浅谈狮泉河水电站机组台数及单机容量优化调整

浅谈狮泉河水电站机组台数及单机容量优化调整刘岩（中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072）摘要：本文就狮泉河水电站在技施设计时进行机组台数及单机容量优化调整的原因、调整方案的拟定进行了分析，并对优化调整前后的方案进行了比较。关键词：狮泉河水电站狮泉河电网负荷变化机组台数优化调整西藏自治区阿里地区狮泉河水电站自完成可行性研究设计至2006年建成发电，已有10年时间。可行性设计时，为避免机组在负荷低谷时段运行不稳定、从而威胁系统的安全供电，狮泉河水电站设计了6台单机1000kW的机组。这10年来，狮泉河水电站的供电地区——狮泉河电网的负荷状况与可行性研究时的预测值相比，有了较大的变化，电网内的电源点也发生了改变，为此，在狮泉河水电站技施设计时对机组台数及单机容量进行了优化调整。1狮泉河水电站简介狮泉河水电站位于西藏自治区阿里地区行署所在地狮泉河镇上游7km的狮泉河上，距拉萨市1752km，距新疆叶城1067km。狮泉河水电站的开发任务以发电为主，兼顾狮泉河镇的防洪。水库正常蓄水位4315m，死水位4310m，调节库容0.64亿m3，具有年调节能力。电站装机容量6000kW，年发电量1314.4万kW·h，建成后供电狮泉河电力系统，以满足狮泉河电网2015年左右的电力电量需求。2狮泉河水电站机组台数优化调整的必要性（1）狮泉河水电站在系统中的重要性西藏高原地域广阔。在直线距离上，西藏社会经济发展中心拉萨距日喀则250km、距昌都600km、距狮泉河则在1000km以上，加上负荷分布相差较大，在更大区域联网除技术可行外，经济性也是至关重要的考虑因素，因此，到2020年全区电网仍然维持中部电网、昌都电网、狮泉河电网“一大两小”的网络格局，同时存在众多的县乡独立小电网。截止2005年底，狮泉河电网总装机0.338万kW，全部为柴油机组。2005年狮泉河电网供电范围为噶尔县狮泉河镇。狮泉河水电站于2004年7月开工建设，并于2006年底建成投产发电。随着狮泉河电站的开发利用，到2010年狮泉河电网供电范围扩大为1县5个乡镇；随着象泉河电站的投产，2015年狮泉河电网扩展到革吉县，供电范围为2县10个乡镇；2020年狮泉河电网扩展到日土县，供电范围为3县15个乡镇。电网覆盖到的县占阿里地区7个县的42.9%。狮泉河水电站是目前狮泉河电网建设的第一座水电站，也是该电网容量最大的骨干电站，其建成后将在系统中担负调峰、调频以及事故备用等任务，因此狮泉河水电站机组台数即单机容量的选择对系统的安全稳定运行具有重要作用。（2）狮泉河电网负荷变化根据1996年编制完成的《狮泉河水电站可行性研究报告》，预计狮泉河水电站将于1999年建成投产，根据负荷发展需要和电站在系统中的骨干作用以及动能设计规范，确定狮泉河水电站设计水平年为2005年。报告中根据西藏自治区工业电力厅1994年编制的《西藏自治区中长期电力发展规划》，预测狮泉河电网2005年的最小负荷仅为980kW，因此在对电站的机组台数进行比较时，根据电站能量指标、电站运行的灵活性、负荷低谷时段机组运行稳定性以及经济指标综合分析，推荐狮泉河电站采用6台1000kW的混流式水轮发电机组。由于种种原因，狮泉河水电站推迟于2004年7月开工建设，10年来，狮泉河电网的负荷却已有了较大增长，根据西藏自治区电力公司提供的资料，狮泉河电网2005年实际最大负荷为1800kW，根据《西藏电力“十一五”发展及2020年远景目标规划》的负荷预测成果，预计狮泉河电网2010年最大负荷8800kW，2015年最大负荷将达14200kW。西藏自治区狮泉河电网负荷预测成果见表1、西藏自治区狮泉河电网典型日负荷特性见表2。西藏自治区狮泉河电网负荷预测成果表表1单位：万kW，亿kW·h项目2010年2015年2020年需电量0.320.510.72最大发电负荷0.881.422.00最大负荷利用小时数363635923600西藏自治区狮泉河电网典型日负荷特征值表表2项目2005年2010年2015年2020年日负荷率γ最小日负荷率β日负荷率γ最小日负荷率β日负荷率γ最小日负荷率β日负荷率γ最小日负荷率β春季0.4250.1430.4140.1260.4110.1220.4040.106夏季0.3870.1380.3780.1220.3800.1220.3750.106秋季0.4180.1560.4100.1420.4120.1430.4080.129冬季0.4500.1940.4420.1820.4440.1830.4390.170根据狮泉河水电站的施工进度计划，并考虑动能设计规范、狮泉河水电站的规模以及在系统中的作用，其设计水平年确定为2015年。