装机容量与机组台数对电站效益的影响

装机容量与机组台数对电站效益的影响

朱伟

新疆维吾尔自治区塔里木河流域喀什管理局 844700

摘要：通过研究水电站装机容量与机组台数的关系，来探究水电站效益的影响因素。其中水电站装机容量与机组台数对水电站的效益影响尤其重要，通过水电站效益来确定水电站的最优装机容量与机组台数。从三个实际案例中分析数据，得到水电站装机容量与机组台数对电站效益的影响关系。

关键词：水电站；装机容量；机组台数；效益；经济指标

1 装机容量

装机容量关系到水电站的规模和效率，是水电站的一个重要参数。水电站装机容量的一般论证过程是首先研究地形地质条件、水力布置、机组容量和输电工程等技术条件。在技术可行性的基础上，综合考虑电站资源利用率、动能经济指标、供电市场等因素，通过技术经济比较，最终确定电站的合理装机容量。[1]

在工程预投资可行性研究文件中,根据4500万千瓦小时容量的综合装机利用率,乌东德水电站装机容量拟初步估算选定装机容量为约8700MW。乌东德水电站厂址位于长江金沙江工程下游,来江水流充足稳定。乌东德水电站上的电力目前主要用来输往乌克兰华中电厂、苏联华东电站和白俄罗斯广东电网。乌东德水电站两侧采用地下厂房方案。在进一步综合地分析了地形地质条件、工程量、机组和设计与制造工艺技术水平高低等众多因素情况的研究基础上,将机组每个单元装机容量方案考虑调整为装机容量12台。[2]

2 机组台数

肯斯瓦特水电站位于玛纳斯河中游，位于昌吉区玛纳斯县与塔城沙湾县交界处。水电站工程基本性能参数确定为:装机容量100MW,最大水头为121.67m,加权计算平均水头103.5m。最小水头为84.33m,水电站的设计引用参考流量是117.04m3/s,平均设计含沙量是2.36kg/m3。保证发电输出功率9MW,年设计发电量达270.3GWh,年发电最大日利用能力小时为2703h,电厂标高海拔879m。肯斯瓦特电站规划装机容量100MW。在确定电站机组数量时应考虑以下两点:一是电站在系统中所占比例较大，机组数量应考虑电站运行维护要求的灵活性，机组数量不宜过小;第二，这个站有一个漫长的旱季。来水主要集中在6 - 9月，占全年来水的80.11%，其中7月和8月占55.34%，其他8个月仅占18.89%。因此，在确定机组容量时，应考虑机组方案的规模，选择一台或几台小容量机组，在旱季流量小时启动运行，以保证机组安全、可靠、高效运行。电站额定运行水头范围是84.33m至121.67m,属于中至高水头段,选用立轴混流式水轮机。技术参数在方案初始经济设置的阶段,选用HLJ F2060和HLJ F1809水轮机分别对这3个方案(3台33.3MW、4台25MW、3台30MW和1台10MW)进行一次技术经济分析比较。从数据可以看出，随着机组数量的增加，电站的投资会逐渐增加，发电量也会相应增加。方案一汽轮机输出功率34.085 MW，方案二汽轮机输出功率25.501 MW，方案三汽轮机输出功率H L J F2060-L J-252(大型)30.928 MW。

H L J F1809-L J-160(小型)汽轮机的输出功率为10.417 MW。方案三投资比方案一多1455.55万元，但发电年收入多229.49万元。电站运行30年，收益远远大于投资。方案2的投资大于方案3，但发电收益小于方案3。方案1方案和方案2机组在枯水期长时间的低过流量负荷运行工作时,会导致偏离高效运行区的稳定工况运行,方案3分别为大流量机组方案和小机组。3台大型机组也能相对较好的地运行满足系统正常调峰负荷要求,小型机组即便在炎热旱季时也同样能持续稳定的运行。因此，初步设计阶段采用（3×30+1×10MW）机组方案建议采用方案3。[3]

3最优运行

为了寻找水力发电机组的最佳组合方案，要寻找的决策对象是在给定条件下分配给各机组的负荷，以达到最大发电量或最小用水量。阶段确定:假设我们水电站有n个机组，将动态规划的递归过程分为n个阶段，每个阶段用i表示，i=1,2,3，…n;每个阶段有I个单位。状态变量:第i阶段单元i发出的有功功率负荷，用Pi表示;决策变量:i级，i单元输出Ni;状态转换方程:。

通过对水轮机特性曲线的分析，运用动态规划方法，提出了电站启动的组合和顺序，优化了发电配置，提高了水电站的经济效益。特别是当电厂满负荷运行时，电厂通过合理安排高效机组在高效发电范围内运行，可以显著提高发电效率。[4]~[10]

4经济效益

影响水电站经济效益的因素有很多。主要影响因素是可用电量、电价和总成本。本项目的动态投资作为固定资产投资的原值，并计算年度折旧费。对于发电成本，应考虑以下两个组成部分：①折旧成本。②年度运营费用。收入的计算考虑了发电收入和税收。具体分析如下：

（1）发电收入。根据以下参数计算水电站的发电收入：有效发电量=设计发电量×有效功率系数，销售功率=有效功率×（1-二次用电率）×（1-网损率），销售能力收入=销售能力×在线定价。

（2）税收。决定税收收入的主要因素有两个：一是增值税，根据税法，增值税按电力销售收入的16%缴纳；第二个是所得税。根据税法规定，项目公司可以从售电利润中扣除税法允许的成本和费用，并缴纳所得税。

（3）税后利润。税后利润按“产生应纳税利润计算”。其中，发电利润=发电收入-总成本费用-增值税-销售税附加。

5结语

综上所述，机组台数与装机容量是水电站的重要效益指标之一，通过水电站的实例发现，水电站的效益会被机组台数与装机容量共同影响。水电站的装机容量是水电站的第一步也是最关键的一步，当水电站的装机容量确定以后，计算出水电站所带来的效益，在通过最优化的科学管理与规划来选择机组运行台数。通过以上的关键方法，能够将水电站的效益进一步提高。

参考文献：

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[2]李文俊,安有贵,杨晓林.乌东德水电站装机容量分析论证[J].人民长江,2014,45(20):12-15.DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2014.20.009.

[3]吴贤钟,王锋,邱新元.肯斯瓦特水电站机组台数选择[J].农村电气化,2011(11):53.DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2011.11.021.

[4]冯仲恺;牛文静;程春田;周建中;张勇传大规模水电系统优化调度维数灾问题研究进展[J]. .水电与抽水蓄能,2021(05)

[5]张飞;刘兴华;潘伟峰;潘罗平.水电机组振动监测与评价技术综述[J]. .大电机技术,2021(04)

[6]王天安;董雷;马锐峰;杨凯;秦滋香.基于智能优化的电力负荷预测方法研究[J]. 电子设计工程,2021(02)

[7]胡林;申建建;吴英;马月姣;周星.异步联网方式下水电站AGC分配策略优化与仿真[J]. 大电机技术,2020(05)

[8]王磊;何建剑;周枚;潘彬彬;于珂.基于需求响应的电网峰谷分时负荷多频控制研究[J]. 电子设计工程,2020(11)

[9]乔亮亮;李晨坤;付亮;唐卫平.某250MW水电机组振动区划分及AGC避振方法应用[J]. 水电能源科学,2018(09)

[10]程春田;申建建;武新宇;廖胜利.大规模复杂水电优化调度系统的实用化求解策略及方法[J]. 水利学报,2012(07)