Effects of Mountain Rivers Cascade Hydropower Stations on Water Ecosystems

China is rich in hydropower resources,and mountain rivers have abundant water resources and huge development potential,which have a profound impact on the pattern of water resources allocation in China.As the main way of water resources and hydropower development,the construction of cascade hydropower stations,while meeting the requirements of water resources utilization for social development,has also brought adverse effects on river ecosystems.Therefore,the impact of the construction of cascade hydropower stations on mountainous river ecosystems,where the minimum ecological flow of rivers must be ensured and reviewed.In addition,this paper proposed the deficiencies and outlooks for cascade hydropower stations based on previous research results.

Prospect of Jinsha River——A Huge Hydropower Base in China

This paper emphatically introduces the general situation, financial evaluation and competitive edge of both Xiangjiaba and Xiluodu hydropower stations, and briefs the preparatory works of Wudongde and Baihetan hydropower stations.

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。

混合式抽水蓄能电站群容量计算研究Ⅱ:多尺度嵌套容量计算模型及实例

基于流域梯级水电站增建混合式抽水蓄能电站(简称混蓄电站),对保障新型电力系统安全稳定运行、促进新能源大规模发展和消纳具有重要意义。研究提出基于多尺度嵌套调度模型的混蓄电站群容量计算模型,该模型嵌套含混蓄电站的梯级水电站短期调峰模型、考虑短期调峰与综合利用供水任务的梯级水电站中长期优化调度模型两大核心模块;此外,针对该容量计算模型的高维特征,提出基于代理模型思想的求解方法。以黄河上游待规划的大型混蓄电站群为实例,分别计算混蓄电站单独开发、梯级开发、整体开发三种模式下电站装机容量以及抽水调峰效益,并推导理论公式揭示混蓄电站抽发循环效率及抽水时长对电站装机容量的影响机制。实例计算取得的结果:龙羊峡-拉西瓦混蓄电站推荐采用水泵机组+可逆式抽蓄机组形式开发,单独开发模式下,推荐装机160万kW;当其与拉西瓦-尼那混蓄电站梯级开发时,推荐装机205万kW。当混蓄电站设计抽水时长减小时,其装机容量可增加,调峰能力变大,但电站抽水耗电调峰效益不变。拉西瓦-尼那、李家峡-直岗拉卡、公伯峡-苏只混蓄电站推荐装机分别为75万、16万和59万kW。4座混蓄电站整体开发模式下,可用于新能源消纳的抽水调峰电量为年均87.42亿kWh。

2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响分析

利用三峡水电站精细化水文数据推算了高时间分辨率的发电量数据,量化了2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响,并结合汇流区域气象站点降水量数据,分析了汇流区域气象干旱对三峡水电站水力发电的影响机理。结果表明:2022年三峡水电站水力发电量的减少主要集中在7—11月,该时期总水力发电量较正常情况减少了241.10亿kW·h(44.75%);其中,9月水力发电量减少幅度最大,水力发电量较正常情况减少了68.43亿kW·h(61.05%)。2022年三峡水电站汇流区域7—8月的气象干旱快速传导为水文干旱;同时,6—11月三峡水电站对发电量的调节能力变弱,水文干旱对发电量影响较强;三峡水电站汇流区域7—8月发生的气象干旱与防汛库容的要求,对水力发电均产生了较强影响,其“蓄丰补枯”作用的发挥也受到了明显的不利影响。

东江流域控制性水工程联合调度策略与机制探讨

近年,东江流域旱涝事件并存,防洪与供水安全形势严峻,三大水库和干流梯级电站是东江流域水旱灾害防御中的重要水利工程。收集流域水工程多年运行经验、案例、数据,综述东江流域控制性水工程联合调度在管理体制、防洪调度、水量调度等方面的研究、实践现状,通过数学模型、统计等方法,对现状调度体制与机制中存在的问题进行分析。从管理、技术、研究等角度提出建议与对策。

