潇水流域梯级电站群联合调度及效益优化探析

肖立军

（湖南省双牌水电站 永州市 425203）

目前，我国已建成或正在建设大水电基地，逐步形成由多个调节性能较好的水库组成梯级水库群联合调度的局面。潇水流域作为湖南省水电开发较为成熟的区域，梯级水电站群已具规模。借鉴梯级水电站联合运行经验，结合潇水流域水电站运行管理现状，探讨流域水电站群联合调度思路、目标和模式，对实现潇水流域水电站群安全度汛，增强流域上下游水库群水能补偿作用，提高梯级水电站群的水能利用和综合效益具有重要战略意义。

1 潇水流域梯级电站群基本情况及运行特点

潇水为湘江主要一级支流，是湖南永州地区流域面积最大的河流，发源于永州市蓝山县野猪山南麓，流经蓝山、江华瑶族自治县、江永县、道县、双牌县，于永州频岛汇入湘江。干流长354 km，流域面积12 099 km2，多年平均径流总量108.8亿m3，平均流量345 m3/s。流域规划有涔天河水库、沱江电站、大林江电站、向阳电站、五洲电站、双牌电站、五里牌电站和南津渡电站八级电站。

1.1 基本情况

（1）涔天河水库。

潇水流域梯级开发龙头水库，位于江华县东田乡涔天河口。1966年6月正式动工，1970年3月主体工程竣工。控制流域面积2 466 km2，校核库容1.05亿 m3，设计灌溉农田 0.82 万 hm2（12.3 万亩），装机容量2.25万kW。2012年8月扩建工程正式开工。扩建后，最大坝高113 m，正常蓄水位313 m，总库容15.1亿m3，电站装机容量20万kW，灌区控制灌溉面积达7.56 万 hm2（113.35 万亩）。

（2）沱江电站。

潇水流域规划第二级水电站，位于江华县沱江镇境内。2005年8月，江华剑桥水电有限公司委托初步设计装机12 800 kW，年发电量5 300万kW·h。目前该工程已停工。

（3）大林江电站。

潇水流域规划第三级电站，位于江华县界牌乡境内，为引水式电站。正常运行水位205.84 m,设计水头14.5 m，3台单机12.5 MW的灯泡贯流式机组,总装机容量37.5 MW。

（4）向阳电站。

原为道县向阳坝水轮泵站。2003年9月，道县政府与广东省连南县潇湘水电投资有限公司签订了正式《投资开发道县向阳坝电站合同书》，2004年成立道县新向阳坝水利开发有限公司。

（5）五洲电站。

潇水流域规划第五级电站，位于道县万家庄乡五一村。电站装机容量1.5万kW，为引水式电站。2010年12月，电站第1台机组试运行，2011年1月3台机组全部投入运行。

（6）双牌电站。

潇水流域规划第六级电站，潇水开发第一期工程，位于双牌县泷泊镇周冲。控制流域面积10330km2，设计总库容6.9亿m3，灌溉农田2.13万hm2（32万亩）。1958年11月动工，1963年工程全部完成。1979年，装机容量扩充到13.5万kW。2013年机组增容改造完成后装机容量达15万kW。

（7）五里牌电站。

潇水第七级电站，位于双牌县五里牌镇陶家渡。由湖南鸿鑫投资开发有限公司投资兴建，2008年8月动工，2011年9月竣工运行。装机容量4.5万kW，2台单机22.5 MW灯泡贯流式水轮发电机组，年设计发电量1.79亿kW·h，相应库容2 650万m3。

（8）南津渡电站。

潇水流域梯级开发的末端电站，是永州和全省第一座利用外资修建的水电站，3台单机20 MW奥地利引进贯流式灯泡式机组。工程筹建于1984年，1989年动工，1991年11月第1台机组投产发电，1992年3月、5月第2、3台机组相继并网发电。

