（重庆大唐国际武隆水电开发有限公司 重庆·武隆 408506 ）
摘 要：随着我国经济的快速发展，能源消费总量也越来越大，2015年全国能源消费总量达43亿吨标煤，折合电量约14.5万亿千瓦时，虽然以水电为代表的清洁能源在我国能源消费中所占的比重逐年提高，但煤炭等非清洁能源的消费总量也是在逐年增大。故提高清洁能源在能源消费总量中的比重，不仅可以降低单位GDP能耗，也大大有利于环境保护。对已投产的常规水电厂而言，在生产运行中大力开展节能工作，同等情况下，可以有效提高电能输出总量。本文针对水电厂的生产运行及管理的特点，从开源（提高发电量）、节流（降低能耗）两方面阐述了节能工作开展的思路及方法。
关键词：水电厂；节能；思路与方法。
1 引言
水电厂依靠水资源进行电力生产。尽管水是从天上掉下来的,但它与煤、燃气、石油一样珍贵，每节省一立方米的水,就相应增加了发电量，每减少一度厂用电量，就相应增加一度上网电量。故水电厂节能的本质就是提高发电量，降低能耗。
2 开源——增发水电厂的发电量
水电厂是将水体所蕴含的机械能转化为电能，转化后电能的多少，即发电量主要取决于水体蕴含机械能的多少和转化的效率，从此思路出发，增加发电量主要方法如下。
2.1提高单位体积水蕴含的机械能
单位体积水含有的机械能主要由水的密度和水头决定。对于水电厂来水，水的密度基本恒定，难以改变。所以提高单位体积水蕴含的机械能的多少，就只能提高发电净水头。发电净水头等于水电厂坝前水位减去尾水位，再减去水头损失。故提高坝前水位、降低尾水位、减少水头损失是提高单位体积水蕴含的机械能的三个方向。在日常工作中，水电厂为提高坝前水位、降低尾水位、减少水头损失通常采取以下措施：
2.1.1抬升坝前水库平均水位，降低平均尾水位
一是水电厂可以通过开展（梯级）水库优化调度工作，抬升坝前水库平均水位，降低平均尾水位，增加发电水头。如在运行时，主要调节机组出力，使机组出库流量与入库流量基本持平，不让水位削落过大，使上游水位保持在最高水位运行；丰水期当入库流量大于机组发电满负荷流量需开闸泄洪时，主要考虑降低下游机组尾水水位，尽量操作远离厂房的泄水闸门，可以避免泄洪弃水的水流与发电水流在同一水道汇合，以减少对尾水的顶托，降低下游水位。二是可以经上级主管单位批准，修改原有设计参数，开展水库超蓄工作，例如开展水库汛期动态水位控制等。
2.1.2设置拦漂排、拦污栅，并进行垃圾清理
现在的水电厂进水口一般设置有拦污栅，但根据多个电厂观察，漂浮物不但水面有，近水面以下也有，如果设置距离水面一定深度的拦污设施，并在坝前配备清污机，对消除和减少拦污栅堵塞现象将起到很好的作用。
2.1.3过流通道清渣
结合机组检修，开展流道检修维护工作及尾水清渣工作，减少流道中水头损失。特别是引水式水电厂，定期清理引水渠，清除杂物，可大大减少水头损失，花费不多，效果显著。
2.2增加发电用水量
2.2.1提高水量利用率
水电厂可以通过开展水库优化调度工作，减少水库弃水量，特别是汛期水库弃水，增加发电用水，提高水量利用率。电厂上游有调节能力较强的水库时，可以开展梯级联合调度，有条件时成立流域集中调度中心，减少整体弃水。
2.2.2减少渗漏损失水量
1、探查坝址及库区地质缺陷，堵塞地下及水下渗漏孔洞。水库渗漏是指水库蓄水后，库水沿岩石的孔隙、裂隙、断层、溶洞等向库岸分水岭外的沟谷低地渗漏，可分为坝区渗漏和库区渗漏。在勘察设计阶段，水电厂设计单位会对蓄水后水库范围内地质情况进行调查，确定水库地质稳定性，在施工阶段，也会对坝区渗漏进行处理，一般在水库蓄水后不会有大型溶洞（群）、孔隙等造成水库蓄水大量渗漏。在水库水量计算长期不平衡时，可以开展水库渗漏检查工作，对发现的渗漏孔洞采取铺盖、灌浆等堵漏措施。对坝区渗漏，应加强水工建筑物安全监测，分析渗漏变化趋势和原因，做好修复工作，必要时可联系设计单位进行重新设计。
2、定期对大坝泄洪闸门、排沙孔闸门、进水口闸门、水轮机导叶、船闸输水门、船闸挡水门等部位的密封进行维护，提高设备检修质量，减少渗漏水量。
