引沁河口水电站装机容量的确定

摘要：装机容量选择直接关系到电站投资和经济效益。引沁河口水电站经过多次规划设计，装机容量从2000kW到18900kW.1992年，可研报告确定装机容量9600kW，设计年发电量4680万kW·h.1994年9月电站建成投产，截止2002年8月，已累计发电3.6亿kW·h，多数年份达到或超过了设计年发电量。引沁河口电站装机容量确定对结合灌溉的灌区电站规划设计提供了较好的参考。

　　关键词：水电站设计 水电站装机容量选择 最优设计 方案选择 工程投资 工程效益

　　1基本资料

　　1.1流域概况

　　沁河发源于山西省沁源，流经山西省安泽、沁水、阳城、晋城至河南济源市五龙口出太行山峡谷进入平原，下行90km于武陟县汇入黄河，总流域面积13532km²，河道全长485km，落差1048m，平均比降2.16‰，水力资源十分丰富。

　　沁河的水利建设始于秦汉时代，下游广利灌区为我国最古老的灌区之一。自50年代后期，沁河流域开始了大规模开发建设，修建了不少水利水电工程，主要有山西境内的拴驴泉水电站，河南境内的引沁济漭灌区、广利灌区及支流丹河上的青天河水库及梯级电站。根据黄委会1990年提出的《沁河水资源利用规划报告》，除干、支流中小型工程外，干流上规划有山西境内的马莲圪塔、张峰，河南境内的河口村3座大型水库，根据黄河防洪和两省国民经济发展情况，分期实施。

　　1.2气象与水文

　　1.2.1气象

　　电站所在区域属副热带季风区大陆气候，蒸发量较大，降雨量不多。实测多年平均降雨量692mm，多年平均蒸发量1843mm.降雨量主要集中在7月、8月、9月3个月，占全年降雨的56.7％，暴雨和洪水多发生在7月、8月2个月。

　　1.2.2径流

　　沁河的径流主要由降雨形成，电站渠首以上有部分泉水。沁河水文观测始于1933年，但1949年以前资料断续不全。距离总干渠渠首较近的测站是五龙口水文站，该站与总干渠渠首相距38km，控制流域面积9245km²，与渠首流域面积8750km²仅相差5.35％，五龙口站具有1953年以来实测日平均流量等资料。由于五龙口水文站至引沁总干渠渠首间有引沁总干渠、新利渠、广惠渠等引水工程，因而需将区间引水流量还原至五龙口水文站，得出五龙口水文站1953年～1990年径流系列，多年平均径流量12.39亿m³，多年平均流量39.3m³／s，与其它系列得出的结果（41.9m³／s～51.1m³／s）相差较大。经分析系80年代以来径流减少及上游山西境内用水逐年增加所致。因此采用本径流系列进行河口水电站水能计算是比较切合实际的。

　　1.3河口水电站与其它工程的关系

　　1）拴驴泉水电站。位于山西省晋城市境内，渠首控制流域面积8750km²，现装机2×8750kW，设计为日调节水电站，1991年建成。

　　根据国务院（85）国函字59号文规定：为保证引沁灌区按设计流量引水，电站尾水后修建反调节工程。电站采用分期实施方案，首期建成拴驴泉径流电站，发电尾水利用倒虹吸引至引沁总干渠，二期建成反调节工程，电站运行方式由径流变为调峰。由此可见，无论近期远期，拴驴泉电站均不影响河口电站发电效益。

　　2）引沁灌区。引沁灌区范围包括济源市、孟州市的各6个乡镇，以及洛阳市吉利区，设计灌溉面积40万亩，由于灌区内蓄水工程少，渠道及建筑物年久失修，灌区效益不能充分发挥，目前保灌面积26万亩，年灌溉用水总量1.4亿m³.1992年，引沁局提出了《引沁灌区配套改造工程设计任务书》，工程完工后，引沁灌区总需水量3.47亿m³.河口电站系利用引沁灌区灌溉余水和引沁总干渠向下游广利灌区分水发电，遵循结合灌溉，不影响灌溉的原则。

