高分辨率融合降水驱动下的WRF/WRF-Hydro耦合模拟研究

为了满足陆面水文模式和数值大气模式耦合构建降雨径流模拟系统的需求,构建了基于天气雷达与雨量站观测降水的3种高分辨率降水数据(雷达估测降水、雨量站插值降水和基于雷达与雨量站观测数据的融合降水),采用雨量站插值降水和融合降水数据对陆面水文模式WRF-Hydro的关键产汇流参数进行率定,探讨了不同降水驱动WRF-Hydro开展径流模拟在我国北方山区中小尺度流域的适用性。结果表明:融合降水的误差指标相比传统插值降水有不同程度的改善,融合降水的时空准确性也更为突出;采用雨量站插值降水和融合降水均可有效改善WRF-Hydro的关键产汇流参数,其中融合降水率定参数组的洪水模拟效果要优于雨量站插值降水;以高分辨率融合降水数据为驱动,可获得更准确的WRF-Hydro关键产汇流参数,有效提高WRF/WRF-Hydro陆气耦合系统在研究流域的适用性。

基于集控中心的沙溪流域梯级水电站水调自动化系统建设研究

闽江主流沙溪流域集控中心建成后,必须构建基于集控中心的流域水调自动化系统,以集合全流域水情信息,从而加快流域梯级水电站水库调度的决策与响应速度,提高沙溪流域水电集群的综合效益。基于集控中心的沙溪流域梯级电站水调自动化系统建设包括架构“集控中心”、水调自动化系统建设模式、业务节点互联、水情测报系统站点布设、通信组网设计、洪水预报对象规划等,该方案可对水调系统全要素和水调全过程进行数字化映射、智慧化模拟,实现与水电站、设备、气象的同步仿真运行、虚实交互、迭代优化,支撑精准化决策,助力流域梯级水电站绿色高质量发展。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

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。

含混合式抽水蓄能电站的水光蓄日内互补运行研究

在传统水电机组基础上加入可逆式机组构成混合式抽水蓄能电站增加水电调节能力,可与光伏电站联合运行,平抑新能源发电的不稳定性。为研究不同季节典型日下,含混合式抽水蓄能电站的水光蓄互补运行方式,构建以发电量最大和出力波动最小为目标的水光蓄互补运行短期调度模型,提出双层嵌套模型求解思路,考虑光伏出力的波动性,求解不同运行工况下含混合式抽水蓄能电站的水光蓄互补运行短期调度模型。计算结果表明,在不同来水及不同光伏出力过程的前提下,混合式抽水蓄能电站可采取不同运行工况以满足目标函数,不仅可以促进光伏并网消纳,还可增加水电发电量,减少弃水,为大量光伏资源并网下混合式抽水蓄能电站运行方式提供参考。

基于直流外送的水风光大基地最优容量配比研究

水风光大基地一体化运行是提高直流外送通道利用率、增加清洁能源电量、降低成本电价的重要方式,其难点在于确定风光水大基地的最优容量配比。首先构建水风光大基地系统模型,然后以投资经济性最优为目标,以风光水出力特性、直流通道输送容量为约束,建立时序生产模拟模型,并采用分支定界法求解模型。以金下界河上的梯级电站为例,通过对比不同水风光配比下的新增电量、提升设备利用率和成本电价,给出兼顾环保性、安全性、经济性的最优配比。研究结果可为水风光大基地电规划与建设提供参考依据。

抽水蓄能电站连续满发小时数和装机容量的设计选择

抽水蓄能电站设计中关于连续满发小时数的选择,业内长期存在争议。为实现连续满发小时数和装机容量的最优配置,对某虚拟抽水蓄能电站连续满发小时数设计了3种方案,通过对各个方案在不同电网中的模拟运行数据分析,研究了连续满发小时数与电网发电负荷特征的匹配关系,提出了定量确定连续满发小时数的基本原则。

