CN102776872B - 水电站高效防洪发电的优化方法 - Google Patents

Abstract

一种水电站高效防洪发电的优化方法，将河流下游分割成上游和下游两部分，当一场大洪水通过时，充分的利用正常水位以上至允许最高洪水位之间的这部分库容来削减出库洪峰，当洪水推进到下游时一般滞洪4-5天，这一减一滞的结果，就把上游和下游的洪水分割成两部分，由原来的单独的洪峰演变成降低了一半左右的双峰形态，水位明显比单峰水位降低了很多，减少下游的洪水灾害，同时洪水在行洪的过程中，全部以发电流量的形态流往下游，形成无洪水状态，中下游没有了洪水危机，汛限水位行政命令因此可以取消，既减小了洪水自然灾害，又充分利用洪水增加了发电量。

Description

水电站高效防洪发电的优化方法

技术领域

本发明涉及一种利用梯级水电站防洪发电的方法，特别是既有效防洪又充分利用洪水提高发电效率的优化方法。

背景技术

洪灾是一种特大暴雨后，江、河、湖、库水位在较短时间内发生明显上涨，水流量急剧增加，堤防两岸漫溢，河中滩地或者农田村镇被淹没，使洪水上岸而造成的自然灾害。洪灾往往来势凶猛，具有很大的自然破坏力，除对农业造成重大灾害外，还会造成工业甚至生命财产的损失，是威胁人类生存的十大自然灾害之一。

减少灾害的主要措施是建设防洪工程设施。防洪工程设施包括防洪大堤、防洪墙、水库及其他防洪工程等。防洪工程设施的建设具有两大特点：一是需要大量的人力、财力的投入，特别是资金的投入；二是工程设施虽然不直接体现经济效益，但当洪水来临时，由于修筑了高标准的防洪工程设施，对整个地区乃至整个国家的经济发展起到了保护作用。我国正处在社会主义的初级阶段，经济尚不发达，一方面没有更多的资金在所有需要的地方都修建高标准的防洪工程设施；另一方面，现有的许多防洪工程设施老化失修，防洪能力降低。据统计，全国受洪水威胁的城市中，70％的防洪工程的防洪能力低于国家规定的标准。同时，洪水发生的频率和程度近几十年来有增无减，这使得在防洪工程设施建设方面的投入和需求矛盾十分尖锐。

目前为了解决防洪工程设施建设投入和需求的矛盾，大多数通过建设梯级水电站进行防洪。建设梯级水电站主要是将洪水分级拦在各级水库中，在发电运行中整个梯级实行科学的优化调度，使洪水推迟缓慢地通过下游，不断的减小上游的洪水流量，以至于不形成灾害。这种防洪方法在水头利用上分级开发、分段利用；在水量利用上提高利用率，上蓄下泄，在减小洪灾自然灾害的同时合理利用了水力资源，提高水能利用率，增加发电量。

下面是我国有关梯级水电站几个典型的例子：

1、长江三峡电站，每年6月10日开始，由中央防汛抗旱总指挥部(即水利部)下达关于汛期降低水位30米深，腾出220亿m3的防洪库容，用来拦洪。直至11月10日止。本年不管来多大的洪水，均按此办。2010年遇上300年一遇的大洪水，动用70亿的防洪库容，仅动用腾空库容的三分之一，而且未动用到滞洪库容，把进库洪峰流量从6.9万m3/s降低到出库流量3.5万m3/s，洪峰过后，水库尚有17米水深水库才满，白白的在四个月中留出220亿m3空库容。本次洪峰过后仍未取消行政命令，让水电站在三个月内低水头发电，一年损失的发电量的160亿千瓦时，相当于广西投资300多亿元的龙滩水电站的发电量。

2、广西岩滩水电站，在上游未建龙滩水电站以前，用行政命令的方法、强制在汛期降低5米水位运行。一年损失电量约占年总发电的五分之一。

3、广西左江水电站，同样用政府命令手段，在汛期内降低水位2米发电，损失发电量。

4、湖南五强溪电站汛期降低水位10米运行。同样损失发电量。

这四个例子都未合理利用了洪水资源，在一定程度损失了发电量，在汛期内用政府命令手段去强制限制水位，甚至洪峰过后仍未取消行政命令，让水电站在强制期限内低水头发电，同样损失了发电量，没有达到充分利用水资源的目的。专利文献公告号CN102296562A公开了一种“防洪与发电相耦合的梯级水库联合洪水调度优化方法”，该方法根据实时水情气象信息和洪水预报结果判断洪水大小级别，当洪水期间平均入库流量大于电站满发流量时则判断为大洪水，反之则判断为小洪水；按照级别的不同通过不同的模型进行不同控制目标的优化调度；在每个不同流量、约束设置和控制目标下，得到多个不同的调洪方案，构成对应一场洪水的调洪方案集，作为决策基础，如果在调洪方案集中需要对入库流量进行修改，则反复进行多种入库条件下的仿真调洪计算，虽然该方法部分解决了防洪发电优化的问题，但仍以防洪泄洪为主，未能充分利用洪水资源实现发电最大化的目的。

