淺談提高水能利用率的工程方法

1、淺談提高水能利用率的工程方法（浙江浙能水電管理有限公司 浙江臨安311322）摘要：我國的水能技術可開發(fā)量為5.42億kw,排在世界第一位，因為 水能的可再生、開發(fā)成木低等優(yōu)點，我國對水電站的建設步伐逐漸加快，水能的 合理利用己經(jīng)取得了一定進展。但是，如何結合水電站、水庫的具體情況，將之 利用率得以實現(xiàn)最大化，仍然有一定的進步空間。本文根據(jù)此背景，舉出了幾點 提升水能利用率的工程方法，以期為水能利用率的提升作出一定指引。關鍵詞：水電站；水能；利用率我國是水資源大國，水能具有可再生、可循環(huán)利用、成木低、無污染等 優(yōu)點，而這些優(yōu)點正可以解決其他資源的不足，水能資源的開發(fā)將是發(fā)展的大趨 勢。我國正是

2、因為對水資源有得天獨厚的優(yōu)勢，目前水電的總裝機己突破2億 kw,并且我國對水電站的投入、建設速度也正在加快。然而這其中面臨的問題 是，很多水電站、水庫的設計、建設存在諸多弊端，考慮不全面，導致水能利用 率不能滿足需求。木文根據(jù)我國水能利用率不足的條件，分析提升水能利用率的 工程方法。提升水能利用率的途徑主要包括兩個，即增大工作水頭和減少汛期棄 水。一般而言，減少汛期棄水更適用于大型水電站或大型水庫，所以本文的分析 重點落在增大工作水頭上，主要包括對于壩址或廠址的選擇、減少水頭損失、提 前抬升水位、無壓型尾水隧洞、人工尾水渠等方法，這幾個分析內(nèi)容都是以增大 工作水頭為目標，以增大水頭的方式提高水

3、能利用率，增加發(fā)電量。1、壩址或廠址選擇水電站的壩址或廠址的選擇對水能利用有很大的作用，壩址的選擇對于 增大工作水頭而言也有不可忽視的作用。一般而言，選取壩址設計三個步驟，第 一是選擇在河流下游水庫正常蓄水位的末端，第二是進行正常蓄水位專題研究, 其中涉及的是需要結合工程和庫區(qū)社會因素等條件綜合分析。第三是裝機規(guī)模的 確定，涉及的是正常蓄水位和下游涉及尾水位等因素。壩址或廠址的選擇需要重 點考慮的是壩址所在地的區(qū)位因素，其中包括當?shù)氐匦?、施工條件、電站的市場、 交通等，除此之外還包括尾水位和正常蓄水位的銜接。但真正對增人水頭起決定 作用的是下游水庫的變化情況。正常而言，每年的水位情況主要包括正

4、常蓄水位、 汛限水位、汛期洪水位、發(fā)電死水位等。對于位于較大水庫尾部的水電站，地形、交通等因素是基礎，該地形、交通、地 質(zhì)等基礎條件滿足規(guī)定的條件下，能夠充分利用水能的做法是選擇下游水庫多年 的平均水位作為上游水電站的正常尾水位。2、減少水電站引水建筑物水頭損失的工程方法沿程水頭損失和局部水頭損失是水電站引水建筑物水頭損失的重要組 成部分，一般而言，引水建筑物的水頭損失現(xiàn)象只能通過工程方法緩解，即只能 盡可能減少損失，而無法達到完全沒有損失的程度。其中，減少沿程水頭損失的 工程方法主要有三個，其一是經(jīng)濟流速的選用上要做到經(jīng)濟、合理，其二是出于 對糙率的考慮，即在引水建筑物施工過程中，最好采用高

5、精度的模板。第三，為 了增大水力半徑，對于引水建筑物的橫斷面體型的選擇上，最好是選擇圓型或馬 蹄型。而在局部水頭損失部分，其損失依然是不能完全避免，只能選用合適的方 法進行緩解。舉個例子，水電站進水口大多設置有攔污柵，其損失原因也主要是 汛期河流會有大量的雜物漂浮，導致堵塞，從而減少工作水頭。對于此的解決辦 法多樣，例如我所在的華光潭梯級水電站，都在其進水口處設置了攔污漂，即采 用了浮式攔污漂裝置。浮式攔污漂裝置，顧名思義，即是漂浮于水面的攔阻雜物 的工具，主要是水下有懸掛式網(wǎng)，用以攔阻雜物。該裝置的特點就是具有很大的 靈活性，可移動可清理，方便管理。3、大型水庫從汛限水位向正常蓄水位提前抬升