隔河岩水电站水电制氢冶金碳减排前景分析

冶金行业是高能耗型行业,其碳减排压力巨大,而氢气既可作为还原剂参与冶金过程,又可作为能源使用,具有巨大的碳减排潜力。以清江隔河岩水电站为例,利用其水电制氢供给当地冶金行业,并采用排放因子法对水电制氢冶金的综合碳减排效应进行评估。结果表明:利用隔河岩水电站水电制氢供给冶金行业的综合碳减排效应为冶金每吨减排0.2462 t CO_(2)eq,纯氢的替代比例是影响碳减排效应的关键因素;使用隔河岩水电制氢冶金会使每吨冶金成本上升338.4元,当电价下降为0.14元/kW·h以下或制氢效率提高至2 kW·h/Nm^(3)后,氢冶金与传统冶金成本一致;充分利用弃水电制氢能够实现最大经济性,实现年额外盈利803.75万元,不考虑制氢盈利的最大制氢冶金碳减排潜力能够达到23790.03 t CO_(2)eq。在当前的双碳背景下,利用水电制氢结合当地用氢场景用氢能够在经济、环境、社会多方面取得积极效应,是在可持续前提下实现“双碳”目标的一种可行思路。

基于源荷匹配的水光混蓄电站运行策略

在“双碳”目标远景下,加快发展清洁能源构建绿色低碳的新型电力系统刻不容缓,然而以太阳能为代表的清洁能源受天然因素影响,具有较强波动性与随机性,难以大量并网消纳。因此,在考虑传统水电建设周期长、调节性能受到天然来水影响较大的原因,在传统水电机组基础上加入可逆式机组构成混合式抽水蓄能电站增加水电调节能力,可与光伏电站联合运行,平抑光伏发电波动性,促进新能源消纳。为探究在大量光伏并网下,含有混合式抽水蓄能电站的水光蓄互补发电系统的运行方式,构建源荷匹配度最佳为目标函数的日内优化运行模型,运用中长期-短期多时间尺度嵌套的求解策略,使用中长期时间尺度计算结果作为短期时间尺度计算边界条件,并采用逐步优化算法以及粒子群算法求解不同来水以及不同光伏出力情景下系统运行方式。计算结果表明在不同来水以及不同光伏出力下,混合式抽水蓄能电站可采取不同运行工况,与传统水电形成“凹”字型出力与光伏出力形成互补,不仅可以促进光伏并网消纳,还能与电网负荷需求高度匹配,此外,不同典型日下,混合式抽水蓄能电站上下水库的日内水位变幅均呈现出上水库“先泄后蓄”、下水库“先蓄后泄”的趋势。研究结果为大规模光伏并网下混合式抽水蓄能电站运行方式提供参考。

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。

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。

顶盖螺栓轴力监测装置在柘林水电厂机组上的应用

水轮发电机组顶盖为机组重要的承载部件之一,其大薄壁件结构长期受轴向水推力、转轮上腔水压脉动等交变载荷,螺栓连接的可靠性和安全性对整个机组的正常运行有着至关重要的作用,国内主要水电站均在要求每年检修期间举行水轮机顶盖连接螺栓的更换,以免造成接螺栓松动或失效而造成水淹厂房事故的发生,因此对于水轮机顶盖连接螺栓的监测、寿命评估的可靠性、稳定性提出了要求,但是传统的水轮机顶盖连接螺栓的监测主要靠人工巡检。本文详细论证了一种采用顶盖螺栓轴力监测装置在柘林水电厂的应用。

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。

量化短期弃电风险的小湾、漫湾水电站水光互补中长期优化调度研究

随着光伏不断接入流域水电并与水电打捆送出,水光互补优化调度对现有的流域梯级水电站水库群调度工作提出了新的要求。为解决已有的中长期水电优化调度规则并不能有效避免短期水光互补联合运行弃电风险这一实际运行问题,以澜沧江小湾、漫湾水电站水光互补为例,针对近期和远期2种光伏装机容量配置场景,对小湾、漫湾水电站长系列水文资料划分来水频率,具体量化短期弃电风险并嵌套绘制中长期水光互补优化调度图,得出该联合调度能有效降低不同来水条件,尤其是平偏丰来水年水光互补运行弃电风险的结论,可为实际调度规则的制订提供参考。

旭龙水电站枢纽布置设计研究

为整体提高旭龙水电站主体工程的安全可靠性与经济环保性,通过对大坝、泄洪消能、地下厂房等建筑物布置的深入研究与方案比选,使枢纽主要建筑物避开不良地质构造范围,并利用优良的河床坝基与右岸地下电站围岩条件,确定了河床布置混凝土双曲拱坝、采用全坝身泄洪3表孔加4中孔,右岸布置地下厂房,左岸布置导流洞的紧凑枢纽布置格局。该方案降低了边坡开挖高度,减小对工程区环境影响,优化减少工程占地面积与开挖等土建工程量,显著节省了工程投资,充分体现了环保设计理念,可为《长江保护法》实施后的水电站枢纽布置设计提供参考。

