流域梯級水電站集控中心管理的必要性及對低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用

杜成銳, 趙永龍, 陳 堯

(1.四川省電力公司調(diào)度中心,四川 成都 610041;2.中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院,四川 成都 610072)

1 梯級水電站集控中心管理的必要性

1.1 保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的需要

流域梯級電站群往往具有多級電站、裝機(jī)容量大等特點。流域梯級電站的集中控制管理可以通過具有年調(diào)節(jié)性能的水庫攔蓄豐水期來水,減少無益棄水,補(bǔ)充枯水期水量以提高枯期發(fā)電量,緩解電力系統(tǒng)豐枯矛盾和峰谷矛盾,提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性。另外,梯級水電站往往承擔(dān)電力系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)峰任務(wù)。通過集中控制管理,一方面可增大系統(tǒng)調(diào)峰容量,減輕火電參與系統(tǒng)調(diào)峰容量,使火電機(jī)組能穩(wěn)定運(yùn)行在基荷帶,降低火電煤耗;另一方面,通過合理分配各水電站出力,優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行工況,可減少機(jī)組在系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)備用的運(yùn)行時間和機(jī)組空載運(yùn)行率,并統(tǒng)一躲避機(jī)組振動區(qū),降低發(fā)電耗水率,實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。

1.2 提高流域水資源利用率的需要

實施流域梯級電站集控中心管理,可充分利用水資源[2]。流域梯級電站間具有緊密的水力聯(lián)系和電力聯(lián)系,各電站發(fā)電效益受上下游電站的影響較大。下游電站的調(diào)度用水及發(fā)電水頭直接受上游電站的制約,同時下游電站的回水又直接影響上游電站的發(fā)電水頭。若各梯級電站單獨(dú)運(yùn)行,不從全流域整體考慮,容易造成顧此失彼,使梯級整體水能利用率較低,易導(dǎo)致水庫及下游電站無益棄水,從而造成大量棄水電量。而集控中心的實施,則從流域整體水能利用率最大化角度出發(fā),不僅龍頭水庫的調(diào)節(jié)作用可以得到充分發(fā)揮,而且梯級水庫之間可通過徑流電力補(bǔ)償調(diào)節(jié),合理確定梯級水庫蓄放水次序,如汛初水庫蓄水時可先蓄調(diào)節(jié)能力較小的水庫,而龍頭水庫后蓄,從而提高梯級電站的引用水頭;汛后則龍頭水庫先開始加大發(fā)電,對下游各梯級水庫進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié),可使梯級電站枯季的發(fā)電能力有大幅度的提高,從而相應(yīng)提高流域徑流的水量利用率。

1.3 流域和梯級電站安全防洪度汛的需要

流域梯級水電站集控中心管理有利于流域各梯級電站的安全防洪渡汛。根據(jù)流域的水文特點,流域降雨在時間和地區(qū)分布上存在著差異,利用各梯級水庫調(diào)節(jié)性能的不同,充分發(fā)揮龍頭水庫、大型水庫的調(diào)節(jié)優(yōu)勢,通過水庫之間的削峰、錯峰,可以提高流域梯級整體的防洪能力。另外,隨著流域梯級水電站集控中心管理的實施,全流域洪水預(yù)報和局部流域的洪水預(yù)報成果,不僅可以為各梯級水電站的防洪度汛提供可靠的信息,而且使梯級調(diào)度機(jī)構(gòu)成為全流域的水情信息中心,有利于防洪調(diào)度方案的快速決策。

1.4 減輕電網(wǎng)調(diào)度任務(wù),提高工作效率的需要

隨著我國流域梯級水電站的開發(fā),梯級水電站數(shù)目劇增,必將加重電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)、供電調(diào)度工作的任務(wù),若所有梯級電站都由電網(wǎng)調(diào)度中心直接調(diào)度,其任務(wù)將極其繁重;其次,各梯級所在流域均有自己的特性,而掌握一個流域的水文、氣象、電站特性需要經(jīng)過較長時間的摸索,各電網(wǎng)調(diào)度中心的發(fā)、供電調(diào)度其本身任務(wù)已非常繁重,再要求電網(wǎng)調(diào)度人員去掌握各梯級所在流域特性是不現(xiàn)實的,也是不必要的。因此,通過設(shè)立梯級集控中心,電力調(diào)度部門即可將梯級總負(fù)荷曲線下達(dá)給梯調(diào)中心,再由梯調(diào)中心下達(dá)至各梯級電站,這樣即可減輕電網(wǎng)調(diào)度的工作量,從而大大提高工作效率。