气候变化下澜沧江流域径流及水电站发电能力预测

气候变化会对流域径流和梯级电站发电能力产生重要影响。基于历史和未来气候情景数据,综合利用WACM水文模型和梯级水电站发电模型,对澜沧江下游5个梯级水电站的出入库流量变化和发电能力进行预测。结果表明:①澜沧江流域未来气温会有一定程度上升,但GFDL-CM3、GISS-E2-R-CC和IPSL-CM5A-MR 3种气候模式下的降水变化趋势不一致,分别为增加8%~24%、减少15%~45%和变幅较小(-4%~7%);②上游来水在GFDL-CM3模式下明显增加(16.15%),在GISS-E2-R-CC模式下大幅减少(-30.67%),而在IPSL-CM5A-MR模式下变化不大(-2.01%);③梯级水电站年均发电量受上游来水的影响显著,保证出力对来水减少更为敏感,当年均流量下降30.67%时,保证出力下降约80%。研究成果可为澜沧江流域应对气候变化影响的水资源和梯级电站调度管理提供参考。

兼顾生态的梯级水电站优化调度模型研究与应用

随着生态环境保护意识的提高,国家对水库开展生态调度的要求也不断提高。针对金沙江下游梯级电站复杂多样的生态调度需求,以经济效益最大为目标,建立针对产粘沉性卵鱼类生态调度和促进产漂流性卵鱼类繁殖生态调度的梯级水电站中长期优化调度模型;通过生态调度与电站运行目标的整体优化,得到生态调度开展时机的优化方案,实现兼顾生态调度和电站发电。在此基础上,选取丰、平、枯共30个典型年进行分析。结果表明:不同典型年下考虑生态调度后梯级发电量减少0.01%~0.27%,来水越丰,生态调度的影响越大。就整个消落期来看,生态调度与兴利调度没有明显的冲突,但会影响梯级电站的消落进度,导致上游两座电站消落提前1旬左右,对下游两座电站影响较小。

梯级水电开发背景下的外来植物入侵状况与防控管理--以澜沧江流域(云南段)为例

梯级水电开发是一种有效的可再生能源生产方式,但梯级水电开发与外来生物入侵之间的关系尚未得到足够重视。本文基于对澜沧江流域(云南段)梯级水电开发区的野外实地调查和数据搜集整理,查明了区域的外来入侵植物种类和分布状况,初步分析和探讨了梯级水电开发与外来植物入侵之间的相互关系。研究结果显示,澜沧江流域(云南段)共发现外来入侵植物202种,隶属51科和146属,其中来源于美洲的植物最多(126种,52.07%),草本入侵植物(71.78%)占主导,且大多入侵植物通过有意引入(76.23%)而来。风险评估显示,菊科、豆科和大戟科的植物对生态影响最为显著。在空间分布上,入侵植物的富集区域和生态危害严重区与水电开发区高度重合。现有证据尚不能证明水电开发直接导致了新入侵植物的增加,但确实在一定程度上促进了外来入侵植物在区域内的引入与扩散。同时,本文还针对性地提出了水电开发建设与运行中防控外来入侵植物的具体建议。

基于生态系统服务的水电开发利益相关者分析

水电开发对流域生态系统服务有重要影响。生态系统服务的供给区、水电企业和周边的农牧民构成了流域水电开发的利益主体。准确识别这些利益相关者在流域水电开发中扮演的角色对于建立和执行生态补偿机制至关重要。已有研究大多对利益相关者进行定性划分,定量分析侧重在经济损益,未考虑生态系统服务对利益相关者的影响。以西藏自治区拉萨河流域为研究区,评估了与水电开发关系密切的产水服务、土壤保持服务和洪水缓解服务。通过社会网络分析方法,探讨了在水电开发背景下,生态系统服务的供给者和需求者内部的中心性与凝聚子群,揭示了不同利益相关者之间的网络结构和联系强度。结果表明:(1)墨竹工卡县、林周县和嘉黎县是生态系统服务的主要供给区,位于生态系统服务供给社会网络的中心,中心度分别为1.75、1.48和1.30。(2)直孔水电站和旁多水电站处于三项生态系统服务需求网络中心,中心度、中心势最高,分别为0.37和0.35、0.41和0.38。(3)甘曲村和宁布村位于农牧民对水电开发影响感知的社会网络中心,中心度分别为3.54和2.41。本研究通过将生态系统服务评价与社会网络分析方法结合,清楚地描绘了拉萨河流域水电开发中不同利益相关者的相互关系,为制定水电开发的生态补偿策略提供了科学依据。

