白山混合式抽水蓄能電站對紅石電站水能利用提高率的影響分析

徐小偉，李秀斌，韓尚峰，孫鈴鑫

（1.國網電力科學研究院/南京南瑞集團公司，江蘇省南京市 211106；2.白山發電廠，吉林省吉林市 132013）

1 概述

混合式抽水蓄能電站是相對于常規水電站及常規抽水蓄能電站而言的。常規水電站是利用天然來水、水工建筑物及水輪機組等實現水能轉換為電能的綜合建筑物。抽水蓄能電站是利用高差較大、具有優良的距高比L/H的上下兩個庫盆建成。混合式抽水蓄能電站是指結合常規水電站開發抽水蓄能電站，既可以在常規水電站建設的同時一并開發建設，也可以在已建成的常規水電站上進行擴建或續建[1]。

白山發電廠由白山水電站、白山抽水蓄能電站及位于下游的紅石電站組成，總裝機容量200萬kW。其中，白山抽水蓄能電站和白山電站共用一座大壩，裝有5臺常規機組和2臺可逆式抽水蓄能機組，電是松花江干流梯級電站的最上一級水電站，是東北地區最大的水電站，白山水庫為不完全多年調節水庫。

白山混合式抽水蓄能電站是利用已建成的白山常規梯級電站，利用相鄰的兩個梯級水庫（白山水庫和紅石水庫）分別做上下水庫，在上一級電站（白山電站）上建設抽水蓄能電站。目前，全國已建成的混合式抽水蓄能電站中，白山抽水蓄能電站是唯一一座梯級混合式抽水蓄能電站。紅石電站作為承擔白山抽水蓄能電站下庫盆作用，白山抽水蓄能電站建成后對紅石電站的運行將產生較大影響。

水能利用提高率是評價水電廠運行經濟合理性的技術指標，是安全文明生產及經濟運行的考核標準[2]。因此，紅石電站為主要研究對象，考慮白山混合式抽水蓄能電站建設前后對于紅石電站水能利用提高率影響為目標。采用白山混合式抽水蓄能電站投產時間點為分界線，分別選擇兩個階段的豐水年、平水年和枯水年典型年，對下游紅石電站水能利用提高率的影響進行分析、對比、計算。

2 水電站水能利用提高率計算方法

水能利用提高率是水電廠年實際發電量與考核電量的差值占考核電量的百分比。考核電量是經過審核部門審定的計算程序或者按照有關設計規定計算得到的發電量（扣除經網、省核定的因調度原因使電廠減發的電量）[3]。

式中N實際——年實際發電量；

N考核——年考核發電量。

年考核發電量按照當年實際來水量考核核定。考核計算程序中綜合出力系數K值，應結合本年度前五年的實際平均水平論證確定；考核計算程序中棄水期發電負荷率r值，采用本年度棄水日實際發電負荷率的平均值；新投產的電廠尚未進行能量指標復核計算之前，其綜合出力系數K值原則上按照設計值考核，如需要變更應根據實際運行資料或者實驗資料論證。

3 紅石電水電站水能利用提高率計算

3.1 紅石水電站概述

紅石水電站是白山水電站的下游電站，與白山水電廠同屬于白山發電廠，其主要的運行方式是采用水位控制的方式，因此紅石電站的運行受到上游白山電站的影響較大。在汛期，若來水較少時，白山混合式抽水蓄能電站消耗電網多余電量，抽水填谷，提高上游水位，同時紅石電站上游水位下降，者停止發電；當來水較多，常規機組滿發時可能產生棄水時，抽蓄機組作為發電機組增加發電量，此時，紅石壩上水位上升，水頭抬高，增加發電。在非汛期，白山抽水蓄能電站進行抽水填谷，消耗電網用電低谷多余電量，常規機組轉換為調峰容量，紅石電站根據白山電站運行方式，調整發電時機。

3.2 典型年選取

以抽水蓄能機組投運為分界點（2006年）選取白山混合式抽水蓄能電站建成前和建成后兩個階段的豐水年、平水年、枯水年3個典型年數據。典型年的選取應綜合考慮的上下游各種工況條件，投運前的豐水年、平水年、枯水年典型年分別為1995年、2001年和1998年。投運后的豐水年、平水年、枯水年典型年分別為2013年、2012年和2014年。

表1 紅石水電站典型年水能利用提高率對比分析表Tab. 1 The comparison analysis of waterpower utilization rate of the Hongshi Hydropower Station

表2 紅石水電站典型年水位對比分析表Tab. 2 The Typical Year level analysis of the Hongshi Hydropower Station （m）