1.5 節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行成本,改善員工工作環(huán)境的需要

梯調(diào)中心作為流域開發(fā)公司下屬各梯級電站監(jiān)視、控制和調(diào)度管理中心,可實現(xiàn)對各電站的遙控、遙調(diào)、遙測、遙信、遙視以及梯級經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和調(diào)度管理,不僅可以精簡水庫調(diào)度人員、發(fā)電運(yùn)行值班人員,減少相關(guān)管理崗位人員數(shù)量,達(dá)到精簡運(yùn)行維護(hù)人員的目的,還可以通過集控模式實現(xiàn)流域梯級各電站的備品備件和相關(guān)裝置、設(shè)備的共享,消除了備品備件和物資材料的重復(fù)儲備現(xiàn)象,從而降低生產(chǎn)成本。此外,流域梯級電站大多處于偏遠(yuǎn),環(huán)境、氣候條件較差的地區(qū),而“五遙”的實施和“無人值班”(少人值守)集中控制管理模式的推行,能有效地把電站運(yùn)行人員從艱苦的環(huán)境中解脫出來,真正實現(xiàn)企業(yè)“以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀。

1.6 電力體制改革的需要

隨著電力體制改革的推進(jìn),廠網(wǎng)分開及競價上網(wǎng)的逐步實施,電網(wǎng)對電力的調(diào)度將逐步從原來的微觀管理走向宏觀控制,即對各發(fā)電公司的電力調(diào)度將采用總負(fù)荷曲線控制的方式,使各發(fā)電公司的電力調(diào)度管理更加靈活。水電廠的水庫調(diào)度任務(wù)已不再是單純的水庫調(diào)度,企業(yè)須按市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律的要求對防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合利用進(jìn)行協(xié)調(diào)控制和管理,利用水庫運(yùn)用水位的允許變幅,統(tǒng)一制定梯級電站發(fā)電計劃,降低水耗,實現(xiàn)電力生產(chǎn)效益最大化,同時還要優(yōu)化梯級樞紐的發(fā)電調(diào)度和檢修計劃,以滿足電力市場對機(jī)組和負(fù)荷控制的要求。

另外,電力體制改革的推進(jìn)將促進(jìn)電力交易實時競價體系的形成。競價上網(wǎng)是關(guān)系到電量合同和電價協(xié)議簽訂的重要環(huán)節(jié)。為迎接這一改革需要,爭取主動,流域梯級電站必須通過水電集控中心管理設(shè)置水電結(jié)合的實時調(diào)度以應(yīng)對電價實時交易。實時調(diào)度通過對水情信息的充分掌握,以及對售電能力和發(fā)電能力的信息收集,有效根據(jù)電力市場的動態(tài)信息、未來水情,做好發(fā)電計劃并實施最優(yōu)運(yùn)行方式,提升水電等可再生清潔能源開發(fā)企業(yè)在電力市場中的競爭力[3]。

2 梯級電站集控中心管理的可行性

2.1 政策支持

黨的十七大報告指出:“堅持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策,關(guān)系人民群眾切身利益和中華民族生存發(fā)展”。目前,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、大力推行節(jié)能環(huán)保成為舉國上下的共識,也是當(dāng)前及今后相當(dāng)長一段時期內(nèi)我國經(jīng)濟(jì)工作的中心任務(wù)之一。電力工業(yè)是生產(chǎn)清潔二次能源的重要產(chǎn)業(yè),電力被我國政府列為節(jié)能減排的重要行業(yè)之一,節(jié)能發(fā)電調(diào)度是綜合治理發(fā)電企業(yè)能耗與排放的重要突破口。據(jù)估算,節(jié)能發(fā)電調(diào)度若能全面推行,全國每年將節(jié)約發(fā)電用原煤 1億 t以上,由此初步推算,還能減排煙塵約 30萬 t、二氧化硫約 90萬 t、氮氧化物約 50萬 t、二氧化碳約 1.6億t。節(jié)能發(fā)電調(diào)度一方面直接降低發(fā)電用煤及相應(yīng)污染物的排放,同時還能間接地減少煤炭開采對環(huán)境的破壞和煤炭運(yùn)輸對環(huán)境的污染,其社會效益和經(jīng)濟(jì)效益十分巨大。