2.2.3优化航运、灌溉等综合利用用水
水电厂可能存在防洪、灌溉、 航运、供水、防凌、养殖、旅游、漂木、冲沙等综合利用要求，通常在设计之初就会提明确。在水库运用过程中，应按照任务间的主次和协调关系，在调度上要使水库的兴利库容尽可能与综合利用要求相结合，核定各部用水量，拟定统一调度方式，尽量做到“一水多用”。以航运为例，尽量先上行后下行，开展过坝船舶优化排档，提高闸室容积率等，可以有效降低通航用水。
2.2.3节约厂内用水
水电厂厂内取用水单位通常有机组技术供水用水、消防用水、通风空调系统用水、电站自备水厂取水等。通过开展机组技术供水量复核、优化通风空调系统运行方式等，可以降低取用水量。
2.3开展厂内经济运行工作，提高发电效率。
由于水轮发电机组的效率可随着机组运行工况或运行方式的改变而改变，根据公式N=9.81QHη或W=0.0027QHηh可知，在Q、H固定时，提高效率η值，也可以提高出力N，增加发电量。根据机组制造厂家的《水轮机运行特性曲线》和《发电机效率曲线》可知，要在不同水头和不同负荷下都能使机组在高效率区运行，就要求电站运行人员在实际运行操作中改变导叶和浆叶的协联开度，使机组在高效率区及最优工况下运行，提高机组发电量。在给定负荷曲线的条件下,要实现水轮发电机组的经济运行,运行值班人员应保持高度的责任心,做好以下几方面的工作:
(1)根据负荷曲线,合理确定机组运行台数,及时开停机,尽量提高机组负荷率、减少耗水率。
(2)根据各台机组的运行特性,优化运行机组组合方式,按等微增率原则并考虑机组的振动区和补气区,合理分配各机组的负荷并及时调整。
(3)做好操作前的准备工作,缩短机组并网操作时间、减少机组空载运转时间,降低机组空载耗水量。
(4)维持发电机电压及母线电压在额定范围运行,提高功率因数,降低网络损耗。
(5)关注主变、联络变压器的经济运行,控制其负荷大小及潮流方向,必要时请相关调度部门协助予以调整，以保证其安全运行和经济运行。
2.4增加机组并网运行时间，提高机组运行负荷率。
目前，我国水电机组并网运行的调度指令由机组所述电网调度中心下达，做好与电网调度中心的沟通协调，说明电厂自身运行特点及需求，可以增加机组并网运行时间。同时缩短机组开机时间，水电站的机组从启动到并入系统一般需要3~4min。在开机并网过程中,如果遇到调速、励磁、流量、液位、压力等故障或异常,就需要运行人员到就地检查处理或调整,这样必然延长了机组的并网时间,一般要达到10min,遇到较大问题需处理时会超过30min，甚至1小时以上，假设每次开机缩短1min,其经济效益也是十分可观的。
机组并网运行期间，负荷率越高，发电量也就越大。同时负荷率较高时，机组效率一般较高。在机组运行并网运行过程中，发现有不合理的运行方式时及时向电网调度部门提出改进运行方式或调整负荷的建议,通过站间的负荷优化合理安排各电站机组负荷；在保证满足电网安全约束条件的前提下,尽可能降低机组旋转备用容量,根据机组负荷变化情况及时联系调度开停机组,减少低负荷运行机组台数,从而达到降低电站旋转备用容量、提高机组负荷率、降低发电耗水率的目的。
2.5开展机组超额定出力工作。
水电厂的机组都有额定出力，这是机组的铭牌出力，实际水轮机是可以并且允许超铭牌出力5%运行的，水轮机只要满足水头要求，超出力的裕度更大。有些水电厂在运行中，超铭牌出力10%，甚至更多，只要验证机组运转正常，温升达标，做间歇性的短期超发时可行的。
此外，个别电厂曾通过切割水轮机叶片，加大机组过流量，增加发电量。如某水电厂曾经对一台机组进行切割试验，结果表明，当切割5.5mm后，流量加大，水头在47m~57m时，出力分别加大11%~7.5%，这对调节性能差或汛期弃水较多的水电厂，有明显效果。但此试验仅是尝试，是否适合各类水电厂，还需要从理论及实践进行验证。
2.6做好外送电工作。
水电厂在汛期来水较好，可以满足机组全出力运行，但受电网负荷及调峰限制，往往难以保证全出力运行，水电厂可以根据水情预报结果，提前联系所在电网电力交易中心，进行外送电，增发电量。
