梯級水電站聯合優化調度的探討

【摘要】梯級水電站的聯合優化調度，能夠充分利用水資源，發揮各梯級水庫的調節性能和補償作用，降低發電企業的生產運行成本，使經濟效益最大化。本文論述了梯級水電站水能資源的利用、實施聯合優化調度的優勢及具體實施的必要條件，并就清江梯級水電站實施聯合優化調度情況進行了總結分析，最后提出了梯級水電站聯合優化調度還有待改進的地方。

【關鍵詞】梯級水電站；聯合優化調度；水能資源；經濟效益；改進

1、前言

梯級水電站是指同一條河流上的若干個水電站以串聯的形式所構成的水電站群，這些水電站不但有電力聯系，而且還有水力和水量方面的聯系。[1]若各梯級水電站單獨運行，不從流域整體出發考慮，會使梯級水電站整體水能利用率較低，[2]還會導致水庫特別是無調節能力的水庫產生棄水，造成大量棄水電量，經濟效益低下。而梯級水電站聯合優化調度運行就是統籌考慮梯級各電站水庫水文徑流特性、調節性能，以及各電站之間存在的水文、電力上的聯系，充分發揮相互之間的補償作用，最大程度的利用水資源。因此實施聯合優化調度對梯級水電站優化運行管理、安全防洪度汛、提高發電經濟效益和綜合利用效益至關重要。

2、梯級水電站水能資源的利用

水能是一種可以再生的能源，利用水能發電成本低、效益高，可持續性強。

水電站水力發電就是利用大壩匯集水量、集中水頭使水庫上下游產生水位差，形成水能，然后通過引水管道和蝸殼等引水部件將水能輸送到水輪機使其旋轉，帶動同軸的發電機旋轉，從而將水能先轉化為機械能，再轉化為電能。

水電站發電能力的大小主要取決于水頭（即水庫水位）和水量，特別是在梯級水電站中，這種聯系更加明顯。下游水電站發電水量主要取決于上游水電站的下泄水量（還包括區間流量），因此下游水電站的發電量受上游水電站發電量的影響。另一方面，梯級水電站還存在水頭上的聯系，若下游水電站庫水位過高，抬高了上游水電站的尾水，則會降低上游水電站的發電水頭，減少發電量；[2]若上游水電站發電不合理，導致下游水電站庫水位過低，發電水頭偏低，則會降低下游水電站的發電效益。因此在梯級水電站中，從流域整體出發，使水頭、水量充分利用和重復利用顯得非常重要。

3、實施梯級水電站聯合優化調度的優勢

（1）提高流域水能資源利用率

實施流域梯級水電站聯合優化調度運行，通過制定長期的水庫調度策略，可以發揮具有年調節性能或多年調節性能水庫的調節作用，對調節性能較差的水庫進行補償，在流域梯級各水電站防洪和發電統一考慮下，提高梯級水能資源的利用率，使流域徑流得到充分利用。

（2）提高梯級水電站發電綜合效益

實施流域梯級水電站聯合優化調度運行，根據梯級各水庫的調節性能、各電站的裝機容量和機組設備的運行情況，通過合理分配梯級各電站間的發電計劃，確定不同時期各水庫的蓄放水次序，發揮電力補償調節作用，可以提高梯級水電站的發電引用水頭，使梯級水電站的發電能力（尤其是枯水期）得到大幅度的提高。同時聯合調度運行還可以進一步優化梯級水電站機組的運行方式，改善機組運行工況，聯合躲避機組振動區，減少單機在系統中的旋轉備用時間，實現梯級水電站發電經濟效益的最優化。

（3）有利于安全防洪度汛

根據流域的水文氣象特性，流域降雨在時間和空間分布上存在差異，實施梯級水電站聯合優化運行，利用梯級各水庫調節性能的不同，充分發揮大型龍頭水庫的調節優勢，通過水庫之間的削峰、錯峰可以提高梯級各電站的整體防洪能力，有利于安全度汛。

