China's Hydropower Construction and Science Technology Progress in the Five Decades

The achievements of China’s hydropower construction in five decades are shown in the following statistical data. The concise analyses have been made in the aspects of technical economy, geologic exploration, dam construction technique, underground engineering, flood discharging and energy dissipation etc, which represent the achievements and experiences in hydropower technologies.

抽水蓄能机组特性曲线对电站水力过渡过程的影响

为了研究抽水蓄能机组特性曲线对过渡过程的影响,采用三组比转速接近的已建电站的特性曲线对某电站进行了水力过渡过程计算分析。通过对比计算发现:减小飞逸曲线与机组运行轨迹线交点的单位转速,有助于降低机组最大转速上升率。初始工况点应选在特性曲线相对平滑的地方,有助于减小机组在过渡过程中的流量变化,降低蜗壳进口最大压力。“s”特性斜率变化率越小,整体越平滑,尾水管进口最小压力越高。可以为项目前期选择合适的转轮提供理论依据。

水轮机压力脉动作用下蒲石河抽水蓄能电站厂房振动响应分析

对蒲石河电站1号机组转轮进行国产化改造,改造后的水轮机组在压力脉动作用下对厂房共振及动力响应等进行计算。采用谐响应分析方法进行结构响应分析。根据模型试验得到的蜗壳和尾水管压力脉动幅值与主频,分别计算发电、抽水工况下蜗壳和尾水管压力脉动幅值和频率,并将蜗壳脉动分析结果和尾水管脉动分析结果进行叠加,得出发电、抽水工况下厂房结构在蜗壳压力脉动和尾水管压力脉动共同作用下的动力响应幅值。结果表明在压力脉动作用下,厂房结构动应力水平较低,远小于结构抗拉强度。厂房结构在抽水工况下的振动反应整体较小,而在发电工况下的振动反应整体较大,各结构部位的振动位移最大值、振动速度最大值、振动加速度最大值均满足预期。

某抽水蓄能电站机组运行稳定性分析

为掌握某抽水蓄能电站不同工况下机组稳定性能,在试验水头下,通过对机组进行变转速、变励磁、变负荷试验,测量不同工况下机组不同位置的振动、摆度、压力、压力脉动等指标,分析机组不同转速、不同励磁电压、不同负荷与机组稳定性之间的关联性,掌握机组振动规律,同时校验机组稳定性指标是否满足规范及合同要求,为机组安全稳定运行提供参考。

利用已建水库作为抽水蓄能电站下水库综合利用分析

为节约工程投资,可利用已建水库作为抽水蓄能电站的上水库或下水库,但存在对已建水库影响分析与评价问题,需要确保其安全、防洪等满足现行规范要求。笔者针对贵阳抽水蓄能电站利用已建红岩水电站水库作为下水库的特点,通过对红岩水电站功能、建筑物级别、防洪和安全标准进行重新复核,以判断红岩水电站作为其抽水蓄能电站下水库后继续使用的可行性;同时通过电量分析、技术经济论证、资产评估,双方最终采用电量补偿的方式进行合作,合作方式极具代表性,可为同类工程的建设提供参考和借鉴。

考虑混蓄与纯蓄配置方式的水风光蓄互补系统调度运行对比研究

流域梯级水风光综合能源基地配建抽水蓄能构建水风光蓄互补系统,是提高风光消纳能力、加速可再生能源一体化开发的重要途径。水风光蓄互补系统因地制宜既可配置混合式抽水蓄能,又可配置传统常规抽水蓄能。针对何种配置方式更优问题,从调度运行需求出发进行了研究。首先量化分析了水风光资源的季节互补性和日内互补性。然后分别考虑配置混蓄与纯蓄,基于精细化流域梯级水电模型,以负荷跟踪偏差率最小、弃能最小、水量利用率最大为目标构建了水风光蓄互补系统短期优化调度模型,从调度运行角度探究不同抽蓄形式对水风光蓄互补系统的影响。最后,通过某流域梯级水风光一体化基地算例表明,配置混蓄相较于配置纯蓄,不同运行场景下负荷跟踪偏差率均更小、弃能均降低、水量利用率均提高,综合运行效率也得到提升,表明配置混蓄对水风光蓄互补系统调度运行的提升优于纯蓄。研究可为流域清洁能源基地、抽水蓄能规划建设及调度运行提供决策支持。

抽水蓄能与常规水电联合运行对下库水位影响研究

基于常规水电水库,新建抽水蓄能电站可增加系统调峰能力和缓解新能源消纳压力,亦会影响常规水电运行过程。针对短期时间尺度下抽水蓄能电站对常规水电水库日内水位波动的影响,构建了抽水蓄能与常规水电短期联合运行优化模型,分析了抽水蓄能典型运行模式下常规水电水库水位的变化过程,以黄河上游梯级水库和贵南哇让抽水蓄能电站为例进行了研究。结果表明:该模型考虑了抽水蓄能与常规水电之间的水力联系和电力联系,适应但不限于“一抽一发”、“一抽两发”运行模式;相较于无抽水蓄能电站,抽水蓄能电站运行后会改变原始梯级水库水位变幅(增加约1.07~1.33 m);发电和抽水时段是影响下库水位变幅的主要因素。研究成果可为抽水蓄能与常规水电联合消纳新能源所产生的影响提供技术参考。