发明内容

本发明提供一种水电站高效防洪发电的优化方法，解决当前不能充分利用洪水资源来提高发电效率的方法。

本发明水电站高效防洪发电的优化方法，操作步骤如下：

(1)首先建立梯级水电站，水电站建成自由溢流式泄洪方式，在岸边兴建开敞式溢洪道。

(2)当得知流域大范围下雨导致可能形成洪水的预报时，利用大雨后洪峰尚未到达的时间差，打开上下游梯级水电站全部发电机组进行发电泄洪，如果洪峰过大则打开泄洪闸，降低水库水位腾出水库库容以迎接洪峰。

(3)当洪峰到达时，充分利用正常水位以上至允许最高洪水位之间的这部分库容即滞洪库容，来削减出库洪峰，上游来的洪水的一部分留存库容，另一部分以发电形式泄洪；当洪水推进到下游时一般滞洪3～5天，这一减一滞洪峰的结果，就把上游和下游的洪水分割成两部分，对下游而言，由原来单独的洪峰演变成降低了一半左右的双峰形态，洪峰灾害大大减小。

(4)当洪峰水位达到水库正常水位后，继续让水位上升，至允许最高水位，让开敞开式溢洪道，自由出流，缓慢泄洪，在此过程中，让洪水滞洪了几天，减少下游洪峰流量。当洪峰过后，恢复到水电站正常运行状态。

在洪峰到来之前采用白天大发电、后半夜少发电的发电机组运行模式。与上游水库配套的水电站利用来自上游的滞洪库容水量来发电，发电后下泄的滞洪水量用于下游的所有水电站发电。

利用水电站高效防洪发电的优化方法将河流下游分割成上游和下游两部分，当一场大洪水通过时，充分的利用正常水位以上至允许最高洪水位之间的这部分库容来削减出库洪峰，当洪水推进到下游时一般滞洪4-5天，这一减一滞的结果，就把上游和下游的洪水分割成两部分，由原来的单独的洪峰演变成降低了一半左右的双峰形态，水位明显比单峰水位降低了很多，减少下游的洪水灾害，同时洪水在行洪的过程中，最大限度的以发电流量的形态流往下游，形成无洪水状态，中下游没有了洪水，汛限水位行政命令因此可以取消，既减小了洪水自然灾害，又充分利用洪水增加了发电量。

附图说明

图1是洪水过程线示意图。

其中1——传统防洪方法洪水过程线；2——本发明方法防洪调度洪水过程线。

具体实施方式

下面结合附图通实施例对本实用新型作进一步详细说明。

水电站高效防洪发电的优化方法，首先建立梯级水电站，水电站建成自由溢流式泄洪方式，在岸边兴建开敞式溢洪道。当得知流域大范围下雨导致可能形成洪水的预报时，利用大雨后洪峰尚未到达的时间差，打开上下游梯级水电站全部发电机组，如果洪峰过大则打开泄洪闸，降低水库水位腾出水库库容以迎接洪峰。如图1所示，当洪峰到达时，充分利用正常水位以上至允许最高洪水位之间的这部分库容即滞洪库容，来削减出库洪峰，上游来的洪水的一部分留存库容，另一部分以发电形式泄洪；当洪水推进到下游时一般滞洪3～5天，这一减一滞洪峰的结果，就把上游和下游的洪水分割成两部分，对下游而言，由原来传统防洪方法洪水过程线1(单独的洪峰)演变成本发明方法防洪调度洪水过程线2(降低了一半左右的双峰形态)，洪峰灾害大大减小。当洪峰水位达到水库允许的最高蓄水水位时，打开泄洪闸洪道，全力泄洪。

