基于攔污能力提升的華口水電站節(jié)水增電技改研究

鄭家回

（福建省漳平市華口水電有限公司，福建 漳平 364400）

華口水電站位于福建省漳平市蘆芝鄉(xiāng)，是漳平市重點(diǎn)工程之一，電站在九龍江北溪上，九龍江北溪是福建省第二大河，多年平均年發(fā)電量1.2億千瓦時(shí)。華口水電站的水庫，部分位于漳平市內(nèi)，是漳平市美麗的風(fēng)影線。九龍江北溪流經(jīng)龍巖市、漳平市等重要城市，河流中存在大量生活垃圾，以及大量外來物種水芙蓉，目前，經(jīng)國家大量治理生活垃圾已大量減少，但在大雨過后還是會出現(xiàn)大量的垃圾以及水芙蓉，水芙蓉不但影響水中水生生物的生存，也對電站的發(fā)電效能造成重要影響。水芙蓉與垃圾堵塞攔污柵，導(dǎo)致發(fā)電用水不能得到快速補(bǔ)，降低了發(fā)電水頭影響發(fā)電量。華口電廠為臥室貫流式機(jī)組，單機(jī)額定流量170m3/s，上游有粗細(xì)兩層攔污柵，正常兩臺大機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行流量在300m3/s以上，這種低水頭大流量的生產(chǎn)方式倒至其對入水粗柵的要求變得較高。華口電廠原粗柵設(shè)計(jì)太小而且為長方型。粗柵前的污物使發(fā)電水頭損失巨大，且難以清理，難以滿足本廠的需求。為滿足本廠節(jié)水增發(fā)電的一貫精神，通過技改增加發(fā)電水頭，比如，下游河道清理和增加上游水位等，其中攔漂和截污也成了其中節(jié)水增發(fā)電的強(qiáng)有力方法之一。華口電站啟動(dòng)基于攔污能力提升的電站節(jié)水增發(fā)電技改研究，分別考察了在水電站進(jìn)水口前水庫增設(shè)攔漂裝置和擴(kuò)大粗格柵兩個(gè)技術(shù)方案，以水頭損失、清污水量以及發(fā)電量作為評價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化水電進(jìn)水口攔污設(shè)施，為山區(qū)階段水電站的優(yōu)化運(yùn)行提供技術(shù)支持。

1 強(qiáng)化攔污技術(shù)措施

（1）攔漂排設(shè)置。增加攔污柵范圍可以減少污物對發(fā)電水頭損失的影響。攔漂的安裝于2016年安裝完成，位于水電站前100米處。由一根鋼絲繩為受力主軸，橫跨56米過水?dāng)嗝?；攔漂裝置上面捆綁泡沫塑料用以欄阻漂浮物，下方還懸掛魚網(wǎng)用石頭拉緊以欄阻部分水下懸浮物進(jìn)入。2018年對粗柵進(jìn)行了擴(kuò)大改造，增加了粗柵范圍，并將原設(shè)計(jì)的長方型改為擴(kuò)大三角型。

（2）評價(jià)指標(biāo)?；跀r污能力提升的華口電站技改研究主要評估設(shè)置攔漂排和擴(kuò)大粗格柵對站前水頭損失、發(fā)電水頭以及單位發(fā)電耗水量進(jìn)行評價(jià)。

站前水頭損失系指攔漂前水位與粗格柵后水位的差值；發(fā)電水頭系粗格柵后水位與電站出口水位的差距。各類水位值可以通過觀測水位標(biāo)尺獲得。單位發(fā)電耗水量系指每發(fā)一度電所需消耗的水量，通過采集發(fā)電控制系統(tǒng)中發(fā)電量數(shù)據(jù)和水量數(shù)據(jù)獲得。

2 結(jié)果與討論

（1）攔漂排對水頭損失和發(fā)電能力的影響。欄漂在粗柵外在一定程度上擴(kuò)大了粗柵的范圍，將大量漂浮物：水芙蓉、竹子、木材等阻擋在欄漂外，加大進(jìn)入粗柵水流的順暢度。欄漂的安裝使華口電廠水頭得到了提高，減少了水頭損失。如圖1(a)所示，沒有設(shè)置攔漂排時(shí)，水電站前水頭一般在0.5～0.9m，特別是在洪水期水頭損失會上升到第二天就會達(dá)到0.7～1米。設(shè)置攔漂排以后，站前水頭損失穩(wěn)定在0.3～0.5之間，即使洪水期也無需清污，在機(jī)組滿負(fù)荷情況下，上游水頭損失也能控制在0.4米左右且相當(dāng)穩(wěn)定。一次清污棄水的浪費(fèi)就達(dá)30～100萬m3，可見技改的經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，設(shè)置攔漂排減少清污次數(shù)，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度機(jī)組損耗。