　　3）其它。根据1988年黄委会提出的《沁河水资源利用规划报告》，沁河干流规划有山西境内的马莲圪塔、张峰水库，河南境内的河口村水库。马莲圪塔水库控制流域面积2727km²，总库容4.78亿m³，由于靠近上游，且水库多年调节，对河口电站没有大的不利影响，而张峰、河口村水库由于工期长、投资大，近期难以上马，即使上马，不会减少河口电站的年发电量，电站仍具有较好的经济效益。

　　2发电用水计算

　　2.1设计代表年选择

　　根据五龙口水文站1953年～1990年共38年日平均流量资料，依据径流年内分配不利和年平均流量接近的原则，选择相应于频率25％、50％、75％的丰、平、枯三个代表年及修正后的设计年平均流量如下：

　　频率设计年平均流量代表年P＝25％（丰水年）48.6m³／s82.7～83.6P＝50％（平水年）34.5m³／s85.7～86.6P＝75％（枯水年）24.9m³／s60.7～61.6将五龙口水文站设计代表年日平均流量以引沁总干渠渠首流域面积（8750km²）与五龙口站流域面积（9245km²）之比0.946进行修正，得出引沁渠首三个代表年的日平均流量资料（略）。

　　2.2发电用水计算

　　河口水电站系利用引沁总干渠向下游灌区分水和引沁灌区灌溉余水发电，其发电用水必须遵循以下原则和条件。

　　1）发电用水必须保证灌溉，结合灌溉；

　　2）引沁灌区与下游广利等灌区的分水比例为6：4；

　　3）山西省拴驴泉电站在配套的反调节工程建成前为径流发电；

　　4）引沁灌区设计灌溉水量为频率75％年份的灌溉用水量，年总需水量3.47亿m³；

　　5）引沁总干渠在电站取水口处的最大流量23m³／s，取水口以上渠道渗漏损失7％。

　　由公式Q＝Q₁－Q₂计算逐日发电用水流量。式中：Q—发电用水流量。Q₁—引沁总干渠引水流量，为渠首天然来水流量×0.93.Q₂—引沁灌区灌溉用水流量，即灌区频率75％年份的灌溉需水流量。

　　根据以上原则和公式，可求得三个代表年逐日发电用水流量。

　　3装机容量

　　3.1保证出力

　　3.1.1设计保证率

　　根据《小型水电站设计规范》，河口水电站系结合灌溉的电站，取电站设计保证率为75％。

　　3.1.2保证流量

　　根据所选三个代表年逐日发电流量绘制发电日平均流量历时曲线，在曲线求查得到相应于设计保证率P＝75％的保证流量Q保＝5.07m³／s.

　　3.1.3保证出力

　　由公式N得＝A·Q保H平均计算电站保证出力为3802.5kW.式中：A—出力系数，根据机组综合效率求得A＝7.5.Q保—电站保证流量5.07m³／s.H平均—电站平均水头（H平均＝100m）。

　　3.2装机方案比较

　　河口电站系结合灌溉发电的无调节水电站，不承担系统事故备用和负荷备用，机组检修可有计划地安排在灌溉期，因此电站装机容量由最大工作容量（即保证出力3802.5kW）和季节容量两部分组成，现根据不同的季节容量初选以下几个装机方案进行技术经济比较，即：1）2×2500kW；2）3×2500kW；3）3×3200kW；4）4×3200kW4个方案。各装机方案技术经济比较。

　　从比较可以看出，装机3×3200kW方案，单位千瓦投资和单位电能投资均较低，结合引沁灌区现状和灌区改造工程工期长、投资大的实际，综合分析确定引沁河口水电站装机9600kW.

　　4结论

　　通过对沁河径流、灌溉用水、发电用水分析计算，确定河口电站装机9600kW.此方案与以前规划设计方案提出2000kW、4000kW、6000kW及18900kW等比，均相差较大。据统计，自河口电站1994年9月投产运行以来，累计发电量已达3.6亿kW·h.而1995年～2001年7年合计发电量3.2亿kW·h，年平均达到4525万kW·h，接近设计多年平均发电量4680万kW·h，最多的2001年达5160万kW·h，最少的1997年达到3721万kW·h，充分说明河口水电站装机容量确定是合适的。