到2015年，尽管狮泉河电网的负荷仍然是以生活用电为主，最小日负荷率仍然很低，但由于负荷的增加，最小负荷已由可研设计时的980kW增加到1800kW左右，狮泉河水电站在负荷低谷时段担负的工作容量有所增加。此外，可研设计时狮泉河电网的骨干电站——朗久地热电站已完全停产，过渡电源——0.338万kW的柴油发电机组已投入运行，考虑到届时与目前已建的柴油发电机组联合运行，可研设计时预计可能存在的造成机组在负荷低谷时段运行不稳定、影响系统供电安全的因素已不复存在。因此，有必要对狮泉河水电站的机组台数进行适当调整。3优化调整方案的拟定及动能指标计算（1）优化调整方案拟定根据狮泉河电网的负荷变化情况、电站实际运行要求、机组检修维护、水工布置以及套用型谱标准容量等因素，初步拟定4×1500kW与原6×1000kW进行比较。但考虑到狮泉河水电站调节性能较好，为适应电网今后的调峰需要，可以适当增加单机容量，通过对机组制造厂家的调查，拟定4×1600kW方案与原6×1000kW进行比较。经对4×1500kW方案与4×1600kW方案的研究比较，4×1600kW方案的投资虽高于4×1500kW方案，但不会突破原6×1000kW方案的审定投资，且4×1600kW方案还可在天然来流量较丰沛时多获得一定的发电效益，因此推荐4×1600kW与原6×1000kW方案进行比较。（2）动能指标狮泉河水电站具有年调节水库，水库蓄水期为8～9月，9月底水库蓄水至正常蓄水位；供水期为10月～翌年7月，7月底水库水位消落到死水位。根据以上水库运行方式进行径流调节计算，在计算中考虑了各机组台数方案的水轮机效率变化。计算结果表明详见表3。各机组数方案动能经济指标表表3项目单位4×1600kW方案6×1000kW方案正常蓄水位m43154315死水位m43104310装机容量kW64006000供水期平均出力kW1475.01450.5多年平均年发电量万kW·h1330.01314.4最大水头m26.926.9最小水头m21.121.0平均水头m24.023.7额定水头m23.423.4机型HLA551HLA296机组台数台46静态总投资万元43438.6443819.32单位千瓦投资元/kW6787373032电位电能投资元/kW·h32.6633.344优化调整后方案与原方案的对比分析比较调整前后两个方案的动能计算结果、适应系统负荷需求状况以及运行管理等因素，可以得到以下的结论：（1）按照狮泉河水电站设计的水库运行方式，通过径流调节计算可知：调整前后两个机组台数比较方案的水量利用均较充分，6×1000kW方案水轮机效率略高于4×1600kW方案，但其引水发电系统的水头损失较大，因此其多年平均年发电量比4×1600kW方案少15.6万kW·h（约为4×1600kW方案多年平均年发电量的1.2％）。（2）狮泉河水电站在电网中担负调峰、调频、事故备用等任务，因此电站机组台数的选择必须满足系统负荷变化的需要，根据《西藏电力“十一五”发展及2020年远景目标规划》的负荷预测成果，狮泉河电网2015年的最大负荷为14200kW，春季和夏季的最小日负荷率仅0.122，秋季的最小日负荷率为0.143，冬季的最小日负荷率为0.183，因此狮泉河电网低谷时段的负荷在1700kW～2600kW之间，4×1600kW方案和6×1000kW方案均能满足狮泉河水电站机组稳定运行的要求，从而保证狮泉河电网电力供应的可靠性。（3）由于4×1600kW方案水工工程量及机电设备投资均略低于6×1000kW方案，故其静态总投资略低于6×1000kW方案，而其多年平均年发电量却略高于6×1000kW方案，因此4×1600kW方案的单位经济指标略优于6×1000kW方案。（4）机组台数较多，单机容量小，虽有利于电站的灵活运行，机组发生事故后所产生的影响较小，但操作次数也随之增加，发生事故的机率增高，同时管理人员增多，运行费用也会提高。狮泉河水电站安装4台机组已能满足电站运行灵活可靠的要求，因此从运行管理的角度考虑，4×1600kW方案较有利。5结论通过以上的分析可知，4×1600kW方案的动能指标和经济指标均略优于6×1000kW方案，根据设计水平年狮泉河电网的负荷预测及负荷特性预测成果，4×1600kW方案能够满足机组稳定运行及电网供电可靠的要求，且在电站枢纽布置及运行管理方面优于6×1000kW方案，因此将狮泉河水电站机组台数调整为4台是适宜的。作者简介：刘岩（1976－），女，新疆阜康人，工程师，现从事水电站动能经济方面的设计与研究工作。