梨园—阿海混合式抽水蓄能电站库区泥沙淤积预测

水库泥沙淤积不仅会导致水库有效库容减小,影响水库的使用寿命和发电效益,还会影响水库的调节能力,增加水库的防洪压力。库区泥沙淤积预测有利于掌握水库运行期间的泥沙淤积趋势,便于制定合理的调度运行方式以达到防沙减沙的目的,延长电站使用寿命。采用一维恒定非均匀不平衡输沙数学模型预测了考虑上游梯级电站拦沙后,金沙江中游梨园、阿海水库在梨园—阿海混合式抽水蓄能电站建成后库区泥沙淤积趋势,结果表明:梨园、阿海水库泥沙主要淤积在库中—库尾河段,坝前泥沙淤积高程较低,库区泥沙淤积程度较轻;梨园-阿海混合式抽水蓄能电站运行100年后,梨园、阿海水库泥沙淤积总量分别约为1.21亿m3、1.94亿m3,调节库容淤损率分别为8.43%、14.4%。

基于旭龙水电站的水光蓄互补规划研究

旭龙水电站位于金沙江干流上游川滇河段,周边太阳能资源丰富,具备抽水蓄能站点资源。目前,旭龙水电站已开工建设,但周边新能源配套开发方案尚未明确。考虑水量平衡、年弃光率等约束条件,分别构建了旭龙水电站水光互补、光蓄互补、水光蓄互补容量配置数学模型,计算分析了不同开发模式的容量配比关系,并对不同开发模式的综合上网电价进行了分析。结果表明:枯水年情景下,年弃光率均不超过5%,水光蓄互补可配套6210 MW光伏开发,比水光互补、光蓄互补模式配套光伏规模分别增加了4045,3305 MW。配置光伏装机规模6210 MW,水光蓄互补模式平均弃光率为7.3%,通道利用小时数5468 h,在3种互补模式中水平居中、较为合理。此外,水光蓄互补模式一体化综合上网电价为0.3187元/(kW·h),比水电站本身电价降低了0.0074元/(kW·h),提升了水电站的市场竞争力。研究成果量化了水电站和抽水蓄能电站促进新能源开发的效益,可为旭龙水电站周边新能源资源开发规划提供参考。

基于水电深度开发的龙羊峡水风光蓄一体化基地电源配置研究

在能源发展新形势及新要求下,依托常规水电站建设抽水蓄能是推动水电深化利用和抽水蓄能发展的重要途径。为深入研究水电融合改造抽水蓄能的建设形式选择和容量配置方法,通过以水电扩机和水电结合开发的抽水蓄能为灵活调节电源,对龙羊峡水风光蓄一体化基地电源配置进行研究,基于一体化外送基地优化调度模型开展电力系统8760 h时序运行模拟,对包括水电扩机、可逆机组和储能泵站等建设形式和规模与风电和光伏进行优化配置。结果表明:加入水电融合改造抽水蓄能电站后,一体化基地调节能力增强,可配置更大容量的风光资源,推荐龙羊峡水电站扩机规模1200 MW,抽水蓄能电站装机容量4000 MW。所提基于时序生产运行模拟的抽水蓄能建设形式和容量配置方法对所在流域水电融合改造抽水蓄能的水风光蓄一体化基地电源配置提供参考。

混合式抽水蓄能电站优化调度策略

针对当前国内风电大规模快速并网的现状,提出扩建混合式抽水蓄能电站的建议方案,并分析总结其对电网调度的意义。同时,根据混合式抽水蓄能电站的功能和特点,构建了包含混合式抽水蓄能电站的库群联合优化调度通用模型,全面归化了应对不同电网需求的水电站群调度效益,并采用二维离散微分动态规划结合逐次逼近算法对其求解。最后以东北白山—丰满梯级水电站为例进行了仿真验证,计算结果表明,该模型结构合理,求解算法行之有效。

抽水蓄能电站竖井式出水口三维数据模拟

盖板竖井式进 出水口是抽水蓄能电站采用的形式之一 ,出流工况的水力学问题是其难点问题。本文利用三维k ε紊流数学模型 ,针对西龙池抽水蓄能电站上水库盖板竖井式进 出水口 ,研究了抽水工况出流时竖井扩散段、孔口附近的流动特性 ,探讨孔口底板附近反向流速的成因。

