付红娟，李晓军，郑德湘

（1.延边水利水电勘测设计研究院，吉林 延边 133001，2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021；3.辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118000）

1 工程概况

丰满水电站位于第二松花江干流吉林市上游16 km处，距上游白山水电站210 km，是一座以发电为主，兼有防洪、城市及工业供水、灌溉、生态环境保护，具有旅游、水产养殖等综合利用功能，具有多年调节性能。水电站始建于1937年，总装机容量为1002.5 MW。电站装机容量较大，调节性能好，距负荷中心近，是东北电网的骨干调峰电源，可以快速跟踪负荷的变化，电站长期以来在东北电力系统中担负着调峰、调频、负载和事故备用等任务，电站的稳定运行对于东北电网安全稳定运行起着至关重要作用。

原丰满电站运行近70年，电站在运行过程中一直不断地对大坝进行修补和加固处理，但先天性缺陷一直未能解决。2009年7月提出丰满水电站全面治理重建方案，并作一步研究建设的具体规模。为考虑充分利用水力资源，改善电网的电源结构，缓解系统调峰状况，保证电网的安全、稳定运行，按照实事求是的原则，优化确定丰满水电站重建工程的装机容量。

2 装机容量研究

2.1 方案拟定

丰满水电站全面治理工程在以往研究基础上，考虑新建厂房装机容量尽量取整，新建装机规模与原装机规模相当，综合分析拟定新建装机容量为800，1000，1200和1400 MW4种方案，机组台数按单机容量200 MW计，分别为4台、5台、6台和7台，考虑保留的原三期厂房280 MW容量后，比选方案分别为1080，1280，1480和1680 MW。此次研究对比选方案分别进行了径流调节计算、电力电量平衡分析、方案经济比较，并结合工程建设条件等因素，综合确定丰满重建工程的装机容量。

2.2 径流调节计算

丰满入库径流资料采用延长并还原后的1933—2008年76年旬径流系列，丰满库容曲线采用2010年实测成果，尾水位与流量关系曲线采用原成果。重建工程正常蓄水位263.5 m，死水位242 m，汛限水位260.5 m，设计保证率90%，城市及环境用水最小流量为161 m3/s，5，6月份灌溉期丰满水库放流按不小于361 m3/s考虑，引松入长为11 m3/s。按上述条件，分别对各方案进行长系列梯级径流调节计算，成果见表1。

表1 丰满电站各装机方案径流调节计算成果表

成果分析：1）随着装机容量的增加，发电量和水量利用率也随之增加，但增加的幅度逐渐减少。方案2增加容量200 MW，增加电量1940×104kW·h，补充装机利用小时为97 h，水量利用率增加1.02%；方案3补充装机利用小时为60 h，水量利用率增加0.64%；方案4补充装机利用小时仅为41 h，水量利用率增加0.38%，明显减少。2）各方案装机利用小时数呈下降趋势，方案1为1546 h，方案2为1320 h，与东北地区已建大型常规水电接近，方案3为1149 h，有些偏低；方案4已下降到1018 h，明显偏低。3）4个装机方案的机组最大引用流量分别为 2138，2540，2937和3346 m3/s，方案1机组流量小于下游防洪控泄流量下限 2500 m3/s，方案2和方案 3在 2500～3000 m3/s之间，满足丰满水库下游防洪目标要求，而方案4则超过防洪任务规定中最大控泄流量3000 m3/s的限制。

2.3 电力电量平衡

丰满水电站典型年选择，丰水年1960年，平水年1962年，枯水年1976年。此次参与平衡的常规水电站22座，抽水蓄能电站4座，中朝界河上的水电站按一半容量参加平衡。

平衡原则：1）系统负荷备用。取最大负荷的3%，全部由水电承担，并参照各电站装机容量比例进行分配。2）系统事故备用。取最大负荷的10%，其中：水电承担1%，火电承担9%，当遇丰水年水电大发时，为减少弃水节省耗煤，适当转给火电承担。3）机组检修时间。水电按30 d/a考虑，火电机组按45 d/a考虑。4）平衡顺序。首先按满足永庆水库反调节的需要，确定丰满电站的工作位置，然后按装机利用小时数从小到大的顺序安排其它水电站。5）抽水蓄能电站按日平均调峰发电4.5 h考虑，综合效率采用75%。6）各类机组调峰幅度。水电机组扣除基荷容量后，调峰能力按100%计；抽水蓄能电站既可调峰又能填谷，调峰能力为200%；东北电网燃煤火电机组综合调峰幅度为33%，远景新增调峰火电机组的调峰幅度均在40%以上，常规燃煤火电机组综合调峰幅度采用35%。热电、核电、风电和径流式小水电以及企业自备机组均担任基荷，不参加调峰。7）旋转备用率采用8%。