1.2 运行特点

由于历史建制沿革、投资管理主体及隶属关系不同，潇水流域梯级电站群运行呈现出一定特点。一是实现有限联调。目前,潇水流域电站群仍是以单一电站为对象的发电防洪调度模式，因五里牌电站由双牌水电站代运行维护，南津渡电站、双牌电站属同一系统，该三级电站在合作运行和经济调度等方面具备了一定的基础和条件，实现了有限联调。二是防汛电力调度多头。潇水流域各水电站投资、管理主体不同，防汛调度、电力调度分属多级，具有一定库容和电力基础调度能力的双牌电站，防汛属于省防办调度，电力属于中调，其他电站防汛调度权在市、县，电力调度在地调。涔天河水库扩建后，其防汛、电力调度权限是否有所调整，尚不可知。三是电站功能作用差异。一般流域电站具有防汛、灌溉、发电、航运等多方面功能，但因流域电站地域分布差异，电站功能定位不尽相同，如双牌电站、正在扩建的涔天河水库因具有一定的库容调节功能，防汛、灌溉及下游调水等社会公益性职能和作用更为突出，南津渡电站、五里牌电站等径流式电站，大都采取引水式发电，防汛、灌溉功能较小，偏重发电经济效益。

2 潇水流域梯级电站群运行存在的主要问题

因潇水流域电站群电站投资管理主体和运营模式的差异，以及市场取向带来生产经营观念变革和利益上难均衡，给流域电站群安全运行、联合调度带来新的问题和挑战。

2.1 缺乏流域统筹协调管理

协调机制是水库群联合运行成功与否的关键制约因素。潇水流域电站群涉及较多运行管理单位和不同利益主体，各水库和水电站的运行调度基本上是各自为政，梯级电站运行之间缺乏有效协调和协作，存在一些不利影响，比如汛前不经济弃水，或汛后下游缺水现象。如果要实现流域电站群经济联调，需要协调单个水库调度目标与流域调度目标的矛盾、电调与水调的矛盾、日常调度与应急调度矛盾、生活用水与生态用水的矛盾、上中下游水库之间的利益协调。需要寻求包括加强流域综合管理在内的各种管理措施，统筹好地区间经济社会的协调发展；需要寻求包括调整调度方式在内的各种措施，以减轻或消除水电工程建设和运行的不利影响，维护河流健康和生态安全。

2.2 约束因素复杂强藕合性

流域梯级电站群联合调度受气象循环、水文过程、发电控制、电网运营、用水需求等多因素制约，不仅要考虑各水库水位、库容、出力等基本约束条件，还要考虑各水库（电站）间的水力、电力联系、水库间的补偿和协调能力等。特别是随着流域水利枢纽综合利用要求日益提高，水库群联合调度更要在注重经济和社会效益的同时，考虑生态环境效益，以利于河流生态健康和可持续发展，这使得联合调度的约束和限制比单一水库更为复杂。既要建立多水库联合调度模型，又要考虑影响因素的不确定性带来的调度风险等，还必须衡量好发电效益与防洪风险之间的关系，寻求包括库容补偿调度方式在内的各种措施，使得梯级水库的联合运行变得十分复杂和困难。因此，确保水电站和水库的安全高效运行，处理好水调与电调之间的矛盾，寻求水文补偿与电力补偿相互配合的最佳途径，提高电网供电能力和质量，这对梯级水电站群调度提出新挑战。

2.3 优化调度目标多维度变化

一方面水电站已成为市场竞争主体，在运行管理方面不能只考虑水量因素、电量因素，还要从经济角度出发，重视电能的时效性。另一方面随着流域水电站装机规模增大，水电在电网中的作用愈显突出，水电运行调度事关电网能否安全运行。这样用电市场需求及来水条件多变，调度实时性增强，梯级水库调度的最优准则和目标函数必将发生变化，必须研究适合现行电价政策的发电调度最优准则和目标函数，以及干支流和上下游水能和水资源的优化配置问题，寻求包括梯级水电站群联合调度在内的各种优化手段，以提高水能资源利用效率。为此，水库调度人员需要不断地调整运行方式或运行计划，合理协调长、中、短期以及实时调度之间的关系等，使得水库调度成为 “决策-实施-修正-再决策-再实施”的循环过程，因而调度决策支持系统变得十分重要。