梯级互补储能对新能源的长期消纳作用分析

在碳中和目标下,我国风、光新能源装机规模将持续扩大,新能源消纳难题亟待攻克。为此,本文提出实现新能源深度消纳的梯级互补储能新思路。首先,对梯级互补储能的概念进行定义,并介绍其基本运行方式;其次,在“以水定电”模式下构建储能调度模型,分别采用模拟和优化方法进行求解;最后,分析梯级互补储能对新能源的长期消纳作用。以龙羊峡-拉西瓦梯级互补储能为实例,结果表明:(1)梯级互补储能运行效率系数(梯级水电站增发电量与泵站消纳弃电的比值)约为0.5~0.7之间;(2)梯级互补储能将新能源弃电转化为水电增量时,主要是使上级水电站发电量增大,此时下级水电站发电量几乎无变化;(3)在储能运行模式下,上级水电站通过提高自身出力,从而降低弃水风险。因此,梯级互补储能消纳新能源弃电的作用显著。

水泵水轮机反S特性对甩负荷过程压强的影响

基于长龙山抽水蓄能电站输水发电系统,采用两套不同比转速的水泵水轮机全特性曲线,模拟了电站同时甩负荷工况,结合机组工况点的迁移轨迹,总结了水泵水轮机过渡过程的规律性特征。给出了S特性角的定义,可用于评价水泵水轮机特性曲线反S区域对过渡过程的影响,比较了不同反S形特性曲线对过渡过程参数的影响,验证了给出的S特性角,同时也分析了导致过渡过程参数差异的原因。结果表明,甩负荷过渡过程参数极值均发生在机组飞逸点和零流量点附近的区间,该区域特性曲线的S特性角越小,其压强极值工况点越远离反水泵区,对应时刻的流量更大,流量变化率更小,过渡过程中压强极值得到较大改善。

宜兴抽水蓄能电站上库主坝重力挡墙位移影响因素分析

利用宜兴抽水蓄能电站上库主坝重力挡墙的位移观测资料,初步分析了挡墙位移变化规律及其影响因素;基于温度应力计算原理,采用沈珠江流变模型和改进的湿化模型(C_(w)-D_(w))对坝体和挡墙应力变形进行数值模拟。结果表明:墙后坝体堆石流变、湿化以及环境温度变化是影响运行期挡墙位移的主要因素;坝体运行初期挡墙往上游侧偏移,这主要与墙后堆石体偏应力流变量相对较大有关;降雨入渗造成堆石湿化变形,导致挡墙往坝体下游侧的水平位移显著增大;挡墙位移的周期性变化与环境温度相关;墙顶位移、墙后土压力的监测值和计算值基本一致,证明了该数值计算方法的有效性。

农村微型水力发电技术进展及发展趋势

微型水力发电是一种经济性好、安装使用方便、不造成自然生态改变的小型可再生能源。由于研发资金投入甚微和开发利用技术的比尺效应,系统效率和开发利用率长期处于较低水平。阐述了我国微水电开发利用的必要性,并介绍了"十一五"期间研发的具有自主知识产权成果:微水电可行性评价及综合效益分析指标体系、户用组装式微型水力发电有压引水系统、微型水轮机优化设计方法及型谱、微水电规划设计及信息管理决策支持系统、微型水轮发电机组及控制器一体机等。新技术显著提高了微水电的整机和系统效率,大大推动了微水电的推广。通过对可再生能源的天然互补性分析,提出了利用多种可再生能源联合开发及抽水蓄能技术是提高微型可再生供电可靠性的有效途径。

三岔管水流数值模拟研究

结合西龙池抽水蓄能电站中岔管部分的设计要求,对带有月牙肋板的三岔管水流进行数值模拟研究.计算采用SIMPLEC方法进行压力迭代,求解三维k ε紊流方程.较好地复演了三岔管管内水流的流速场,通过和物理模型实验结果验证,肯定了所采用的数值模拟方法的合理性.

侧式进/出水口数值模拟湍流模型比较研究

为研究侧式进/出水口数值模拟中不同湍流模型的适应性,本文以清原抽水蓄能电站下水库侧式进/出水口单体为研究对象,采用标准k-ε、RSM、LES和DES四种湍流模型进行数值模拟,将各湍流模型对进/出水口水头损失系数、流速分布等水力特性的模拟效果和计算效率进行对比分析。研究发现,进流工况下四种湍流模型计算结果均与实测值吻合较好,计算收敛性较好;出流工况下标准k-ε模型计算结果与实测值偏差较大,其余三种模型计算结果与实测值较吻合。对于侧式进/出水口进流及出流工况,RSM模型的计算效率较高,LES等尺度解析模型的准确性较好。研究成果可为进一步提高侧式进/出水口计算精度提供参考。

抽水蓄能电站AGC有功负荷优化分配策略的改进

当前,抽水蓄能电站的自动发电控制系统均采用等比例有功分配的方式,这样往往会致使高水头的水能资源没有得到充分利用。结合抽水蓄能电站机组的运行特性,建立了抽水蓄能电站自动发电控制系统有功负荷优化分配数学模型,根据模型的特点,提出了改进的双向动态规划在线并行解算的方法,该方法能够满足抽水蓄能电站自动发电控制的实时性要求。在此基础上,通过对全厂总有功负荷在机组间的优化分配,使全厂的总发电耗水率降低了1%以上,有效地提高了抽水蓄能电站运行的安全性及经济性。