金沙江下游梯级水电开发引起的水温累积效应分析

金沙江下游梯级水库群在流域水温调控中扮演着关键角色,然而,对于梯级水库联合运行对下泄水温影响的认识仍然不够充分。本研究基于金沙江下游龙街(三)、乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水文站长序列实测水温数据,从水温基线偏移、相位偏移和极值变幅3方面定量分析了金沙江下游梯级水库在不同运行阶段对沿程水温的累积影响。结果表明:(1)金沙江下游梯级水库建成后“热源效应”显著,乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝年均下泄水温逐年升高,年内水温变幅较天然水温最大减小4.1、2.4、1.6、3.2℃,沿程增温率由天然状态的0.348℃/100 km降至现阶段的0.256℃/100 km。(2)随着建库时间的增长,金沙江下游梯级水库水温累积程度逐渐增强,变化速度趋缓,至2022年四级水电全部投产运行后,乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝下泄水温比天然水温分别滞后19、58、49、65 d。(3)金沙江下游4个水库中白鹤滩对水温的影响最大,且不同类型水库在水温传递和累积方面呈现出独特的规律,混合型水库作为“龙头”水库时表现为正效应,稳定分层型水库表现为正效应,不稳定分层型和过渡型水库在不同阶段分别表现出正效应和负效应。本研究对于优化水资源管理、提高水电效益具有指导作用,同时为维护下游生态系统的健康提供了科学依据。

响应现货市场供需波动的梯级水电竞价模型及水位控制方法

随着中国各省电力现货市场改革不断深入,大型梯级水电如何在现货市场中发挥自身调蓄能力,响应新能源大规模并网和负荷不确定性带来的电力供需波动,成为各大水电发电集团亟须解决的重要课题。复杂的市场结构、突出的市场地位、多重供需不确定性及非凸的运行特性使得水电现货市场竞价问题极为复杂,解决关键在于对市场环境和发电过程的精细化建模。为此,文中提出了响应市场供需波动的梯级水电现货市场竞价模型。该模型为“一主多从”结构的双层优化模型,其中,主模型(上层模型)用于梯级水电竞价决策,多个从模型(下层模型)模拟日前和多场景下的实时市场出清。在考虑了新能源出力、负荷波动和其他电站报价不确定性的同时,提出了3项建模措施以实现对梯级水电精细化建模和水位波动可控。通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件、强对偶定理和多种线性化技术,将原始模型转化为可在有限时间内求解的混合整数二次规划(MIQP)问题。以中国澜沧江为背景的算例表明了所提模型的有效性和高性能。

梯级防护网对上游河道下切防护研究

当河流上游来沙量小于水流的挟沙能力,水流对河床冲刷侵蚀作用加强,发生持续性下切。在河道铺设防护网可形成抗冲侵蚀基面对抗水流冲刷,能够有效抑制河床持续性下切,但其下游的冲坑影响防护网自身稳定,建设梯级防护网叠加保护使防护形成整体效果是解决问题的基本思路。通过20组室内水槽试验,研究梯级防护网对上游河道下切防护。结果表明:相较于单级防护网,梯级防护网保护的河床更快达到平衡,且平衡下切深度明显减小;虽河床抗冲防护效率随水流强度的增大而减小,但梯级防护网的防护效率明显高于单级防护网,水流强度相同时,梯级防护网防护效率随间距的增大而减小;在高水流强度下,网间距略大时,网间叠加防护失效,防护效率与单级防护网相当。

梯级电站运行方式管理决策系统设计及关键技术

为统筹水电站发电侧和电网侧相关需求,合理安排厂站设备运行方式,文章分析了梯级水电站运行方式管理业务及性能需求,设计了基于RPC架构的数据流程,并基于相关需求设计了系统总体架构,详细阐述了管理决策系统的系统功能设计思路,将电站运行方式、机组运行约束、电网调度规则和业务智能化方法融入相应技术模块。运行结果表明:管理决策系统涵盖了梯级水电站运行方式管理的检修计划智能计算校核、发电计划智能编排、信息多维展示等核心业务,具备计算准确、实时性强、操作简便等优点。该系统在改善梯级水电站运行效率和管理精准度方面具有显著成效,提升了梯级水电站运行方式业务智能化和信息化水平。