3 潇水流域联合调度功能需求分析

潇水流域水电站形成了上下游梯级水库群格局，实施联合调度对下游水电站运行和功效发挥有着直接影响，对优化水资源配置、提高发电效益、保证生活生产生态用水等都有益处。

（1）联合调度有利于提高流域防洪安全保障。

潇水是湘江的主要支流，是湘江洪水的主要来源区，给中下游防洪带来巨大的压力。实施联合调度，利用各梯级水库调节性能的不同，相互配合调蓄洪水，进行削峰、错峰，可有效提高流域整体防洪能力，有利于保障水库自身及上游的防洪安全和减轻中下游的防洪压力。

（2）联合调度有利于保障流域水资源供给安全。

水库群联调是满足应急供水的减灾措施之一，充分利用梯级水库之间的库容补偿，将更多的洪水留存下来，提高水资源供给能力，保障居民生活和工农业生产用水的基本安全。特别是涔天河水库扩建后，潇水流域防洪调控能力增强，通过联合调度，将进一步提升干旱年份和枯水季节的用水保障作用，湘江流域尤其是长株潭用水保障能力有助增强。

（3）联合调度有利于优化水能资源配置。

潇水流域水电资源相对丰富，水电站群较为集中，具有一定规模。若各水电站单独运行，不从流域整体考虑，容易导致水能资源浪费。实施联合调度，优化水能资源配置，能有效增加水电产出。并通过对流域水电站群中各梯级单独优化调度和系统联合优化调度的成果比较，可以推动水文补偿效益、库容补偿效益、电力价格形成比较效益等补偿机制形成。在获取经济效益的同时，减轻工程建设对河流生态的负面效应，甚至补偿和修复河流生态，有助于协调水电能源开发和河流生态保护之间关系。

（4）联合调度有利于增强电网供电能力和质量。

潇水流域水电站群实施联合调度后，各水电站在不增加水电站运行成本的前提下，可增强水调和电调系统稳定的适应能力。不仅可以发挥系统整体优势，更好地促进电调与水调统一协调，减轻电网调度任务；而且还可根据电力市场需求，合理调配水电资源，尤其是少水年份或来水不均衡的情况下，联合调度更能提高供电保障。

4 潇水流域联合调度目标设置、系统建设及风险防范

要有效实现流域水电站群联合调度，不仅需要明确调度目标，而且需要确立联合调度系统的管理体制、组织机构和协调机制，对水电站运行调度实行协调和管理，实现新的利益协调均衡。

4.1 联合调度目标设置

在现代化流域统一管理体制下，潇水流域电站群运行调度应当逐步由有限调度向更深层联合调度拓展，充分发挥梯级水电站群拥有的调节作用和梯级补偿效益，进一步提高水能资源利用效率，增强电网调峰、调频和事故备用等安全运行能力，实现流域内的水文补偿、库容补偿和电力补偿等联合统一调度。统筹考虑兴利与除害，在保障生活、生产和生态用水安全的同时，削弱对下游地区及湘江的洪水威胁，维持河流健康和保护生态环境，促进流域可持续协调发展。