（4）提高工作效率

眾多河流梯級開發使得梯級水電站數目多，將加重電網調度部門對水電站的調度工作任務。若成立梯級調度中心或集控中心來實施梯級水電站聯合調度運行，可以讓電網調度部門不必去面對眾多的水電站，直接與梯級調度中心或集控中心進行業務聯系，減少工作面，使相互之間的生產信息交換、調度管理更加方便和有效，也便于梯級發電企業對各水電站的生產管理，提高工作效率。

4、實施梯級水電站聯合優化調度的條件

梯級水電站聯合優化調度作為一種高效率的先進管理模式，有上述如此多的優勢，一經提出便受到了全國各流域發電企業的青睞，紛紛探索實施，總結起來，具體實施需要具備如下一些條件：一是為了方便梯級水電站的統一調度管理，發電企業需要得到公司內部以及上級電網公司的支持，成立梯級調度中心或集控中心；二是必須要建立一套完善的自動化設備系統來提供技術支撐，包括自動發電控制監控系統、水情遙測系統、水調自動化系統和通信系統等；三是需要培養梯級發電調度運行、水情水庫調度作業、設備系統維護等相關專業的人才隊伍。

5、清江梯級水電站實施聯合優化調度情況

清江梯級水電站包括水布埡、隔河巖、高壩洲三座水電站，其中水布埡是多年調節水庫，隔河巖是年調節水庫，兩座電站機組性能優越，開停及負荷調節響應速度快，是華中電網骨干調峰調頻電站；高壩洲是日調節水庫，作為上一級隔河巖的反調節水庫。

清江公司作為清江梯級水電站的業主，自開發經營管理以來，一直重視梯級水電站的聯合優化調度，并不斷探索創新運行管理模式，早在1999年便成立了全國第一家流域性調度管理機構——清江梯調管理中心，主要負責梯級三座電站機組的集中控制、調節、監視和經濟優化運行以及梯級水庫的防洪和優化調度。清江梯調管理中心通過中長期氣象水文預報，制定年度水庫調度方案、汛期調度運用計劃，并結合梯級電站機組設備運行情況，合理安排三座電站日發電計劃和機組運行方式，實時調節各水庫的水量平衡，來充分發揮水頭效應，重復利用庫容水量，在梯級電站發電和防洪方面取得了巨大的成績。特別是從2013年實施水電聯合調度以來，密切了水和電的聯系，加快了水和電的響應速度，更是收獲了輝煌的成績。2014年9月的秋汛，在氣象預報降雨不大的情況下，通過水電聯調的快速響應機制，化被動為主動，科學調度，充分發揮梯級電站的發電能力來消納洪水，最終實現了零棄水的目標，并創造了多項發電記錄；在2017年10月，流域突發多輪強降雨，通過制定合理的洪水調度方案以及發揮水電聯調的優勢，最終成功實現流域安全防汛和洪水資源的充分利用，年度發電量首次突破了百億千瓦時。另外清江梯調中心通過近二十年的不斷探索梯級水電站的聯合優化調度以及實施水電聯調，積累了豐富的運行管理經驗，并培養了一批既懂水又懂電的梯級調度人才。

6、結束語

實施梯級水電站的聯合優化調度，能夠充分利用流域水能資源，降低梯級水電站的生產運行成本，提高發電經濟效益和綜合效益。符合建設資源節約型、環境友好型社會的要求，符合創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念。但是在實際的運行中，還依然存在一些問題，比如水文氣象預報不準、流域中不同發電企業的水電站的信息資源共享不夠、所需自動化系統平臺繁多且接口不一致等問題，需要在今后的探索實施中進一步改進和優化。

參考文獻：

[1]水電站經濟運行.中央廣播電視大學出版社，陳德新，2004年8月

[2]流域梯級水電站群聯合優化運行.中國電力出版社，馬光文、劉金煥、李菊根編，2008年4月