3 节流——减少发电过程中的能量损耗
水电厂在发电过程中，除水轮发电机组能量转换过程中必存在的能力损失外，综合厂用电也是能量损失的重要组成部分，大中型水电厂综合厂用电率多在0.5%~1.5%之间。水电厂的综合厂用电一般由厂用电、主变压器损耗、机组励磁用电、非生产用电等部分组成。降低厂用电量主要从上述四个部分出发。
3.1降低厂用电量。
我国水电厂在长期运行过程中积累了丰富的降低厂用电量的经验，每个水电厂都有切合自身的节能妙招，在此不再一一赘述。水电厂厂用电一般包含各台机组自用电、厂内公用电、照明用电，进水口坝段、泄洪坝段、船闸坝段等各部位用电。降低厂用电量，要坚持长期对厂用电量各组成部分的绝对用电量和相对用电量变化原因进行分析，特别是本厂逐月同期数据的对比，更容易发现厂用电突变的原因。在深入分析的基础上，采取对应的措施可取到较好的成效。
3.2减少主变压器损耗。
变压器的有功损耗主要包括铁损和铜损，铁损又称空载损耗，其值与铁芯材料有关，与负荷大小无关，是基本不变的；铜损基本与负荷的电流平方成正比。故变压器效率基本随负载率变化，常见变压器效率特性曲线如下图。
在机组并网运行时，可以结合厂内经济运行方式，合理分配机组与对应主变压器负荷，实现整体高效运行，特别是对机组、主变台数较多，且型号不一致的水电厂来说，效果尤为显著。但在实际运行过程中，大中型水电厂一般有调峰任务，特别是AGC系统投入运行后，难以实现。
3.3减少非生产用电
水电厂非生产用电指不直接用于电力生产过程所消耗的电量，一般包括设备投产前调试用电、发电机做调相运行期间耗用的电量、水电厂办公及生活用电、基建施工用电等。设备调试电量及发动机调相耗电量在实际工作中难以限制，节电潜力小。水电厂办公及生活用电、基建施工用电应从管理制度上加以规范，明确用电计量方式，制定相关管理制度，禁止私拉乱接电源等。
4 衡量节能工作成效的指标
4.1指标的计算
水电厂节能工作常用指标有耗水率、水量利用率、水能利用提高率、厂用电率、综合厂用电率、弃水损失电量等。部分水电厂设有电能自动计量系统（或自动抄表系统），系统能够自动计算抄录电表电字，并计算出日、月、季、年的电量，包括各台机组发电量、上网电量、厂内各部位用电量、非生产用电量、厂用电率等等，甚至可以与水调自动化系统联网，获取入库水量、流量、水位等信息，自动计算耗水率、水量利用率、水能利用提高率、综合系数等指标。没有设置电能自动计量系统的水电厂，可以自行制作简易的ECXEL表格，定时抄录电字并填入表格，也可以实现类似功能。
4.2指标的衡量
水电厂节能指标衡量方法常用的有3种：一是横向对比，与本电厂装机容量、水头、发电量等类似的电厂进行节能指标比对，或是与行业平均值、节能先进水电厂进行比较；二是纵向对比，电厂与自身进行比较，主要是同比、环比进行比较；三是跟电厂设计值进行比较。通过节能指标的横向、纵向或设计值对比，可以发掘出节能工作中存在的问题，特别是同期发电量比较接近的月份，更有可能发现下一步节能工作的方向或重点。
5 结语
节能工作贯穿于水电厂整个生产经营过程中，是挖掘水电厂发电潜力，增加水电厂上网电量的不二法宝。做好水电厂节能工作，需要技术与管理两方面力量。在实际工作中，需要根据水电厂自身情况，抓住水电厂增发电量与降低能耗的主要环节，采取有力措施，相信一定会有成效。
参考文献:
[1]杨军、张雪梅.水电厂节能降耗的措施分析[J].湖北水力发电，2008，第5期.
[2]许自达. 水电站水库调度与运行管理[M].水利电力出版社，1994.
作者简介：朱章昊，1986年生人，男，河南濮阳，现在重庆大唐国际武隆水电开发有限公司从事水库调度和节能管工作，研究水库调度与节能工作方向，电子邮箱：zzh0556@163.com。
论文作者:朱章昊
论文发表刊物:《科技中国》2016年9期
论文发表时间:2016/12/9
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