北江流域梯级水库群联合蓄水调度

水库群联合优化调度对提高水资源利用效率具有重要意义,文章以北江流域梯级水库群为研究对象,采用蓄水调度线为调度规则,基于NSGA-Ⅱ多目标遗传算法,建立多目标梯级水库群蓄水优化调度模型。结果表明:通过控制不同阶段的防洪限制水位可实现提前蓄水,有效提高水库群的综合效益;将水库群的起蓄时间提前至9月1日、9月11日和9月21日,年均蓄满率分别增加了14.86%、14.80%和14.22%。研究成果可为北江流域水库群联合优化调度提供参考依据。

基于TCHBA的梯级水风光储联合系统经济调度

为解决HBA(Honey Badger Algorithm,HBA)求解电力系统复杂案例时易出现陷入局部最优、求解结果不稳定等问题,本文在原始算法基础上引入了Tent混沌映射和柯西变异扰动,提出了一种改进蜜獾算法(Tent map and Cauchy mutation based Honey Badger Algorithm,TCHBA)。TCHBA在初始化种群时,借助Tent混沌映射策略提高种群多样性;在迭代更新阶段,加入柯西变异扰动,优化搜索方法以促进全局探索,避免困于局部最优解。将TCHBA进行基准函数测试,与HBA、粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)、协方差矩阵自适应策略优化算法(Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy,CMA-ES)和鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)4种不同的算法进行对比实验,实验结果验证了TCHBA算法的有效性和准确性。最后,在一个修改的IEEE6机30节点系统中展开算例分析,结果表明TCHBA算法在考虑梯级水风光储一体化出力的多能源耦合发电系统经济调度问题中有良好性能。

含氟氯氧化锌烟尘的梯级处理工艺试验研究

针对氧化锌冶炼烟尘中氟氯含量高,直接返回系统易导致阴阳极板腐蚀、电积锌质量差等问题,研究了采用“酸浸—石灰一次中和除氟—石灰二次中和沉锌”梯级处理工艺从氧化锌冶炼烟尘中回收锌。结果表明:在浸出温度80℃、浸出终点pH=1.0、液固体积质量比4/1、浸出时间1 h优化工艺条件下,Zn、F、Cl浸出率分别为96.15%、95.26%、97.44%;用石灰调节酸浸液沉淀反应终点pH至5.2时,氟沉淀率为95.17%,而锌损失率仅为1.73%;用石灰二次调节除氟后液沉淀反应终点pH为8.0时,锌全部沉淀,所得中和渣中锌质量分数为24%左右;全流程工艺的氟、氯脱除率分别约为92%、97%,锌回收率>90%,同时铅、银可进入酸浸渣中加以回收。该工艺可实现危害元素氟、氯的高效脱除,以及锌、铅、银的有效回收,具有一定推广价值。

乌江中下游干流梯级水库汛期联合调度运行水位动态控制策略研究

在国家“双碳”战略背景下,合理的水库汛期运行水位动态控制可在兼顾流域防洪安全前提下提高洪水资源利用率,充分发挥水利枢纽的综合效益。构皮滩、思林、沙沱水电站是乌江中下游干流梯级电站,由于现有防洪库容是基于单库调洪计算,并未考虑水库联合调度运行,汛期运行水位静态控制,电站机组出力受限,汛期综合效益尚未得到充分发挥。研究基于预报预泄和库容补偿作用,统筹乌江中下游多区域防洪风险,构建梯级水库汛期运行水位动态控制调度模型,对基于构皮滩水库的拦蓄作用下抬升思林、沙沱水库运行水位的动态策略及其风险进行研究。研究结果表明:实施梯级水库联合防洪预报调度可以抬升思林、沙沱水库前汛期(6-7月)运行水位2.10~3.86 m、6.09~6.42 m,后汛期(8月)可分别抬升4.17~4.86 m和6.21~6.42 m,并可以减轻梯级枢纽、乌江中下游保护对象(思南县和沿河县)和长江中下游的防洪风险。研究结果可为构皮滩、思林、沙沱梯级水库汛期防洪及洪水资源利用的安全运行提供技术参考。