结合潇水流域水电开发进程和运行管理现状，本着统筹规划、因地制宜的原则，采取市场引导和行政协调相结合等方式，统筹发电、防洪、供水、航运和生态环境保护等多目标需求之间关系，确保联合调度系统的科学合理、高效安全、依法有序运行。潇水流域梯级电站群联合调度主要有三种情况：一是流域梯级电站群全部纳入联合调度。关键是要建立各方认可的多开发主体的协作模式，就当前情况而言，联合协调机制建立任务艰巨，实现全部梯级电站群联合调度难度很大。二是流域关键水电站实现联合调度。潇水流域具有一定调节库容的关键电站主要有涔天河电站和双牌水电站，但由于涔天河电站正在实施扩建工程，是仍由涔天河水库管理局管理，抑或采取独立运作模式，不能确定，因此其具体运行管理模式尚不明确，筹划涔天河电站和双牌电站联合调度近阶段具有不可操作性。在涔天河电站扩建完成并明确管理主体后，可尝试联合调度事宜。三是流域下游关联电站实现联合调度。目前，因五里牌电站由双牌水电站代运行维护，同时南津渡电站与双牌电站属同一系统内的两个平级电站，双方在水情服务方面实现了一定程度的共享。该三级梯级电站在联合调度方面具备了一定基础和条件，从合作运行和调度来看，在防洪度汛和经济运行等方面发挥了一定效能。对该三家梯级电站深化实施联合调度，具有现实意义。探索、实践联合调度模式和协调机制后，可逐步将涔天河电站及流域其他电站纳入联合调度范围，甚至可向跨地区、跨流域方向发展，范围延展至整个湘江流域。

4.2 联合调度系统建设

为了确保潇水流域电站群联合调度目标实施，应当分阶段、分区域逐步完善联合调度协作系统、运行系统及硬件、软件系统建设与管理。

（1）协作系统建设管理。

需要研究制定多开发主体的协作模式、利益分配与补偿机制；制定梯级水电站群联合调度管理体制、管理办法和协调机制，构建梯级水电站群联合调度协调机构。并由此建立较为完善的梯级水电站群联合调度管理体制、管理办法和协调机制。

（2）运行系统建设管理。

建立联合调度系统多目标优化模型，确定各大型水电站在水调和电调系统中的功能定位，制定各梯级水库的水文补偿、库容补偿和电力补偿等调度计划、调度规程以及相应调度作业图，明确各梯级的调度计划、发电任务、蓄泄水时序、库容分配方案、电网调峰方案。制定特殊条件下的应急调度预案，包括汛期防洪联合调度预案、枯水期供水和航运等联合调度预案；制定兼顾生态保护和恢复的水库调度技术方案和联合调度模式。

（3）硬件系统建设管理。

依据群落布局、水力联系、投资开发主体等特点，加强联合调度基础设施建设，以及测报、调控、网络通信、信息平台等硬件建设，满足联合调度所需硬件保障条件。

4.3 联合调度风险防范

联合调度虽能使资源得到优化利用，但还需要保证资源利用的公平合理和系统内部良性竞争，尤其要兼顾上下游和区域间经济社会协调发展，需要建立健全联合调度机制、电力市场竞价规则和水能资源交易机制，在公平协商基础上，促进资源优化利用，确保各方利益都能得到保护。

（1）政策运行风险及防范。

目前国内在梯级水电站群联合调度管理方面，缺乏适用的管理体制、协调机制和补偿政策措施，缺乏针对性的、可操作性强的管理办法、法律条文，这是水库群联合调度难以推进的一个重要障碍。因此，有必要出台配套的法律法规和政策措施，明确联合调度的管理主体及其责任、权利和义务，保障联合调度系统运行与管理的依法、有序进行。

（2）协调机制风险及防范。

联合调度管理成功的关键在于协调。潇水流域水电站群，涉及众多地方政府和行业部门，还包括水电与电调的协调，各投资主体的协调，各梯级调度的协调等等，其调度管理将是一项极为复杂的系统工作，也是联合调度不可回避的问题。如何平衡各方利益，调动各方面积极性显得尤为重要，保证联合调度方案顺利实施，需要好的协调机制和协调平台，这是联合调度必须解决的难题。

1 许继军，陈进，陈广才.长江上游大型水电站群联合调度发展战略研究[J].中国水利，2011，04.

2 李小芹，李延频，赵梦蝶，等.梯级水库群发电优化调度评述[J].人民黄河，2008，30（4）.