3.3 計算成果分析

根據3.2中確定的兩個階段典型年的選取，按照公式進行各項指標的統計計算，得到計算結果見表1、表2。

從表1、表2計算結果中可以得出如下結論：

（1）白山抽水蓄能電站投產后，水能利用提高率明顯提高，紅石站由3.49%提高到6.07%。

（2）白山抽水蓄能電站投產后，紅石電站考核電量、實發電量以及增發電量均有所增加。

（3）白山抽水蓄能電站投產后，紅石電站耗水率略有增加，從計算成果上看，僅增加0.02，影響幾乎可以忽略。

（4）白山抽水蓄能電站投產后，下游紅石電站的壩上平均水位全年平均水位增加1cm，非汛期平均水位減少1cm，幾乎不變，影響非常有限。

（5）從上述結果中可以看出，白山抽水蓄能電站建成前后，紅石水庫平均水位基本沒有變化，但是水能利用提高率有較大增長。

4 結果分析

根據上文可知，紅石電站水能利用提高率以及增發電量等相關參數均較白山混合式抽水蓄能電站建成后略有增加，具體來說主要有以下原因：

（1）白山混合式抽水蓄能電站建成前，白山水電站和紅石水電站均按照設計方式運行，紅石電站主要來水為白山水庫出流及區間入流。混合式抽水蓄能建成后，一般利用夜晚用電低谷時進行抽水，紅石電站一般此時采用停止發電。

（2）停止發電后，避免了由于抽水導致的紅石上游水位降低，從而減少水頭而造成耗水率提升。

（3）在白山電站發電運行后，紅石電站延遲開機，待白山電站水量到達紅石電站壩前，水位抬高后再開機，增加紅石電站水頭。

（4）由于上游白山電站蓄泄水量信息明確，白山、紅石又同屬于白山發電廠，調度方式銜接順暢，信息無障礙傳輸，屬于統一調度方式，可以充分利用白山、紅石之間的聯合調度充分利用來水進行發電，提高誰能利用率。

5 進一步的措施

采取洪前預泄調度、攔蓄洪尾等措施，努力提高水能利用提高率。當水庫可能棄水或棄水時，水電盡量滿發，避免或減少棄水，多發水電。同時，加強機電設備維護檢修管理、優化開機方式和負荷分配、及時排漂清污、開展尾水清渣工作、盡量減少機組空載損失，使有限的來水資源得到充分的利用。

以針對紅石電站由于受到上游白山電站影響較大，一般有以下具體措施：

（1）加強對白山、紅石兩座水利樞紐工程的維護消缺，提高主輔設備的完好率，保證蓄水建筑物和發送電設備能按設計指標正常運行。

（2）加強對水情自動測報系統的運行管理，積極開展洪水滾動預報，努力提高洪水預報精度，為白山水庫蓄泄提供理論依據，從而紅石電站充分利用來水提供保證。

（3）積極結合面臨時段的水庫水位開展預報調度。當水文氣象預報未來時段內入庫流量較大可能導致棄水時，提前加大負荷，用發電來預先騰庫，做到多蓄水多發電；當水文氣象預報未來時段內入庫流量較枯時，適當調低負荷，保持水庫在高水位運行，做到節水多發電。

（4）主汛期在確保防汛安全的前提下，征得有關防汛部門的同意，合理利用洪水退水段的水量，適當超蓄水庫水位，并盡快通過發電消落水位，多蓄水多發電。

（5）主汛期末，在雨季結束之際，盡可能攔截洪尾將水位蓄到汛限水位。

（6）合理安排機組檢修時間，保證在來水較豐的月份盡量不進行機組檢修，在洪水期有足夠的水電機組能夠根據水情變化及時投入運行，增加季節性電能。

（7）充分利用白山紅石梯級水庫群水庫特性和水文條件的差異，進行水庫群補償調節。

6 結束語

水能利用提高率是反映水庫運行經濟合理程度的有效參數，準確地表明是否完成了全年的電量考核任務。建設混合式抽水蓄能電站在一定程度上可以有效地提升下游水庫誰能利用提高率。

[1] 楊長富，李秀斌，劉學媛，莊小東，秦秀榮，李奕成，申家寧．白山梯級混合式抽水蓄能電站的優越性及效益分析[C]．抽水蓄能電站工程建設文集2014．北京:中國電力出版社，2014．YANG Changfu，LI Xiubin，LIU Xueyuan，ZHUANG Xiaodong，QIN Xiurong，LI Yicheng，SHEN Jianing．Advantage and Benefit analysis of the cascade pumped storage power plant in baishan[C]．Project Construction of Pumped Storage Power Station 2014．Beijing: China Electric Power Press，2014．

[2] 劉義林．淺析提高水能利用提高率的途徑[J]．江西電力，1998（3）：26-29．LIU Yilin．A brief analysis of the way to improve the utilization of water energy[J]．Jiangxi Electric Power，1998 （3）：26-29．

[3] 電力工業部．電力行業一流水力發電廠考核標準（試行）[S]．1996．Department of Power Industry．Assessment Standard for Power Plant of Power Industry （Trial） [S]．1996．