拉萨河流域梯级电站水光互补调度对水文情势的影响分析

梯级电站水光互补调度能提高光伏消纳能力和系统总发电量,但也要求调整梯级电站的调度规则,进而会加剧梯级电站下游的水文情势改变。为定量评价水光互补调度对水文情势的影响,以系统总发电量和总保证出力最大为目标,构建了拉萨河流域梯级电站水光互补优化调度模型,提出了基于水光互补的梯级电站优化调度方案,分析评价了不同优化调度方案的水文情势改变度。结果表明:梯级电站的水光互补优化调度能有效提升电力系统的总发电量和总保证出力;水光互补后拉萨河水文情势的综合改变度略大于水光互补之前,处于轻度至中度改变的临界值附近。研究成果可为拉萨河的水光互补调度及流域综合管理提供科学方法和依据。

物理与数据双驱动水风光短期功率联合预报研究

短期功率预报是保障可再生能源电站稳定运行的重要举措。针对多能互补系统功率预报难以考虑不同能源间时空相关性和预报误差互补特性的问题,提出了物理与数据双驱动水风光短期功率联合预报模型。采用WRF-新安江模型驱动气象水文要素预报,通过互信息方法识别功率预报的关键因子。基于长短期记忆网络构建功率联合预报模型,并将该方法应用于雅砻江流域官地水风光互补系统。结果表明:①相较于独立预报模型,物理与数据双驱动的短期联合预报模型总功率预报平均绝对误差和均方根误差分别降低了9.62%和8.31%;②由于预报误差存在互补特性,系统总功率预报误差小于各电站功率预报误差之和;③相对于单独预报模型,水风光预报误差互补率提高了10.96%。所提方法可为水风光系统协同运行提供技术支撑。

双江口水库对下游梯级水库群发电-航运联合调度影响研究

选取岷江流域为研究对象,按双江口水电站投产前后划分2种情景,构建SWAT水文模型和水库群联合调度模型,对比分析双江口水电站对下游梯级水库群发电与航运的影响。研究结果显示,在双江口水电站运行后,下游梯级电站入库流量显著提升,有效增加了水库兴利库容。目标水库群在每年枯水期平均发电量增加了50.59亿kW·h,其中双江口水库枯水期平均发电20.36亿kW·h,经济效益增幅超过16亿元;目标水库群年平均发电量提高了139.58亿kW·h,其中双江口水库年均发电108.69亿kW·h,经济效益增幅超40亿元。此外,岷江高场站的航运流量在不同保证率下也有所提升:90%保证率下提升了15.48%,95%保证率下提升了13.11%,98%保证率下提升了7.74%。研究结果为大型水库群枯水期联合调度及航运优化提供了重要的决策支持和理论指导。

浅析岩滩水电站防洪调度措施及效果

笔者结合岩滩水电站的防洪能力,分析制约岩滩水库行洪的外部因素,提出水情气象预报、编制防洪风险图、汛期水位动态控制、洪前预泄、流域梯级水库群优化运行等提升防洪能力的调度措施。结果表明,所采取的调度措施是有效的,能够最大发挥岩滩水电站工程资源效益,取得巨大的经济效益。

金沙江上游水光互补中长期协调运行方法研究

充分发挥流域梯级水电站的灵活调节能力,实现水光互补系统的协同运行,是提升可再生能源消纳水平的重要途径。以金沙江上游川藏段正在开展前期规划工作的梯级水电站及沿江光伏电站为研究对象,建立了水光互补系统发电量最大化的中长期协调运行优化模型,同时计及梯级水电站、光伏电站和外送直流输电线路的运行约束,以评估水光互补系统的外送消纳水平。在算例分析中,测算了不同梯级水电站规划装机下的光伏电站最大装机和典型日外送发电曲线,并从丰-平-枯水平年、直流日最大调节幅度和是否配置抽水蓄能电站等方面进行模型验证和灵敏度分析,结果表明,金沙江上游川藏段水光出力具有季节资源互补性和日内电源互补性,提升梯级水电站或直流输电线路的调节能力、配置抽水蓄能电站均可以使光伏最大可接纳装机进一步增长。