采用本发明将河流下游水电站分割成上游和下游两部分，在河流上游的水电站，办成自由溢流式泄洪方式，在岸边兴建开敞式溢洪道。当特大洪水到来时，打开上游的水电站，让防洪库容水位上升至允许最高值，推进到下游的洪水滞留4-5天，由于这部分水面面积大，当水位升高和通过上游发电自由降低需要用几天时间，就把原来单独大洪峰削减成小型双驼峰，当这部分洪水既减少又推迟几天的洪水下泄时，下游的洪峰早已减少到峰后4-6天的洪峰流量，结果，洪水消减去一半左右。具体操作如下：

1)腾出防洪库容：一开始下大雨时全部打开河流上游水电站的机组发电，在洪峰未到之前几天左右时间里通过大发电的方式把防洪库容腾出来，使得洪水到来时，一部分可留存库中，削减下游沿岸的洪水灾害。

2)滞洪库容：当特大洪水到来时，打开上游的水电站发电，洪水自由下泄的过程中，最大限度以发电流量的形态流往下游，使得防洪库容水位上升至允许最高值。

3)洪水双峰：由于防洪库容这部分水面面积大，水位升高和自由降低需要用几天时间，洪水推进到下游时一般滞洪4-5天，一减一滞的结果，就把上游和下游的洪水分割成两部分，对下游电站来说，由原来的单独的洪峰演变成降低了一半左右的双峰形态，双峰防洪库容的最高水位比单峰最高水位降低了，减少下游的洪水灾害。

4)下游水电站发电：在河流的下游电站利用滞留在下游的洪水发电，应按后半夜少发电、白天大发电的运行方式，争取取得高峰时段的电价，增加约一半的利润。

5)预泄迎峰：在调洪方面，大雨后洪峰未到的几天时间，上下游水电站全开机，以及部分打开泄洪闸，腾出预留防洪库容迎峰，这样，上游来的洪水的一部分留存库中，削减下游沿岸的洪水灾害。

6)降低水位：当洪峰进库至峰时，又让洪水位继续上涨，由于上下游水电站全部开机，以及部分打开泄洪闸，当达到最高水位时，进库洪峰水量早已降低至发电流量以下。其结果，特大洪水则在行洪的过程中，最大限度以发电流量的形态流往下游，形成无洪水状态。中央防总的汛限水位命令则可取消，免除了汛期，增加了年发电量。

具体实施例：以长江三峡电站为例，长江三峡电站，在防洪调度中，未计入滞洪库容功能作用，这部分拥有30-60亿立方米之巨，当遇上百年甚至千年一遇的洪水时，从一开始下大雨时则全部打开32台机组发电，在洪峰未到之前八天左右时间里已通过大发电的方式把防洪库容腾出上百亿立方米，当洪峰进库至峰时，又让洪水位继续上涨，(理论上可涨5-6m)，当达到最高水位时，进库洪峰早已降低至发电流量3.1立方米/秒以下。其结果，三峡特大洪水则在行洪的过程中，全部以发电流量的形态流往下游，形成无洪水状态，中央防总的汛限水位命令则可取消，并且利用洪水资源额外增加发电160亿千瓦时以上。

Claims (3)

1.一种水电站高效防洪发电的优化方法，其特征在于：包括以下步骤

(1)首先建立梯级水电站，水电站建成自由溢流式泄洪方式，在岸边兴建开敞式溢洪道；

(2)当得知流域大范围下雨导致可能形成洪水的预报时，利用大雨后洪峰尚未到达的时间差，打开上下游梯级水电站全部发电机组进行发电泄洪，如果洪峰过大则打开泄洪闸，降低水库水位腾出水库库容以迎接洪峰；

(3)当洪峰到达时，充分利用正常水位以上至允许最高洪水位之间的这部分库容即滞洪库容，来削减出库洪峰，上游来的洪水的一部分留存库中，另一部分以发电形式泄洪；当洪水推进到下游时一般滞洪3～5天，这一减一滞洪峰的结果，就把上游和下游的洪水分割成两部分，对下游而言，由原来单独的洪峰演变成降低了一半左右的双峰形态，洪峰灾害大大减小；

(4)当洪峰水位达到水库正常水位后，继续让水位上升，至允许最高水位，让开敞式溢洪道，自由出流，缓慢泄洪，在此过程中，让洪水滞洪了几天，减少下游洪峰流量；

(5)当洪峰过后，恢复到水电站正常运行状态。

2.根据权利要求1所述的水电站高效防洪发电的优化方法，其特征在于：在洪峰到来之前采用白天大发电、后半夜少发电的发电机组运行模式。

3.根据权利要求1所述的水电站高效防洪发电的优化方法，其特征在于：与上游水库配套的水电站利用来自上游的滞洪库容水量来发电，发电后下泄的滞洪水量用于下游的所有水电站发电。