陆浑水库水电站装机容量复核研究

2014-08-20程大鹏王国强

河南水利与南水北调 2014年14期

□ 程大鹏 □王国强

（1郑州大学水利与环境学院 2河南省陆浑水库管理局陆浑水电站）

0 引言

水库式水电站是我国水电站的重要组成部分，通过水库的调节作用对天然径流进行调配，调节性能较好。然而，由于某些电站建设年代较早，受当时技术水平的限制，其装机往往难以与水库相适应，且由于运行时间较长，其设备陈旧老化，难以满足电站的正常安全需要。通过更换高效设备，合理确定装机容量，对水电站进行必要的技术改造，已在国内外取得了较好的效果。由于水电站具有明显的个体差异性，因此，对电站技术改造必须采取必要的技术论证分析，以满足电站的技术改造要求。本文针对陆浑水库水电站的装机容量复核，采用动态规划模型，并充分考虑水库及电站的运行性能，通过多种方案的比选，最终确定其合理的装机容量，对类似的工程具有一定的参考意义。

1 工程概况

陆浑水库是一座多年调节水库，具有防洪、灌溉、养殖、发电和供水等多项功能。水库位于河南省洛阳市嵩县，建成后为当地经济及黄河干流的防洪灌溉都发挥了重要作用。陆浑水库由输水洞和灌溉洞两电站组成。输水洞装机3750 kW（3×1250 kW）；灌溉洞设计装机容量6500 kW（2×3000+500 kW），但是由于小机组500 kW出现严重质量问题，该机组自安装后，从未正常运行过。电站总装机容量10250 kW。

陆浑水库水电站经过多年运行，其设备老化较为严重，安全操作性差，综合能效较低。为提高电站对水能的利用效率，进一步发挥其发电效益，拟对陆浑水库水电站进行全面的技术更新改造。考虑陆浑水库水电站建设年代较早，为合理确定其装机方案，需通过水库的调节计算，结合水库与电站的运行特性，对其装机方案进行复核，选出其合理的装机方案。

2 陆浑水库调度模型

2.1 优化调度模型

陆浑水库为多年调节水库，建立其优化调度模型如下：

式中：E为调度期内总发电量；Nt为水库时段平均出力；Δt为时段长；T为时段数目，Nmax为电站最大出力限制，为电站最小出力限制。

2.2 其约束条件

2.2.1 水位约束

式中：Z死为水库的死水位；Z汛为水库的防洪高水位；Zmax为水库非汛期正常高水位。

2.2.2 水电站出力限制

水电站出力限制条件：Nmin≤Nt≤Nmax

2.2.3 发电流量限制

发电流量限制条件：Qmin≤Q发电≤Qmax

式中：Qmin为水轮机允许的最小过流量；Q发电为发电流量；Qmax为水轮机允许的最大过流量。

2.2.4 用水部门的用水约束

用水部门的用水约束条件包括灌溉、供水、生态等下游用水。

3 水库调度规则

利用动态规划进行陆浑水库的水能调节计算时，充分考虑水库及电站的运行特性，采用以下调度原则：一是汛期库水位超过汛期限制水位（317m）时，水库弃水；二是非汛期库水位超过正常蓄水位（319.50m）时，水库弃水；三是库水位到达死水位时（298m）时，停止一切供水；四是对于逐月的来水资料，运用水量平衡公式和离散的水位，利用库容水位关系，最后得到出库流量；五是出库流量中首先满足下游灌溉的要求，此部分流量流入灌溉洞并发电；然后多余的水量进入输水洞发电，当流量使得输水洞满发时，多余的水量再转入灌溉洞发电。若此部分水量仍然超过灌溉洞的满发流量，则多余部分视为弃水；六是陆浑水库的灌溉洞和输水洞电站的最小出力限制取各电站最小机组出力的一半，最大出力限制取各电站的总装机容量；七是灌溉洞和输水洞电站作为整体进行计算。

4 调度结果及最终方案确定

根据电站的实际情况，初步拟定两种装机方案。

方案一：输水洞电站每台机组均由原来的1250 kW增容至1400 kW，总装机4200 kW（3×1400 kW）；灌溉洞电站小机组增容至800 kW，其余两台机组各增容至3600 kW，总装机容量8000 kW（800 kW+2×3600 kW）。

方案二：输水洞电站每台机组均由原来的1250 kW增容至1600 kW，总装机4800 kW（3×1600 kW）；灌溉洞电站小机组增容至800kW，其余两台机组各增容至3600 kW，总装机容量8000 kW（800 kW+2×3600 kW）。

采用动态规划算法对陆浑水库进行长系列的仿真模拟，则可以计算二种方案的调度结果如表1所示。

表1 不同增容方案水能计算结果对比表

改造后电站发电量增加，增发电量可由三部分组成：第一部分，充分利用灌溉洞小机组小流量灌溉水量进行发电；第二部分，利用陆浑水库除险加固后增加的上游水位，选用高效水轮发电机组，提高发电效率；第三部分，利用汛期富余水量，增加电站装机容量增发的电量。

由表1分析可知，对上述两个方案进行模拟调度，计算结果表明发电量随着电站总装机容量的增加而增大，多年平均弃水量减少，即电站存在富余水量。年利用小时数随着电站装机容量的增加而降低，但是降低幅度不大。考虑到电站总体发电效益和水能的充分利用，为了不造成设备资源上的浪费，选取方案二作为陆浑水库水电站最终装机方案。