6、的技術條件我國在主要的江河上都設置有防洪功能，尤其是在擁有大型水庫的江河 上。一般而言，因為汛期時河流會有大量的雜物、沉積物、淤泥等，所以在汛期 多半會選擇保持較低的水位，主要原因就是對于洪峰和淤泥等的考慮。一般而言, 大型水庫都會在汛期結束前尋找時機提前抬升水位，其目的是早蓄水，以便在汛 期結束后仍然有充足的發(fā)電水資源。當然，根據(jù)各個地方降雨量、汛期的不同, 提前多少吋間也是不同，如三峽水庫屬于長江流域，位于長江中游，-般是在汛 期結束前一個月抬升水位，以保證發(fā)電水量。而二灘水庫相比于三峽水庫，吋間 會更早一些，一般在汛期結束前半個月抬升水位。抬升水位需要考慮到諸多因素, 除了上文例舉的抬升

7、水位的吋間外，還應該考慮到以下問題。第一，水位抬升應 該考慮到洪水等不確定因素，避免水庫下泄流量不會危及下游居民或相關設施。 第二，因為汛期會導致或大或小的洪水，所以需要考慮到泥沙在水庫囤積的情況。 第三，因為各地天氣情況不同，很多地方天氣情況多變，一旦采取了抬升水位的 措施之后，上游一旦突然發(fā)生洪水，其影響極大，所以必須要保證上游水量預報 機制的健全、可靠。4、無壓型長尾水隧洞，降低下游尾水位降低水電站下游尾水位的工程方法，在工程地質(zhì)、下游水位等條件允許 的前提下，無壓型長尾水隧洞是降低下游尾水位的主要方法。與之相對應的是有 壓型尾水隧洞，以瀑布溝水電站為例，瀑布溝水電站位于大渡河，是我國比

8、較重 要的水電站之一。該水電站的設計洪水位和正常尾水位的差距不大，并且因為大 渡河流域擁有良好的地質(zhì)條件，如果采用無壓型尾水隧洞，和有壓型尾水隧洞作 相關比較，就可以將尾水調(diào)壓室取消。尾水調(diào)壓室是為了保護機組不受水壓損害 和限制尾水洞內(nèi)水壓而產(chǎn)生的，調(diào)壓室的設計、施工都很多的注意事項，需要考 慮到很多的關鍵點。而采用無壓型尾水隧洞，將尾水調(diào)壓室取消，可以說是在一 定程度上降低了機組損害的風險，也減少了一定的工作量，且能夠起到降低下游 尾水位的作用，除此之外，無壓型尾水隧洞可以實現(xiàn)更多、更好的利用水頭，從 而實現(xiàn)電能的增加。5、人工長尾水渠增大發(fā)屯水頭對于部分河床開闊的地段，可以采用一定的技術手

9、段，利用人工來增大 發(fā)電水頭，從而提升水能利用率。這是目前比較常用的方法，隨著技術的進步, 人們的行為也越來越依賴于高新技術，并口利用技術進行增人發(fā)電水頭的方法有 一定的可取性，可以減少人力的投入，也可以從技術上減少水庫相應的安全隱患。 這方面最重要的例子是在大渡河修水電站的案例，大渡河的水域環(huán)境并不算好, 所以在河流規(guī)劃上并沒有水電站，而到了 2005年，通過一定的技術手段，在大 渡河布置了兩座電站，這就是利用技術手段的成功經(jīng)驗。其具體可借鑒經(jīng)驗總結 為三點。第一，該河段地形開闊，這也是技術手段運用的合理條件，故而將下游 的河床用格流堤分開，即是汛期行洪區(qū)和人工尾水渠兩個部分，人工尾水渠根據(jù) 其作用，也可看成是發(fā)電泄流區(qū)。第二，在水電站尾水渠下游-定范圍內(nèi)，根據(jù) 河道開闊的特點，人工開挖河床，使得水位得以降低，從而就通過技術手段實現(xiàn) 了發(fā)電水頭的產(chǎn)生。第三，進入后續(xù)階段，即是相應的防護措施，通過一定措施 減少泥沙進入尾水渠。對于此，依然可以借鑒浮式攔漂裝置。6、總結提高水能利用率的工程方法都是以增大發(fā)電水頭、減少汛期棄水流量為 目標，其中，減少汛期棄水流量主要是大型水電站管理的內(nèi)容，本文重點分析的 是增大發(fā)電水頭的具體工程方法，本文例舉了壩址選擇、減少引水建筑物水頭損 失、汛限水位向正常蓄水位提前抬升、無壓型長尾水隧洞、人工長尾水