基于流域电力生产数据中心的主设备故障诊断研究

随着智能水电站、集控中心的发展,各流域水电开发公司建设了电力生产数据中心,构建了标准化、规范化的数据模型,打通了底层系统通道。在电力生产数据中心的基础上,构建统一的主设备监测数据模型,并为应对现有设备报警模式的缺陷,分析专家知识和智能诊断方式的优势,建立了电站主设备的综合诊断系统,提供了多层次、多角度地的诊断参考意见,对推进智能水电建设、集控发展有着重要的意义。最后,以某混流式发电机组运行工况数据为例,分析并验证了综合诊断模型的有效性。

黑水河流域梯级水电站集约化运营效益分析

分析了现阶段小水电在发电与运营方面存在的问题。根据黑水河流域梯级小水电改造情况,分析了开展集约化运营的可行性。考虑入注流量的不确定性,基于随机机会约束规划方法构建了集约化运营发电收益计算模型,定量分析了那岸、上利、格强、中军潭、新和、农本6座梯级水电站在该运营模式下的月内经济效益提升情况。最后,根据碳减量探讨了集约化运营模式在生态环境方面的作用。计算结果表明,与传统运营模式相比,集约化运营能够有效优化小水电机组出力,提升总体发电经济效益的同时促进流域周边生态效益的发展。

圆口铜鱼资源变化及物种保护研究进展

圆口铜鱼(Coreius guichenoti(Sauvage et Dabry))是国家二级重点保护野生动物和长江上游特有鱼类,为中国典型的淡水洄游性鱼类,研究梯级电站建设背景下圆口铜鱼资源变化对保护圆口铜鱼具有重要意义。综合文献调研及野外监测结果,发现圆口铜鱼资源量呈下降趋势,分布范围随着电站蓄水不断缩减并呈现出片段化,大坝建成运行几年后,库区不再有圆口铜鱼分布,坝下流水江段仍有圆口铜鱼分布;圆口铜鱼繁殖群体分布范围愈来愈窄,目前金沙江下游仅乌东德水电站坝下流水江段东川渡口能监测到亲鱼;攀枝花断面和巧家、皎平渡断面所监测到的圆口铜鱼产卵规模显著下降。通过对圆口铜鱼资源变化等研究进展的梳理,提出圆口铜鱼保护建议:加强栖息地和产卵场保护,构建人工产卵场;对圆口铜鱼人工种群应开展相应的遗传管理,并进行放流效果评估研究;修建过鱼设施,使圆口铜鱼能顺利通过大坝完成生殖洄游,保护其种群延续。

新能源对清江梯级电站运行影响分析研究

随着我国碳达峰和碳中和目标的提出,以风电、光伏发电为主的新能源将成为我国能源结构优化的主力军。从生产特性来看,新能源发电具有波动性、随机性、间歇性的特点,水电作为调节性能优异的清洁能源,其灵活快速的调峰能力可充分弥补新能源出力的不确定性。在区域电网内,充分利用水电及新能源,实现灵活互补优化调度,是构建清洁低碳多能互补电源体系的大势所趋,但同时,也会给水电的运行方式带来明显影响。以清江梯级电站为例,构建水、风、光互补运行出力模型,分析了新能源对清江梯级电站运行影响。

大通河流域梯级水电站均衡优化调度

梯级水电站调度涉及多目标和多约束优化问题,求解过程十分复杂。为此,该文构建梯级水电站均衡优化调度模型,利用遗传算法对该模型进行求解,并应用于大通河梯级水电站发电优化调度。相比等流量调节结果,均衡优化调度使大通河梯级水电站多年平均发电量和保证出力分别提高1.8%和2.1%。与单目标优化调度相比,均衡优化调度不仅能够提高梯级水电站多年平均发电量和保证出力,而且多年平均发电量和保证出力提高的程度很相近。因此,梯级水电站均衡优化调度能够兼顾水电站多目标调度,调度结果是合理的。研究成果可为水电站发电优化调度提供新思路,也可为大通河梯级水电站实际调度提供有价值的参考。