考虑电力互济特性的梯级水电站联合优化调度方法

水电站联合优化调度研究多聚焦于水力联系的负荷优化分解,对电力层面联合优化调度空间挖掘不充分。为此,基于部分梯级水电站电力关联密切的实际,通过单站或某几站电力外送能力受限时提供互济调度空间的方式,提出了一种考虑电力互济特性的梯级水电站联合优化调度的方法,构建了覆盖电力—水力双重联系的梯级水电站联合优化调度模型,针对性研发了水位—出力两层离散结构的离散微分动态规划求解方法,将当前基于水力联系的优化调度模式拓展到水力—电力双重联系模式,并以长江干流某梯级水电站为例,经实例测算,优化调度方法可增加梯级水电站发电量4.82×108kW·h,减少弃水量7.91×108m3,可为梯级水电站联合优化调度提供决策指导。

梯级培养促进职业教师专业成长

在国家大力发展职业教育背景下,提升教师专业化发展水平成为职教改革的重点。但受到传统教师教育理念影响,教师专业化培训的内容针对性不强,方法较为单一,没有构建科学的评价考核机制,导致教师自我发展的内驱力不足。针对此种现象,本文构建分段达标、分层培养、分类评价的职业教师专业成长梯级培养体系,旨在让不从层次的职业教师都能得到专业化成长,提升教师队伍素质。

基于K-medoids聚类处理的梯级水利枢纽信息智能整合方法

为了提高梯级水利枢纽信息在实际工作中的利用率,提出基于K-medoids聚类处理的梯级水利枢纽信息智能整合方法。从项目信息、水文、枢纽设备等方面,采集梯级水利枢纽信息,针对不同信息类型通过清洗、归一化等步骤,完成初始信息的预处理。以梯级水利枢纽信息特征的提取结果为处理对象,利用K-medoids处理技术完成梯级水利枢纽信息的聚类,通过整合信息的冗余过滤,得出信息智能整合结果。通过性能测试实验得出结论:与传统整合方法相比,优化方法的完整度提高了6.06%、冗余度降低了1.79%,同时整合信息具有更高的利用率。

考虑弃水风险的梯级水库中长期多目标优化调度研究

针对现有水电站弃水风险计算结果与实际情况存在较大偏差的问题,基于水量平衡原理,通过识别弃水风险因素,提出了耦合径流和负荷双重不确定性的梯级水库弃水风险量化方法;引入临界弃水概率的概念,提出了基于预警空报率和漏报率联合最小的梯级水库临界弃水概率确定方法以及基于临界弃水概率的梯级水库供水期末库水位消落控制方法;在此基础上,构建了考虑弃水风险的梯级水库中长期多目标优化调度模型,并以乌江梯级水库群为对象开展了实例研究。结果表明:乌江梯级水库群弃水概率与弃水流量间存在显著的单调递增关系;耦合调度期和余留期的两阶段方案发电效益较常规优化调度方案增加了约0.51%,生态效益提高了约1.06倍。

基于改进NSGA-Ⅱ算法的梯级水库多目标优化调度

针对在时间步长较小、计算时段数目较多时,传统智能优化算法在求解梯级水库联合优化调度问题上效率低甚至无可行解的问题,提出了一种改进NSGA-Ⅱ算法。该算法基于NSGA-Ⅱ算法框架,引入参考目标值、潜力目标值、偏移度以及变异引导算子来优化种群进化过程,强化迭代中的种群质量,使获得的解集更加接近真实的Pareto前沿。福建省金溪流域梯级水库多目标优化调度实例验证结果表明,改进NSGA-Ⅱ算法相对其他算法运算效率更高,优化结果更好,具有较好的实用性。

