清河水庫水電站裝機容量的計算

林長茂（遼寧省清河水庫管理局，遼寧鐵嶺112003）

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清河水庫水電站裝機容量的計算

林長茂
（遼寧省清河水庫管理局，遼寧鐵嶺112003）

［摘 要］根據清河水庫長系列徑流調節計算，按用水需求程度確定4種不同發電流量方案，計算設計水平年的流量、水頭、出力保證率和電能累積曲線，得到水利動能計算的參數，分析不同方案的裝機、出力及年利用小時數，從而確定水電站裝機容量。

［關鍵詞］清河水庫;流量;水頭;出力;裝機容量

清河是遼河左側的較大支流，流域面積5 253 km2，河長171 km，河道比降1.58‰。清河水庫為清河流域的控制性工程，是一座具有多年調節能力的大（Ⅱ）型水利工程，承擔遼河中下游灌溉和清河區防洪、工業以及城市供水等綜合任務。水庫控制集水面積2 376 km2，壩址處1956—2007年多年平均徑流量5.08×108m3。清河水庫多年平均放流量為4.3×108m3，隨著遼寧省重點輸水工程竣工后，設計水平年（2040年）將有5.96×108m3的水量調入清河水庫，清河水庫將增加下游補水任務，水庫放流量將達到8.47×108m3，水能資源將更加豐富。

1 徑流調節計算

以1956—2007年共52年長系列徑流資料為基礎，按2040年為電站設計水平年，考慮輸水工程建成后調入水量，在滿足流域用水需求的基礎上，通過徑流調節計算，可為鐵嶺市清河區和開原市多年平均提供城市生活和工業水量9.5×107m3，多年平均直供農業供水量5.2×107m3，補償遼河干流農業缺水量2×108m3，高效農業水量1.7×108m3，庫下環境補水量為2.3×107m3，遼河河道內環境水量為8.6×107m3，增加大凌河流域河道內環境水量6.7×107m3，增加遼河河道沖沙水量7.3×107m3；清河水庫總供水量為 7.66×108m3，水庫棄水量2.42×108m3。

2 發電流量方案確定

通過清河水庫水資源平衡供需分析，水庫可以用來發電的水量為8.47×108m3。其中大凌河河口環境水量主要是通過白石水庫供環境用水，此水量不經過清河電站，城市生活與工業用水也不經過清河電站，如果經過電站放流，需要再次泵站加壓提水，增加額外投資，不經濟。遼寧省重點輸水工程的調入水量是根據用戶實際需求而逐步實施加大的過程，根據不同用水戶需求緊迫程度確定以下4個方案：

方案1：發電水量與現狀水庫放流情況接近，放流水量為4.95×108m3，包括直供農業5.2×107m3，下游區間農業2×108m3和水庫棄水2.42×108m3。

方案2：考慮到調水量增加后，環境水量是能夠容易滿足的，在方案1的基礎上增加生態用水1.09×108m3，總發電水量為6.03×108m3。

方案3：河道沖沙是需要進一步研究后，科學調度的一個過程，需要在環境水量之后進行實施的，此方案在方案2的基礎上再增加河道沖沙水量7.3×107m3，總發電水量為為6.77×108m3。

方案4：在方案3基礎上加高效農業用水量1.70×108m3，總發電水量為8.47×108m3，達到設計水平年的供水規模。高效農業用水是需要配套設施、需要大量投資及時間的，所以此水量是在其它用水戶滿足后才能最終滿足。

3 電站尾水位確定

廠址下游為新建尾水渠，無實測的水位～流量關系曲線，采用電廠明渠均勻流計算尾水水位～流量關系曲線。電站尾水渠寬22.5 m，設計比降i= 0.001。計算公式為：式中：Q——流量，m3/s；ω——過水斷面面積，m2；R——水力半徑，m2；C——謝才系數；n——糙率，取0.017。3臺機組滿負荷發電時的正常尾水位為95.46 m，單機滿負荷發電時的最低尾水位94.84 m。

4 水頭

1）清河水庫流量～水位～水頭關系

根據重點輸水工程清河水庫水量調度方案，對1956—2007年水文資料進行還原，查得流量～水位～水頭關系表，見表1。

表1 流量～水位～水頭關系表

2）水頭損失

水頭損失依據電站進水管路確定的沿程水頭損失和局部水頭損失，根據水工布置，確定水頭損失為0.5 m。根據清河水庫水位變化過程線、清河電站水頭損失以及確定的尾水位高程，采用52年長系列方法進行計算，清河水庫4個出流方案凈水頭參數如表2。

5 電能累積計算

采用52年長系列旬平均流量過程線進行調節計算。

出力采用下面計算公式：

式中：N——月平均出力，kW；A——綜合利用系數，取8.5；Q——發電引用流量，m3/s；H——電站發電凈水頭，m。其中：水庫時段平均水位，m；HDOWN——電站尾水位，m；hf——水頭損失，m；）。

表2 凈水頭參數表 m

電能計算采用公式：

E=Nt

式中：N——旬平均出力，kW；t——發電時間，h。按52年長系列方法進行計算，分別得到設計水平年方案四的流量保證率曲線、水頭保證率曲線、電能累積曲線、出力保證率曲線。

6 裝機容量的確定

根據不同的發電水量方案，進行水利動能計算，得到4個方案的動能計算參數。通過對不同的方案的裝機與電量及年利用小時數的分析，裝機在12.5～17.5 MW時，多年平均發電量的差值在200萬kW·h以上，差額值比較大，增加裝機容量，電量增加效果明顯；在裝機20 MW以上時，再增加裝機容量，多獲得的電量比較少，說明水能資源已基本利用完畢。在年利用小時數方面，在裝機12.5～17.5 MW左右時，年利用小時數在3 000 h左右，增加裝機容量年利用小時數減少到2 000 h左右，方案一是在初期供給用水戶水量少的情況下，年利用小時數減少到1 500 h左右，年利用小時數太少。

綜上所述，經過水能計算，初選裝機在12.5～17.5 MW范圍內，水能資源利用充分。根據北方地區小型水電站裝機經驗，年利用小時數在3 000 h左右比較合適，故工程擬定裝機容量15 MW。

7 結語

清河水庫在遼寧省重點輸水工程竣工后，將同時肩負起遼河生態補水、高效農業供水等多項供水任務，水電站屬水庫水資源綜合利用開發項目，該水電站的引用流量受清河水庫水量調度的控制。為了充分利用當地水能資源，提高電站的利用率，電站調度人員應與重點輸水工程管理單位

和清河水庫管理局加強溝通，在保證水庫補水任務的前提下，合理安排供水時段和放流量，以增加電站出力，提高電站發電效益。小水電是世界各國大力鼓勵發展的綠色可再生能源，有利于節能減排和地方經濟的可持續發展，有力地促進了遼河流域水生態文明建設。

［參考文獻］

［1］陳元芳，鐘平安等.工程水文及水利計算［M］.北京：中國水利水電出版社，2013.

［2］劉啟釗.水電站（第三版）［M］.北京：中國水利水電出版社，2012.

［中圖分類號］TV734

［文獻標識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）06－0008－02

[收稿日期]2016-03-25