節(jié)能發(fā)電調(diào)度以節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)為標(biāo)準(zhǔn),使?jié)崈舻乃苜Y源得到優(yōu)先使用,并要求積極提高水資源利用率。為此,節(jié)能發(fā)電調(diào)度明確要求:“對流域梯級水電廠,應(yīng)積極開展水庫優(yōu)化調(diào)度和水庫群的集控中心管理,合理運(yùn)用水庫蓄水”。

2.2 國內(nèi)外已有成功經(jīng)驗

目前不少發(fā)達(dá)國家的梯級電站都實行集控中心管理,各種相關(guān)技術(shù)也已非常成熟。如法國電力公司、加拿大魁北克水電公司、委內(nèi)瑞拉 EDELCA公司等的流域梯級電站集控中心管理的實踐和取得的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均有力地證明了梯級水電站集控中心管理切實可行,不僅不會給電網(wǎng)安全造成負(fù)面影響,相反,先進(jìn)的集控系統(tǒng)的采用還能提高工作效率和調(diào)度指令執(zhí)行的準(zhǔn)確率,增強(qiáng)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。

國內(nèi)已建成的梯級調(diào)度機(jī)構(gòu)有湖北清江梯調(diào)管理中心、三峽梯調(diào)通信中心、烏江流域梯級電站遠(yuǎn)程集控中心、黃河水電公司梯級電站集控中心等。這些流域性的梯級調(diào)度機(jī)構(gòu)成立后,在優(yōu)化生產(chǎn)、提升管理水平、人才培養(yǎng)等方面積累了成功經(jīng)驗。

3 梯級水電站集控中心的管理效益

筆者以大渡河干流梯級電站為例,說明集控中心管理能夠帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

該河流以發(fā)電為主,兼顧防洪、航運(yùn)。規(guī)劃梯級開發(fā)電站 22級。其中,以下爾呷為上游“龍頭”水庫,以雙江口為上游控制性水庫,以瀑布溝為中游控制性水庫,總裝機(jī)容量 2340萬 kW。

通過梯級水電站集控中心管理能夠獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益,全梯級多年平均年發(fā)電量可由單獨(dú)調(diào)度運(yùn)行的 1053億 kW?h提高到 1123億 kW?h,增長 6.6%,保證出力由 479萬 kW增長到1083萬 kW,增加 126%,其中枯期電量由 195億kW?h增加到 413億 kW?h,增加 112%。

實施梯級水電站集控中心管理,水電增發(fā)電量,進(jìn)而減少火電發(fā)電量和耗煤量。水電站每多發(fā) 1kW?h電量,按保守估計可節(jié)約 300g標(biāo)煤計算(目前水平,小火電機(jī)組發(fā)電煤耗率約為 380～500g/kW?h,30萬 kW、60萬 kW的高效發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率約 275～330g/kW?h),大渡河干流梯級電站實施集控中心管理后一年可增發(fā)電量 70億 kW?h,相當(dāng)于少燃燒約 210萬 t標(biāo)煤;

實施梯級水電站集控中心管理,將減少污染排放。由于減少了發(fā)電燃煤,相應(yīng)減少污染物排放,節(jié)約 210萬 t標(biāo)煤,相當(dāng)于減少約 300萬 t噸原煤的采掘、運(yùn)輸、燃放和排放。

4 結(jié) 語

水電是優(yōu)質(zhì)、綠色、清潔的可再生能源。實施流域梯級水電站集控中心管理是堅持統(tǒng)籌兼顧流域梯級上下游,統(tǒng)籌兼顧水量、水頭,科學(xué)利用水能資源的根本方法,符合建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求,是實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑,對貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀,促進(jìn)又好又快發(fā)展具有重要意義。因此,隨著我國各大流域水電項目的陸續(xù)投產(chǎn),將會形成愈來愈多的梯級水電站群。因此,開展流域梯級水電站集控中心管理是十分必要的。

[1] 張勇傳.水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,1998.

[2] 馬光文,劉金煥,李菊根.流域梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度[M].北京:中國電力出版社,2008.

[3] 楊東方,馬光文,過夏明,張 建,王立明.競價上網(wǎng)環(huán)境下梯級水電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題研究[J].東北水利水電,2003,21(1):1-3.