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【电力科普】梯级水电站

日期:2019-09-11    来源:《梯级水电站的开发与管理研究》

国际电力网

2019
09/11
15:15

关键词: 梯级水电站 石龙坝水电站 亚伯尔水电站

   水能是一种可再生能源,是一种很经济、很清洁的能源。我国水能理论蕴藏量为6.8亿千瓦,居世界首位。由于自然条件和技术上的原因,必须对河流进行分段开发。即,自河流的上游起,由上而下地拟定一个河段接一个河段的水利枢纽系列、呈阶梯状的分布形式,这样的开发方式称为梯级开发。通过梯级开发方式所建成的一连串的水电站,称为梯级式水电站。
  概念
  上述概念是一般的概念。实际生活中常说的梯级水电站,着重是指水能资源开发中,相邻联系比较紧密、互相影响比较显著、地理位置相对比较靠近的水电站群。当河流比较长、上下游相距很远时,我们则把它分成河段来考察,如黄河上游、岷江上游等,以便更好地揭示梯级电站的整体功能和有机联系。
  发展沿革
  水力发电的出现,始于1880年(庚辰年)前后。当时法国的塞尔美兹制糖工厂、英国的下屋化学工厂、美国的可拉矿山等都建立了小规模水电厂,主要用于自备的动力驱动。1882年前后,在美、英、法等国出现了专门供电的水电厂,其中以大发明家爱迪生在美国威斯康星州创建的亚伯尔水电站较为著名,(水头3米装机10.5千瓦),故常常把它作为水电站诞生的正式代表。在水电站创建的第一个10年,容量一般都很小。如瑞典1882年建立的该国第一座水电站,只有3马力的容量;日本在1889年建立的该国第一座水电站也只有65马力的容量。在水电站发展的第二个10年,装机容量开始有较大增长。1892年,美国奈亚格拉水电站建成,安装了11台4000千瓦水轮发电机;1895年,美国尼加拉水电站发电,装机达14.7万千瓦。1895年,在法国下罗纳河建成圣克来水电站,装机10.7万千瓦。在以后的两个10年中,水电站规模迅速扩大,装机容量发展很快,美国的密西西比河从1913年至1930年的17年中,水电站装机从14.7万千瓦发展到965万千瓦,增加了65倍。前苏联在此期间也修建了装机达55.8万千瓦的第聂伯水电站。但是,水电站发展的前40年中,多数国家都处于单目标、单个电站孤立开发、独立管理的状态。唯有日本在20世纪的前30年中出现了按河流水系进行梯级开发的趋势,并取得了较好的成效。但是,当时也没有明确提出对河流进行梯级开发的概念。
  1933年,美国在田纳西河流域的开发方案中首次提出多目标梯级开发的主张,并加以实施。此后,康伯兰河、密苏里河、哥伦比亚河、科罗拉多河、阿肯色河等相继按照田纳西 河的开发方式进行多目标梯级开发。
  与此同时,前苏联在1931年到1934年间完成了伏尔加河的梯级开发规划,并付诸实施。
  水力发电发展的第二个40年,是梯级开发迅猛发展的时代。大多数发达国家在这一时期都以开发水能作为自己国家能源建设的重点,优越的水电电源点大都获得了开发。
  发达国家水电建设从20世纪70年代以后开始走向平稳发展时代。而拉美一些发展中国家则从60年代开始了水电建设的高潮,梯级开发进展很快。巴西在1958年到1986年的28年中,对巴拉那河及其支流进行了一连串梯级开发,共建成梯级电站17座,总库容为179.22亿立方米,总装机达3958万千瓦。这使它从1950年的水电装机154万千瓦居世界第12位跃居为世界第5位。
  目前,世界上梯级水电站开发建设最完善的有美国和加拿大境内的哥伦比亚河,干支流共建42座梯级、总装机达3335万千瓦,是世界上梯级数最多的河流;
  巴西和阿根廷、巴拉圭等国境内的巴拉那河,干支流共建30座梯级,总装机达4854万千瓦,是世界上装机容量最大的河流;
  苏联的叶尼塞河,干支流共建梯级9座,总库容达4679亿立方米,是世界上水库库容最大的河流;还有苏联的伏尔加河,法国的罗纳河,加拿大的拉格朗德河,美国的密西西比河,欧洲的莱茵河、多瑙河等梯级水电站的开发建设都很有特点,不仅获得了巨大的水电能源,而且获得了综合的社会经济效益。