按照上述条件及方法对丰满电站各装机方案分别进行设计枯水年的调峰能力平衡计算和电力电量平衡计算。从调峰能力平衡分析看，东北电网2020年最大负荷为80115 MW，最小负荷48870 MW，旋转备用6409 MW，需要最大开机容量86524 MW，系统需要调峰容量为37654 MW，各类机组可提供的调峰容量为28775 MW左右，则电网调峰缺口在8879 MW左右。如果再考虑26000 MW风电运行所带来40%的反调峰作用，导致电网的调峰缺口更大。从电力系统需求看，丰满电站的装机容量越大越好。当装机方案为1680 MW时，各类机组可提供的调峰容量仅为28933 MW，其中常规水电6462 MW，占17.16%；抽水蓄能6956 MW，占18.47%；火电机组15515 MW，调峰缺口为8721 MW。如果考虑2020年风电参加调峰后，要达到系统调峰容量平衡，火电机组的调峰幅度均处于深度调峰之中，调峰的经济性和可行性很难保证。从调峰所占比例看，设计水平年剩余64.37%调峰任务要由火电机组承担，电网调峰容量严重不足，电源结构明显不合理，电网调峰将更加困难。从电力电量平衡看，冬季最大负荷月可承担的工作容量分别为715，857，1000和1088 MW，备用容量分别为365，423，480和592 MW，装机容量1080～1480 MW在系统中均可全部发挥作用。但装机容量1680 MW方案，工作容量增加的幅度明显减少，而备用容量明显增多，如果不多承担备用容量将出现约32 MW的空闲容量，说明电站装机容量过大。

2.4 工程建设条件

水工布置：各比选方案厂房布置基本相同，均为坝后式地面厂房，布置在右岸坝下，随着装机容量的增加，工程量也随之增加，但对装机规模不存在制约性因素。

机电：丰满电站水头运行范围为44.0～71.0 m，选择立轴混流式水轮机，按各方案的设计条件和基本参数及电站既往运行特点，从水轮机安全稳定运行角度分析，装机容量800，1000，1200，1400 MW4个方案的水头变幅值Hmax/Hmin为1.6左右，水头变幅在稳定运行范围内，各比选方案技术均可行，不存在制约性技术难题。

水库淹没：各装机方案非汛期调峰运行时，下泄流量对永庆水库回水淹没范围均有一定的影响，永庆坝址处影响0.21～1.04 m；回水末端影响0.23～1.22 m。装机方案1680 MW时，回水范围超过永庆水库原设计确定的20年标准的居民淹没线。考虑永庆库区无新增居民，仅有零星耕地、林地和电杆，新增的补偿投资均不大，对装机容量选择影响不大。

施工组织：各方案厂房布置均采用右岸布置，坝型采用碾压混凝土坝，主体工程量相差不大，各方案的施工条件、总布置、导流方式及料源基本相同，仅是施工方法、临建面积、骨料加工量上有所差别。施工组织上对装机容量选择不起控制因素。

2.5 方案经济比较

对比选方案分别进行经济计算和财务分析计算，用以判别方案的优劣。计算结果见表2。

表2 丰满电站装机容量综合比较表

由表2看，方案1总费用现值最高，方案4总费用现值最低。方案2和方案3相比，方案3较优越，总费用现值仅比方案4增加4.5亿元，而方案2较方案4增加9.3亿元。从总费用现值计算结果看，方案4最优，方案3次之，但方案3和方案4相差不大。随着装机容量的增加，上网单位电价也随之增加，方案2较方案1增加0.047元，方案3较方案2增加0.046元，而方案4增加幅度为0.05元。各方案间电价增加幅度较接近，以方案3最低。从市场对上网电价的承受能力看，各方案作为调峰电价都是可以接受。

3 研究结论

1）方案1，装机容量、工作容量和年发电量最少，而单位千瓦投资和总费用现值最高，与其它方案比，能量指标和经济指标相对较差，而且所提供的工作容量对急需调峰容量的电力系统贡献较小，不予考虑。

2）方案2与方案3相比，单位千瓦投资、补充千瓦投资、总费用现值，方案3都较为经济，特别是从系统调峰需要的角度考虑，方案3较为有利。

3）方案4发电量和水量利用率略有增加，单位千瓦投资和总费用现值相对较低，但增加和降低的幅度很小，而补充千瓦投资和补充电能投资均呈上升趋势。特别是若不承担备用容量，则会出现32 MW的空闲容量，说明装机容量有些偏大。

4）按照国家防汛抗旱总指挥部“国汛[2004年]8号文”中规定：“当丰满水库发生5至10年一遇洪水时，尽可能控制下泄流量在2500～3000 m3/s之间，以减少第二松花江两岸的淹没损失”。方案4的机组下泄流量达3346 m3/s，已超过下游防洪任务规定的丰满最大安全下泄流量3000 m3/s，对永庆水库下游沿江两岸河滩地将带来新的淹没问题，不可取。

5）方案3装机容量1480 MW时下泄流量为2937 m3/s，满负荷工作1，2，4和8 h，通过河道槽蓄作用使发电流量衰减至2500 m3/s以下时，距丰满电站坝址距离分别是10.4，16.7，26.0，27.5 km。据现场勘察和了解，二松丰满以下河滩地主要分布在距离丰满坝址约64 km的土城子乡以下河道，而土城子乡以上特别是丰满坝址～九站以上45 km的范围内，大部分河段均属市区段，基本没有河滩地。因此，非汛期丰满水电站按满装机1480 MW运行时，不会对河滩地造成影响。

6）从径流调节、电力电量平衡、经济方案比较及建设条件综合分析，丰满水电站全面治理重建工程的装机容量推荐1480 MW方案，其中新建厂房装机容量1200 MW，安装6台机组，单机容量为200 MW。