混合式抽水蓄能电站群容量计算研究Ⅰ:短期调峰特征与梯级开发增益

依托常规梯级水电站修建混合式抽水蓄能电站(简称混蓄电站)成为提升电力系统调峰能力的重要途径。混蓄电站即可抽水又可发电的典型运行方式增加了水电基地的灵活性调节能力,为此亟需研究其运行方式以及与原有梯级水电站运行方式间的互馈关系。研究以黄河上游待开发龙羊峡-拉西瓦、拉西瓦-尼那混蓄电站为对象,建立含混蓄电站的梯级水电站短期联合调峰优化模型,分析混蓄电站对原有梯级水电站运行方式的影响,基于理论推导与数值计算两种方法揭示混蓄电站调峰效果的变化特征。主要结论如下:(1)混蓄电站抽水水量经由原有梯级水电站机组下泄,使得非填谷时段原有水电站出力增加,水电站上旋备容量降低;(2)龙羊峡水电站满发流量相对较小、拉西瓦水库调节库容较小以及日综合利用供水流量过大是制约混蓄电站调峰效果的主要因素,发现了综合利用流量影响混蓄电站调峰效果的临界特性,并提出了临界综合利用流量的计算公式;(3)发现并量化了混蓄电站梯级开发模式较单一开发模式所带来的梯级抽水调峰增益现象,并揭示了梯级抽水调峰增益背后所蕴含的“河流梯级反向再造”内在机理。

基于TOPSIS-Shapley值法的梯级水电站补偿效益分摊研究

针对流域内联合电站数目众多但利益分配存在纠纷的情况,旨在提出一种更为合理的梯级电站利益分配方法。基于Shapley值法和TOPSIS法,综合考虑电站贡献及电站对不同客观分摊方法的相对满意程度,建立TOPSIS-Shapley值法梯级电站补偿效益分摊模型,同时为解决Shapley值法在求解多利益主体梯级电站联合调度增益分配问题中的局限性,引入聚合降维思想。模型思路如下:将上游电站联合调度前后梯级发电效益的增量作为补偿效益,首先采取四种不同的客观分摊方法对电站特性参数指标进行计算,构成TOPSIS的基础决策矩阵,利用TOPSIS原理得出电站对各个分摊方法的相对满意度,同时采用联盟博弈理论,计算电站所有可能联盟方式下的发电效益,得到基于Shapley值的补偿效益分摊结果,最后将TOPSIS原理得出的分摊系数与由Shapley值法所得的分摊系数结合形成综合分摊权重,应用于黑河上游的八级电站补偿效益分摊中。工程应用实例表明:该方法不仅考虑了联盟电站对整体的边际贡献和各电站的分摊满意程度,且兼顾了电站的特性指标差异,合理量化和分配了各电站间的发电补偿效益,分摊结果公平合理、易被各方接受,可促进流域各级电站参与联合调度从而达到整体效益最大的目标,对于数量较多的梯级水电站补偿效益分配问题具有重要参考意义。

长江梯级水库群联合调度成效、挑战及对策

经过70 a的建设,长江流域控制性水库群基本建成。以三峡水库为核心的梯级水库群联合调度已经开展10 a。在总结控制性水库群在防洪、供水、生态和应急联合调度取得成绩的基础上,分析控制性水库群及与水网工程联合调度面临的问题和挑战,提出了相应的对策建议。研究表明:水库群联合调度因流域防洪调度而启,目前在防洪、抗旱供水、生态环境和应急等公益调度中发挥了重要作用。气候变化及水文中长期预报不确定性是联合调度面临的主要挑战,其次是水库群联合调度与单个水库多目标调度利益协调、定量评价调度效果及合理的补偿等管理问题。加强“四预”是解决气候变化和人类活动不确定性的主要对策。水库群与水网工程联合调度可以更广泛地发挥水利工程水安全保障作用。建立科学合理的水工程群联合调度体制和机制是解决联合调度管理问题的有效措施。

