍水资源机械能对机组叶轮的推动，影响水资源机械能向电能的转化效率，造成水头损失。所以，水电站需要组织工人三班倒进行清污，尽可能保证机组的运行状态不受杂物、泥沙影响，降低因污损导致的水头损失。但这样的三班倒清污带来了新问题，常规清污机的使用需要空载，这个过程中必然会浪费大量的机组运行时间，不仅影响水电站机组的发电效率，还会造成大量的水资源机械能被浪费。建设在黄河这样泥沙量较大或污染较为严重的河流上时，水电站每天要面对大量的清污压力，一次清污可能需要机组空载时间长达1个小时，无论水电站配备的一台机组容量是5000kW还是50kW，1个小时的损失量都不可小觑。为了提高清污效率，缩减清污机使用所需要消耗的时间，可以对清污机进行改进，将清污机电动机的接法改动为三角形或星型，使清污机电动机的转速得到提升，缩短清污机对一台机组进行清污所需要的时间，减少水电站的水头损失，实现水电站的节能降耗。

3.4 空库纳洪增效节能

丰水期由于上游地区大量降雨或长时间降雨，上游水位提升虽然给水电站大量发电带来的可能，但水电站能够快速反应、及时开机纳空成为关键。水电站需要与上游水电站、气象部门做好联系，提前掌握洪峰到来的时间，提前了解未来几天甚至几周内的降雨情况，预估出大致可能的上游来水量，提前开机纳空库容，降低因为开机不及时导致的弃水量，增加水电站的发电量。通过空库纳洪，水电站每年都能够实现发电总量的大幅度提升，创造出较大的经济效益。

3.5 认真执行交接班和设备巡查规定

日常运维、设备巡查是保证水电站发电机组设备处于安全运行状态的好办法，为了保证运维人员之间的信息沟通畅通，避免在运维组员交接班过程中出现信息遗漏的情况，水电站应当建立较为严格的交接班制度、设备巡查制度、机组设备档案管理制度，并对这些制度进行管理落实，切实提升水电站机组设备运维人员的价值和作用。在运维人员交接班过程中，交班一方不仅要提供本班次设备巡查的结果、参数，还要将巡查中发现的问题、未能解决的隐患等信息认真交接给接班一方，确保交接过程中信息无遗漏。为了避免人为操作导致的信息遗漏或失误，水电站运维团队需要建立机组设备的电子档案和设备巡查电子文档，通过一键传输的方式实现交接班，还能够在电子文档中保留每个班次运维人员操作的痕迹，提高交接班和设备巡查的工作有效性。

3.6 解决因设备缺陷导致的能耗问题

设备缺陷导致能耗问题通常指因为设备故障导致的停转，水电站机组停转会直接导致大量的弃水产生，浪费大量的水资源，还会降低水电站的发电总量。定期对水电站发电机组设备进行运维和检修是解决这一问题的好办法，但总有一些故障属于突发性的，从发现故障到维修完成、开机运行所消耗的时间越长，水电站在此期间的能耗量越大。在自动化技术、智能化技术逐步在我国工业领域普及的今天，水电站应积极进行自动化、智能化建设，用传感器、自动仪表等设备对水电站发电机组设备进行监控，采集设备运行产生的各种参数，经过计算机平台汇总和分析后判断机组是否存在隐藏的安全隐患或故障。一旦发现有未能在日常运维中被发现、解决的安全问题，及时派遣运维人员前去处理，保证水电站发电机组长期处于稳定运行状态，节约水电站发电能耗，提高水电站的发电量和发电效率。

4 结语

我国是世界上能源消耗量第二大的国家，水力发电的发电量和发电效率提升直接关系到我国对火力发电依赖的摆脱程度，减少环境污染的进展程度。目前，我国水电站在运行中还存在运行管理不足的问题，节能工作没能做到位，还存在较多影响发电效率、影响水电站社会效益产出的因素。本文从提高机组运行、减少水头损失、降低厂用设备能耗、空库纳洪、做好运维管理等几个方面进行了分析和讨论，希望可以为众多大小水电站的运行管理提供一些思路和帮助，提高水电站的发电效能。