  我国水力发电起步虽然较晚,但梯级开发的尝试却并不比国外落后多久。1912年,在云南昆明滇池的出口上建造了我国第一座水电站――石龙坝水电站,安装了两台240千瓦的水轮发电机。1936年,开始对四川长寿境内的龙溪河进行梯级开发的规划设计。但因处于战争动乱中,到解放时仅完成了很少部分工程。新中国建立后,河流水能资源的梯级开发迅速发展。1959年建成了龙溪河梯级水电站,1973年建成了古田溪梯级水电站,1972年建成了以礼河梯级水电站,1980年建成了猫跳河梯级水电站,1986年建成了田洱河梯级水电站。但是,由于经济和技术条件的限制以及体制、政策方面的原因,新中国建立后的前30年,水力发电事业总的来说发展规模并不大。已开发建成的梯级电站都是中小型河流。迄今为止尚无一条大型河流完全实现了梯级开发。改革开放以来,特别是最近10年,水电开发日益引起各方面重视,梯级电站建设出现新的势头。黄河上游梯级经过50年的开发建设,已建成5座大中型电站,形成312亿立方米的库容和拥有 300万千瓦的装机。红水河梯级、大渡河梯级、岷江梯级正在开发建设之中。金沙江主要支流,雅砻江梯级开发和南向水系澜沧江梯级开发也拉开了序幕。金沙江干流、乌江干流的开发也在计划之中。如果水电开发的政策和体制能够不断完善,中国的水能资源的梯级开发将会以前所未有的速度发展,国民经济将会得到充足的、廉价的、卫生的、可靠的能源供应。
  特征
  河流实行梯级开发,梯级水电站的工作状况同非梯级开发的个别独立运行电站就有很大的差别,具有独立运行电站所没有的一些工况特征,这主要是:
  梯级水电站对河流的水能利用特征非常明显:在水头利用上,是分级开发、分段利用;在水量利用上是多次开发、重复利用,因此,在上下梯级之间表现出明显的相互影响的制约。 由于整个梯级都受到上游来水的影响、下游梯级都受到上游水库调节能力的制约、下一梯级受到上一梯级运行工况的制约,因此梯级电站的调度不仅有各个电站的合理运行调度问题,而且有整个梯级的优化调度问题。所以,梯级电站必须实行整个梯级的统一调度,在满足系统所给定的负荷曲线前提下,实行各个梯级站的经济运行,以便合理利用水力资源,提高水能利用率
  一个河流梯级往往有多个电站,电站之间都相隔一定距离,厂区比较分散,战线拉得较长,这就使生产指挥受到种种限制。如果各个电站开发方式、布置型式、机组型号和容量不一样,这又使得生产技术管理复杂化。由于电站分散、生产和生活设施也相对分散,这就使得后勤管理比较复杂。为了适应对梯级电站统一管理的要求,对梯级电站厂区内的道路交通、通讯设施和其它管理技术手段也有很多特殊的要求。总之,梯级电站的生产管理必须有效解决好电站分散与管理集中之间的矛盾。
  这主要指梯级电站与系统的关系问题,同时也涉及与所在地方之间的联系。如果整个梯级同属于一个电网,这种联系相对单纯一些。如果一个梯级分属于不同的电网,那么梯级管理中的利益冲突与调节将是十分重要的问题。即便是属于同一个电网,如果构成梯级的电站所有权不一致,那么,也应十分慎重地处理好电站――梯级――系统三者之间的利益关系。由于梯级电站跨越好几个市县甚至好几个省区,这又涉及到不同地方之间的利益关系。这种关系不仅是电量分配问题,而且涉及利税分配、水量分配、防洪安全、环境影响等多方面问题。在梯级运行过程中,十分注意和妥善解决这些关系?
  面临问题
  由于梯级电站的运行工况具有上述基本特征,它的管理就面临一些特殊问题。这主要是:
  衡量一个河流梯级的效益大小,不在于梯级中个别电站的效益大小。一个梯级总厂的整体效益大于该梯级内各个电站效益之和。这个道理是显而易见的。因此,梯级电站的管理应该把整个梯级的宏观效益放在首位。首先,在调度管理上,必须在梯级优化调度的前提下再进行电站和机组间的优化调度和负荷分配,使水能资源利用最充分、最合理,机组设备的利用效率最高;其次,在检修管理上,要求整个梯级检修设施总量最小,人员最精、效率最高,避免重复建设、设备闲置和人员分散浪费;第三,在后勤管理上,生活基地、福利设施应相对集中、统筹规划等等。这些,都是涉及梯级管理的整体效益问题。
  由于梯级电站运行时要彼此受到制约和影响,因此,各梯级电站之间的安全也息息相关。梯级电站在管理中必须考虑整个河流梯级的安全问题,由此来决定上下游各级电站的安全运行方式和在危急时刻的操作方式。这也是梯级电站管理中的特殊而重要的问题。
  如果梯级电站实行集中管理,是否具备集中管理所要求的基本条件,这就是梯级管理的整体可行性问题。集中管理要求在技术上解决好遥测、遥讯、遥控、遥调手段配套可靠,调度、通讯手段畅通可靠,水工建筑、机组设备、自动化设备质量可靠;还要解决好交通道路和运输能力,保证管理中心与各站之间、站与站之间不可须臾中断的生产联系和调度指挥。如果上述基础条件不具备,则说明该梯级电站还不具备集中管理的条件,即整体可行性条件不足。
  研究梯级电站的管理,就必须针对它的工况条件,认真解决好梯级管理的特殊问题。
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