冷能梯级利用的港口多能微网双层不确定性经济调度

为有效挖掘港口液化天然气(LNG)冷能利用的低碳灵活性潜力,充分发挥多时间尺度协同优化效应,提出一种考虑LNG冷能梯级利用的港口多能微网(MEMG)鲁棒-随机双层不确定性经济调度模型。首先,考虑LNG深冷-中冷-浅冷等各个温区的低碳灵活性潜力,建立低温碳捕集-冷能发电-直接冷却的冷能梯级利用模型,并以此为基础形成捕集-存储-利用协同的碳处理流程。其次,根据等概率逆变换生成考虑预测误差时序相关性的风电场景,并基于Wasserstein距离的0-1规划模型进行场景削减。再次,针对风电预测误差随时间尺度增加而增大的特性,构建多时间尺度优化的鲁棒-随机双层不确定性经济调度模型,上层通过分布鲁棒优化保证日前预调度决策鲁棒性,下层通过随机优化保证日内滚动调度决策经济性。最后,仿真结果表明,所提考虑冷能梯级利用的鲁棒-随机双层调度模型在解决日前长时间尺度预测精度低与日内短时间尺度易陷入局部最优矛盾的同时,可赋予港口MEMG更多经济性、低碳性及供电灵活性。

基于Vine Copula的梯级水库短期发电调度风险估计

基于能准确描述高维变量相关关系的Vine Copula,考虑短期径流预报误差的空间相关性,构建了梯级水库短期发电调度风险估计模型,并将模型应用于长江上游溪洛渡、向家坝和三峡水库,分析了径流预报误差带来的单一水库、梯级水库短期发电调度风险。结果表明:基于C-vine Copula构建的联合分布能较好地描述屏山站、朱沱站、寸滩站和武隆站的日径流预报误差特性;随着水库可调节安全区间范围增大,单一水库发电量不足风险率、弃水风险率均越来越小,梯级水库发电量不足、弃水联合风险率和同现风险率越来越小,即水库调节库容越大,其承担的风险也就越小。

长江上游梯级水电开发的水温累积影响及生态效应

梯级大坝建设阻隔了自然河流水温的连续性,导致明显的水温累积效应,产生系列的生态效应。本文通过分析金沙江下游及三峡库区沿程水温的时空变化特征,揭示了建坝前后不同尺度水温的变化特征及累积效应,并分析了水温变化对鱼类产卵的影响。研究结果表明,金沙江下游在溪洛渡和向家坝建成后沿程年均水温差变小,沿程水文站年最大水温呈下降趋势,而年最小水温显著抬升,其中1月和12月最为明显。建坝后年水温变幅缩小且水温分布天数有“聚拢”趋势,水温分布天数由M型转为V型。累积效应指标发现建坝后时间拥挤效应显著,极值水温出现时间滞后,水温推迟达1~2个月,统计了攀枝花段27种和向家坝下游段46种鱼类产卵习性,发现水温变化导致受高度影响的鱼类分别占比48%和44%。本文丰富了梯级大坝建设的水温累积效应及对鱼类产卵的影响研究,对加强管理大型梯级运行引起的温度变化与保障下游生态恢复具有一定的科学意义。

余热余压空气梯级利用的双涡流管有机朗肯循环综合性能分析与优化

为充分利用工业生产中的余热余压空气能量,同时降低ORC系统冷凝热损失,该文提出一种双涡流管ORC系统(ORC coupled with double vortex tubes,DVT-ORC)。利用热源涡流管将放热后的余热余压空气分离成冷、热空气,冷空气用于工质冷却,热空气作为二级蒸发器的热源且换热后其余压用于驱动气动增压泵;利用工质涡流管将透平乏气分离成冷、热气流,热气流经气动增压泵升压再循环,冷气流进入空气冷却器冷却。以150℃、0.6 MPa的空气为初始热源,R245fa为工质,建立热力与经济的多目标优化模型,分析双涡流管冷流比和透平排气压力对系统综合性能的影响;采用遗传算法进行优化,确定系统最优工况。结果表明:当热源涡流管冷流比大于0.3时,DVT-ORC输出功大于基本ORC输出功,工质涡流管与空气冷却器的㶲损失之和较基本ORC系统冷凝器的㶲损失最大可减小1240.32 kW,单位电力生产成本较低,DVT-ORC系统热力性与经济性提升。系统最佳运行工况在透平排气压力为0.3007 MPa、工质涡流管冷流比为0.8738、热源涡流管冷流比为0.8942时,对应的净输出功为173.94 kW、热效率为13.57%、单位电力生产成本为0.415元/(kW·h)。