杜成銳 王金龍 王莉麗 王穹躍 歐淵

摘 要：針對現(xiàn)有技術中評估水電站經(jīng)濟運行狀況存在的技術不足，提出新型的考核評估方法。該方法通過對水電站發(fā)電情況以及水電站水庫耗能情況進行分析，從整體上衡量水電站在發(fā)電過程中的能量變差，及時、有效地評估在各種因素下，影響水電站發(fā)電的功耗分析。并構建出最小能耗數(shù)學模型，實現(xiàn)不同情況下水電站的能耗分析。在構建最小能耗數(shù)學模型時，同步考慮了影響最小能耗數(shù)學模型計算的約束條件。試驗表明，本研究的方法誤差低，適用范圍廣。

關鍵詞：水電站;考核評估方法;耗能;最小能耗數(shù)學模型;約束條件

中圖分類號：TP391 ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract：Aiming at the technical deficiencies assessed the economic operation of hydropower stations in the existing technologies， a new assessment method was proposed. This method analyzed the power generation situation of hydropower stations and the energy consumption of hydropower stations and reservoirs， and the energy deterioration of hydropower stations was measured as a whole during the power generation process， and the power consumption analysis of the power generation of hydropower stations under various factors was timely and effectively evaluated. And the minimum energy consumption mathematical model was constructed to realize the energy consumption analysis of hydropower stations under different conditions. When the minimum energy consumption mathematical model was constructed， the constraints that affect the calculation of the minimum energy consumption mathematical model were simultaneously considered. Experiments show that the method ?has low error and wide application range.

Key words：hydropower station; assessment method; energy consumption; mathematical model of minimum energy consumption; constraint conditions

水電站是我國能源結構的重要組成部分，對國民經(jīng)濟的發(fā)展和促進工業(yè)技術進步發(fā)揮著舉足輕重的作用。水電站運行過程中產(chǎn)生的經(jīng)濟效益直接反映了其工作效率，為了充分利用水電站的現(xiàn)有資源，使水電站的運行能夠發(fā)揮最佳經(jīng)濟效益是目前要研究的課題?，F(xiàn)有技術存在以下技術弊端：

（1）水電站內(nèi)的水能利用效率不高，缺乏運維管理人員，水電站的整體工作效率低下。

（2）對水電站的經(jīng)濟運行評估方法落后，水電站的整體效益評估不準確，難以實現(xiàn)水電站的利益最大化。

（3）水電站能源浪費嚴重，節(jié)能發(fā)電、可持續(xù)發(fā)電做的不夠，水電站的運行成本增加。

（4）水電站的調(diào)度能力差，在有限的資源范圍內(nèi)，難以實現(xiàn)資源的最佳化合理配置。

為了有效地評估水電站運行狀況，以使經(jīng)濟效益達到最大值，文獻[1]通過分析影響水電站經(jīng)濟運行的因素實現(xiàn)利益的最大化，但是這些分析方法局限于經(jīng)驗值的考察，沒有系統(tǒng)的理論算法，文獻[2]利用流量法和容量法獲取水電站進出水量的情況，根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗值計算進出流量的發(fā)電情況，雖然有一定的進步，但是在評估水電站功耗、誤差以及在各種影響因素下，水電站的功耗情況以及功耗轉換成經(jīng)濟效益的能力，都無法獲取[2]。文獻[3]通過多種算法優(yōu)化方式實現(xiàn)水電站經(jīng)濟運行評估，但是僅限于理論分析，實際運行的可信度差[3]，實施起來困難，這就需要一種新型的方法來替代傳統(tǒng)技術。

1 水電站發(fā)電分析

1.1 水電站發(fā)電數(shù)據(jù)模型分析

利用水電站水庫發(fā)電時，水庫內(nèi)水量的實際負載量為Ptev，在t -t+1的時間時段內(nèi)，水電站水庫生成同樣的功率的電荷時，水庫內(nèi)最大水量用字母Pt+1ev，max 表示，水電站水庫的最小水量用字母Pt+1ev，min 來表示，則構建以下數(shù)學模型[4]：

