何萍花

(懷化市水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，湖南懷化418000)

1 概 述

小洪水電站工程位于沅水一級(jí)支流巫水河中游，湖南省會(huì)同縣王家坪鎮(zhèn)上游3.0 km的小洪江村，是巫水干流梯級(jí)開發(fā)中的第八級(jí)，以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、灌溉、放木。壩址以上流域面積3 284 km2，多年平均流量76.3 m3/s，多年平均徑流量21.4億m3。水庫正常蓄水位245.00 m，死水位244.00 m，設(shè)計(jì)洪水位245.71 m，校核洪水位251.38 m。正常蓄水位以下庫容為1 400萬m3，調(diào)節(jié)庫容159萬m3，總庫容2 660萬m3，為日調(diào)節(jié)水庫。電站總裝機(jī)容量為20 MW，保證出力3.6 MW，多年平均發(fā)電量7 056萬kW·h。電站最大水頭16 m，加權(quán)平均水頭14.3 m，最小水頭7 m。

2 機(jī)組機(jī)型選擇

2.1 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型式選擇

目前國內(nèi)適合該水頭段的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型式有燈泡貫流式和軸流式，從目前國內(nèi)制造水平看，該水頭段兩種型式下有代表性的模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)和兩種機(jī)組機(jī)型比較如下所示(見表1、表2)。

表1 模型轉(zhuǎn)輪比較主要參數(shù)

表2 機(jī)組機(jī)型比較

注：方案比較財(cái)務(wù)電價(jià)按0.39元/kW·h計(jì)算

2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和結(jié)論

(1)從能量指標(biāo)看。燈泡貫流式比軸流式機(jī)組年發(fā)電量多128萬kW·h，主要是燈泡貫流式比軸流式機(jī)組效率高1.7%左右。

(2)從工程投資看。燈泡貫流式比軸流式機(jī)組工程總投資少617萬元，主要是軸流式機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑較大，造成廠房尺寸較大，土建工程量大，故工程總投資多。

(3)從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)看。燈泡貫流式機(jī)組與軸流式機(jī)組比較：燈泡貫流式機(jī)組投資少，且年發(fā)電量多，經(jīng)濟(jì)效益明顯較優(yōu)。

(4)比選結(jié)論。從表1和表2可知，燈泡貫流式水輪機(jī)單位流量、效率均比軸流式水輪機(jī)高。在相同單機(jī)容量時(shí)，燈泡貫流式機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑較軸流式水輪機(jī)小，額定轉(zhuǎn)速高。國內(nèi)外許多低水頭電站實(shí)踐證明，對(duì)于H<20 m的低水頭電站，采用燈泡貫流式水輪機(jī)機(jī)組發(fā)電量具有明顯的優(yōu)勢。雖然燈泡貫流式機(jī)組在安裝、檢修以及維護(hù)等方面較軸流式水輪發(fā)電機(jī)組困難，但采用燈泡貫流式機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益明顯較優(yōu)。因此，本電站選用燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。

2.3 代表轉(zhuǎn)輪選擇

通過向各廠家咨詢，收集到適合本水頭的燈泡貫流式機(jī)組參數(shù)如下所示(見表3)。

表3 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪方案比較

經(jīng)過表3的比較，轉(zhuǎn)輪GZ007B的模型效率及額定效率最高。綜合來看，GZ007B模型轉(zhuǎn)輪更為理想，此模型轉(zhuǎn)輪運(yùn)行效果理想，因此本階段推薦采用該模型轉(zhuǎn)輪。

3 機(jī)組臺(tái)數(shù)比較

本電站總裝機(jī)容量為20 MW，若考慮2臺(tái)以上機(jī)組方案， 機(jī)組機(jī)電投資多，土建投資大。另外，考慮2臺(tái)以上燈泡貫流式機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑小于3.0 m，咨詢多家設(shè)備制造廠家均不生產(chǎn)小于3.3 m轉(zhuǎn)輪直徑的燈泡貫流式機(jī)組。因此，裝機(jī)2臺(tái)燈泡貫流式機(jī)組其額定引用流量為 174.2 m3/s，上游河口電站引用流量為 165.0 m3/s，下游長寨電站引用流量為 175.6 m3/s，這樣上、下游梯級(jí)電站引用流量能很好匹配，因此選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)為2臺(tái)。

4 水輪機(jī)額定水頭選擇

小洪水電站水庫正常蓄水位245.0 m，電站最大水頭16.0 m，加權(quán)平均水頭14.3 m，初擬本站水輪機(jī)額定水頭分別為12.5、13.0、13.5 m共3個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較(見表4)。

表4 額定水頭比較

注：方案比較財(cái)務(wù)電價(jià)按0.39元/kW·h計(jì)算

從表4可以看出，各方案動(dòng)能指標(biāo)變化較小，機(jī)組額定水頭定得越高，年發(fā)電量越少；特別是方案A，全站滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較方案B和方案C短，如在實(shí)際運(yùn)行中長時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行，則必須加大流量，而機(jī)組不能在高效率區(qū)運(yùn)行；因此方案A不可取。方案C與方案B比較，方案C雖然年發(fā)電量較方案B多，但其工程總投資增加較大，其差額內(nèi)部收益率為7.23%，小于社會(huì)折現(xiàn)率8%，明顯方案B優(yōu)于方案C。方案B與方案A比較，差額內(nèi)部收益率為11.9%，大于社會(huì)折現(xiàn)率8%，方案B優(yōu)于方案A。因此，最后擬定該水輪機(jī)額定水頭為13.0 m，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑采用3.3 m。

5 結(jié) 語

小洪水電站工程機(jī)組選型通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇了GZ007B模型轉(zhuǎn)輪，可保證機(jī)組長期在最優(yōu)效率區(qū)運(yùn)行。