如圖1(b)所示，欄漂安裝前后洪水污物對節(jié)水增發(fā)電具有顯著貢獻(xiàn)。安裝攔漂排前兩機(jī)滿發(fā)負(fù)荷平均為16100kW，而欄漂安裝后兩機(jī)滿發(fā)負(fù)荷為16800kW；在單機(jī)情況下都可帶負(fù)荷至17500kW，但是，欄漂安裝前單機(jī)滿負(fù)荷平均導(dǎo)葉開度為84%～88%，而漂安裝后單機(jī)滿負(fù)荷平均導(dǎo)葉開度為82%～84%。如圖1(b)所示，在裝攔漂前年均單位發(fā)電水量為29.5m3/度；在裝設(shè)攔漂后年均單位發(fā)電水量為28.5m3/度。但是，攔漂也存在抗洪水能力弱、漂浮物影響湖庫景觀以及使用壽命短等問題。

圖1 攔漂排對水電站前水損(a)以及發(fā)電水頭與耗水量(b)的影響

（2）擴(kuò)大粗格柵對水頭損失和清污的影響。針對攔漂排的不足，采用擴(kuò)大粗格柵方式進(jìn)行了技改研究。如圖4所示，經(jīng)過擴(kuò)大粗格柵改造以后，站前水頭損失進(jìn)一步下降至0.2m以下，明顯降低了站前的水頭損失。如圖2(b)所示，擴(kuò)大粗格柵后，電站的平均發(fā)電水頭從13.1m增加至13.4m，單位發(fā)電水量從28.5m3/度降低至28.15m3/度。這說明擴(kuò)大粗格柵改造也可以顯著降低發(fā)電水頭的降低，增加發(fā)電量。此外，按目前環(huán)保要求，現(xiàn)在清污已經(jīng)不能將污物水芙蓉排到下游，必須進(jìn)行人工清污，排污用水目前已不存在，由于以前長方型攔污柵小對柵前污物吸力大及難清污，若停機(jī)清污又會造成生態(tài)流水中斷?，F(xiàn)在有了擴(kuò)大粗柵后，上游差不多污物的情況下清污時(shí)間只要原來的一半，減少了人成本，而且使清污的及時(shí)性得到了有效的提高。

圖2 擴(kuò)大粗格柵對水電站前水損(a)以及發(fā)電水頭與耗水量(b)的影響

（3）基于攔污能力提升的技改效益分析。經(jīng)過上述研究可知，安裝攔漂后單位發(fā)電耗水量明顯減少但不穩(wěn)定，安裝擴(kuò)大粗格柵后單位發(fā)電耗水量明顯減少而且十分穩(wěn)定，同時(shí)使污物清理變的容易且容易做到及時(shí)。在裝攔漂前年均單位發(fā)電水量為29.5m3/度；裝設(shè)攔漂后，年均單位發(fā)電水量為28.5m3/度；裝設(shè)擴(kuò)大粗格柵后，年均單位發(fā)電水量進(jìn)一步下降至28.15m3/度，按一年發(fā)電1.2億度電計(jì)算：在同樣的入庫流量的前提下，裝設(shè)攔漂后增發(fā)電量421萬度/年；裝設(shè)擴(kuò)大粗格柵后可增發(fā)575萬度/年。

3 結(jié)語

基于攔污能力提升的水電站技改研究具有經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性。設(shè)置攔漂排可使站前水頭損失減少0.3m以上；在裝攔漂前年均單位發(fā)電水量為29.5m3/度，裝設(shè)攔漂后年均單位發(fā)電水量為28.5m3/度，裝設(shè)擴(kuò)大粗格柵后，年均單位發(fā)電水量進(jìn)一步下降至28.15m3/度。在同樣的入庫流量的前提下，裝設(shè)攔漂后增發(fā)電量421萬度/年；裝設(shè)擴(kuò)大粗格柵后，可增發(fā)575萬度/年，經(jīng)濟(jì)效溢顯著。同時(shí)，擴(kuò)大粗格柵使河內(nèi)污物的影響得到了長期有效的解決，大幅減少清污維護(hù)等工作量，同時(shí)，保持華口電廠上游水庫這道美麗的風(fēng)景線。