通過表1可以看到，在上述出庫水量、尾水位量和死水位任意一種情況的影響下，水電站在發(fā)電過程中，通過應用上文水電站最小能耗的數(shù)學模型進行分析，在最小能耗模型下，得出的能耗值相差很小，說明本研究的方法能夠計算出變電站在各種情況下出力時最小能耗損失。

下面對水電站運行過程中的功耗成本進行分析。假設在三種因素出庫水量、尾水位量和死水位的影響下進行發(fā)電時，觀察水電站的總成本、設備成本和損耗成本，單位為元， 假設在不同的時間時分析上述影響量下的水電站輸出功率情況。然后根據(jù)輸出功率，計算出不同時段范圍內(nèi)的最小成本。時間段（單位：小時）信息如表2所示。

通過上述計算，在應用上述論述的數(shù)學模型進行計算時，誤差率較低。本研究的方法為實現(xiàn)水電站經(jīng)濟運行的分析提供技術依據(jù)。

4 結 論

通過構建數(shù)學模型實現(xiàn)水電站的發(fā)電、放電分析，使得用戶能夠獲取不同時間段內(nèi)的水電站運行狀況。同時又構建出最小能耗數(shù)學模型，將水電站能耗情況以經(jīng)濟效益的方式計算出來。也通過數(shù)學模型計算出影響水電站在發(fā)電過程的多種因素造成的能耗損失，通過算理分析，本方案能夠在多種情況下評估水電站的運行情況，為下一步水電站的評估工作奠定技術。

參考文獻

[1]李婷. 流域梯級水電站經(jīng)濟運行效益評價體系研究[J].經(jīng)濟， 2016，01（1）：28-28.

[2]王邦旭，蔡家林，蒙淑平，等. 基于流速儀法的柘林水電廠A1號機組效率試驗研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2017（10）：136-139.

[3]趙飛，林昌義. 基于多種算法優(yōu)化的水電站經(jīng)濟運行[J]. 能源研究與管理， 2013， 23（3）：78-80.

[4]肖楊， 鄺錄章， 王也. 水電站水庫經(jīng)濟調(diào)度考核評價方法[J]. 水利科技與經(jīng)濟， 2018，11：66-71.

[5]牛曉紅. 水電站經(jīng)濟運行評價的若干研究與討論[J].科學與財富， 2015（9）：647.

[6]崔宇龍，黃濤，劉政，等. 水電站環(huán)境影響后評價指標體系研究[J]. 水資源與水工程學報[J/O]. 2015：2（2）：169-173.

[7]張虎成，閆海魚，邱興春.關于我國水電梯級開發(fā)環(huán)境影響后評價的思考[J].水力發(fā)電，2013（7）.1-3.

[8]宋升， 郭元元. 水利水電工程中節(jié)能降耗分析與評價[J]. 河南水利與南水北調(diào)， 2012，36 （4） ：45-46.

[9]劉波，牛運華，石志超，等. 烏東德水電站施工能耗分析與節(jié)能措施[J]. 水利水電快報， 2018， 39（11）：46-48.

[10]康細洋，唐娟. 水利水電工程施工期能耗分析與節(jié)能措施[J]. 節(jié)能，2015， 34（9）：47-49.

[11]STANKO Z， YEH W G， ZHAO Yun-fa，et al. A multiobjective short-term optimal operation model for a cascade system of reservoirs considering the impact on long-term energy production[J].Water Resources Research，2015，51（5）：3353-3369.

[12]CEHGN Chun-tian， WANG Sen， CHAU K W， et al. Parallel discrete differential dynamic programming for multireservoir operation[J]. Environmental Modelling & Software，2014，57（7）：152-164.

[13]黃煒玲. 水利水電工程施工期能耗及其節(jié)能措施分析[J]. 建筑工程技術與設計，2017（33）：1239-1239.

[14]才慶欣. 基于水電站工程環(huán)境影響后評價研究[J]. 中國水能及電氣化，2019（2）：4-8.

[15]黃茹，祁昌軍，曹娜，等.水利水電建設項目環(huán)境影響后評價實踐與建議[J].環(huán)境影響評價，2018（6）：169-173.

[16]郝紅升，吳程，徐天寶，等.水電工程建設的環(huán)境效應研究[J].水力發(fā)電，2016（12）：169-173.