抽水蓄能电站不同连续满发小时数在电力现货市场中的竞争力分析

抽水蓄能电站连续满发小时数的设计选择会影响电站的经济效益,尤其是连续满发小时数越长越有利于清洁能源消纳还是相反,一直是业内争论的焦点。为了澄清这一问题,本文虚拟了一座抽水蓄能电站,设计了3种方案,分别放进山东电力现货市场进行模拟交易。通过对不同方案在电力现货市场中的运行数据进行分析,找到了抽水蓄能电站连续满发小时数与其电力市场竞争力的对应关系,解决了抽水蓄能电站连续满发小时的选择难题。

梯级水电站水光互补系统调峰运行方式研究

针对梯级流域涉及电站数量较多,光伏出力的随机性和不确定性等问题,提出了一种能够考虑机组负荷分配的水电调峰模型。首先,以调峰效益最大为目标,构建了一种水光互补的梯级水电站调峰模型;然后,根据所得梯级电站群日内发电曲线,构建基于调峰模式下的梯级水电站负荷分配模型;最后,针对梯级水电站枯期时对比分析了3种场景下以调峰效益最大模型的水光互补系统调峰优化结果,验证了模型的合理性与有效性。

水电站地下厂房热湿环境分布规律的数值模拟研究

地下厂房热湿环境分布规律的研究对电站运行具有重要意义。利用CFD方法综合考虑室外天气、室内热源和室内湿源对热湿环境的影响后进行数值模拟并通过发电机层离线和在线监测结果验证了仿真精度。将仿真结果用于研究发电机层的热湿环境分布规律以及分析气流组织的热舒适性参数。结果表明:3种气象条件下的热湿环境参数分布相似,温度场分布均匀故温度不均匀系数数值较小,速度场和湿度场数值变化明显,因此速度不均匀系数较大,3种天气条件下的能量利用系数均较大,反应出其具有较好的节能潜力。

基于自适应SMPC的梯级水-风-光互补系统多目标优化调度

为抑制风电、光伏的波动性,文章建立了梯级水-风-光互补系统的多目标优化调度模型,同时考虑了调度成本与水电出力波动性,提出了一种基于自适应随机模型预测控制的梯级水-风-光高效协调优化方法。该方法利用场景削减技术,进一步抑制风光出力不确定性,并采用自适应变权重方法自动调整多目标权重系数。文章比较了方法改进前、后以及梯级水电站数量对互补系统优化调度结果的影响。系统仿真表明,所提自适应(Stochastic Model Predictive Control,SMPC)方法,可有效抑制风电、光伏的不确定性与波动性,提高水电出力的可靠性与稳定性.

大型水电站水库消落带颤蚓迁移运动行为

【目的】为了探究水位变化对大型水电站水库消落带底栖动物迁移运动行为的影响,为底栖动物在大型电站水库消落带底泥污染修复中的应用提供依据,【方法】以柘溪水库消落带优势底栖动物颤蚓为研究对象,通过原位观测和实验室模拟,研究底泥微环境和水位变化对颤蚓迁移运动的影响。【方法】原位观测中淹水期颤蚓以泥面迁移为主,占73.8%,变动期以泥内迁移为主,占55.5%。实验室模拟结果表明,淹水期和落干期底泥微环境下,泥面迁移颤蚓尾部摆动频率分别为80.0±8.5和33.5±6.4次·min^(-1),泥内颤蚓迁移最大深度分别为4.45 cm和10.15 cm。水深由1 m上升至21 m和由21 m降低至1 m时,泥面迁移适宜水深分别为3~9 m和6~12 m;水位升高过程颤蚓尾部摆动频率更高;小水深范围内,水位降低过程中颤蚓泥内最大迁移距离更大。【结论】颤蚓迁移方式和特征受底泥颗粒粒径、有机质含量和上覆水深的影响,其中上覆水深的影响主要由溶解氧浓度变化体现。