連續20多天,峽江漲水靜悄悄!
2006年10月12日,我獨自在雲裏霧裏的大壩前漫步,欣賞峽江晨景,觀察水位變化。8時整,我眼瞅著水位標尺用手機與梯調中心調度室值班員核對數據,感覺峽江漲水,心潮亦開始漲潮……庫水位已達152.26米,距預定水位線156米愈來愈近、愈來愈近……
目標臨近,心中不禁要問:三峽梯級調度係統能確保三峽電廠機組和泄洪設施的穩定運行麽?能協調好防汛與發電、發電與航運關係,確保效益的最佳化方案實施麽?
聯合調度,效益難題需解答
2003年6月10日,三峽工程成功地蓄水至135m,三峽水庫形成後水庫水位將按照134.9~135.4m的範圍運行。三峽水庫和其下遊的葛洲壩水庫形成了梯級水庫,葛洲壩水庫的功能將真正發揮——成為名副其實的“反調節水庫”。如此一來,三峽水庫的運行方式對葛洲壩水利樞紐在發電、通航以及樞紐本身的防洪方麵都會產生重要影響。
換句話說,三峽蓄水後麵臨著諸如防洪與發電、上遊與下遊、發電與通航等效益難題。
河的習性驟變成湖的習性,就水而言,重要的變化有哪些呢?
首先,是流域產匯流條件的改變。
三峽工程蓄水以前,葛洲壩水庫為河道型水庫,水庫的迴水範圍為180km,迴水末端在奉節以下。與天然情況相比,水麵寬度增加不大,產流條件變化不大,匯流時間在奉節至壩址河段由原來的12小時縮短為6小時。三峽工程蓄水以後,葛洲壩成為梯級水庫的下遊水庫,受三峽樞紐控製的來水量占葛洲壩水庫總來水量的99.8%,兩壩間多年平均來水量8.95億m3,兩壩間的流域麵積4000km2,僅占壩址以上流域麵積的0.4%,兩壩間的洪水傳播時間0.5小時。所以葛洲壩水庫來水的產匯流規律完全取決於三峽水庫以上流域。三峽水庫蓄水後水庫的水麵麵積增加了400km2,迴水影響範圍450km左右,重慶至壩址的匯流時間由原來的54小時縮短到36小時,近壩區的產流規律發生了較大變化,近壩區洪水形成的時間加快,區間降雨產生的洪水過程坦化明顯。
其次,是水庫庫容的改變。
葛洲壩水庫形成兩壩間庫容後,水庫的迴水長度由原來的180km縮短為現在的38km,總庫容由15.8億縮小為7.11億m3.目前,相同日調節水位(65.5~66.5m)的可調節庫容由原來的0.735億m3減少到0.292億m3,三峽電站建成後,最終的可調節庫容(相應水位63~66m)達到0.848億m3,比葛洲壩水庫單獨運行時的可調庫容略大。
其三,是水庫水位運行規律的變化。
由於葛洲壩水庫的迴水範圍減小,水庫的庫容變小,使得兩壩間水位的運行規律在兩方麵發生了較大變化。變化之一是水位控製的變幅將逐步加大。按照《三峽(圍堰發電期)—葛洲壩水利樞紐梯級調度規程》的規定,葛洲壩水庫水位的運行範圍將逐步從65.5~66.5m增加到63.0~66.0m,日變幅是原來的三倍。其小2005年汛前及汛期控製日變幅不超過2m,2005年汛後日變幅不超過3m.變化之二是庫水位變化的變率加快,單位時間內相同蓄水流量所引起的水位變化更大。三峽水庫蓄水前,葛洲壩水庫出入庫流量差每增加或減少100m3/s,序水位每2小時下降或升高1cm:三峽水庫蓄水後,相同條件庫水位每2小時的變幅則達到2.4cm,單位時間內的水位變幅是原來的2.4倍。
我想象中的兩壩間兩座水庫的調度難題,在梯調中心主任袁傑看來,是挑戰與機遇。已幹了20多年老本行的他,在我不太外行的追問裏,顯得異常從容。我感覺他不是在答問,而是在自數家珍。
我問:三峽蓄水期間,葛洲壩發電量肯定會減少吧?
袁傑答:2003年6月上旬10天時間裏,三峽大壩泄水量減少,亦即葛洲壩上遊來水減少,自然造成電廠發電量減少。但庫水位穩定後,就有戲唱了。梯級水庫的優化調度方式有幾種:一是以滿足葛洲壩電站滿發為前提進行兩壩間水位控製,在葛洲壩電站來水量足夠發電用水且水頭超過電站機組的設計水頭時盡量降低葛洲壩水庫水位,提高三峽的發電水頭,既不影響葛洲壩自身出力又可增加三峽機組發電出力:二是利用大流量時三峽尾水位受葛洲壩庫水位影響較小的特點,盡量提高葛洲壩水庫水位運行,確保葛洲壩滿發超發:三是利用小流量時三峽電站機組效率高於葛洲壩的特點,在小流量時盡量降低葛洲壩庫水位運行,提高三峽的發電水頭和發電量:四是開展次洪水的優化調度,漲洪段騰庫容,落洪段攔洪尾。通過這些手段,每年可已增加梯級發電量1%~2%。
葛洲壩存在的前提是作為三峽大壩反調節水庫,而今,三峽與葛洲壩梯級水庫真的實現聯合調度,夢想成真嗬!
袁傑說:葛洲壩庫水位變化對三峽電站的尾水位影響很大,這是事實。但我們正是要可利用這一特性,開展梯級電站優化調度嗬!也就是說,不同的來水流量通過調整葛洲壩水庫的水位,可使發電量達到最大化:同時還可以利用兩電站的電價差異使梯級電站的經濟效益最大化。從這個層麵看,葛洲壩的電量在三峽蓄水運行後雖然減少但並未損失,而是轉移到三峽電站,且效益更大!
據了解,三峽——葛洲壩兩座水庫實現梯級聯合調度,至少有如下好處:
1、三峽汛末蓄水至139m,對葛洲壩發電和下遊航運有利。
調度規程規定:當宜昌站枯季水位低於38m而出現礙航時,可在保證三峽圍堰安全運行的前提下,實施水庫補償航運流量調度預案,以增加葛洲壩樞紐下遊枯期航道水深。根據目前三峽水利樞紐運行狀況及工程建設情況,枯季抬高庫水位運行,以滿足航運補償要求是可行的,三峽工程於2003年實現了汛末蓄水139m的目標,這對其下遊的葛洲壩電廠的發電是有利的。
一般情況下,三峽水庫的汛末蓄水會在不減少葛洲壩電廠發電的情況下,攔蓄電廠滿發用水後的剩餘水量,而汛前消落時這些水量可完全用於葛洲壩發電,增加葛洲壩的發電量。
2、兩壩過閘聯合調度利於通航效益發揮。
三峽水利樞紐設計通航流量為45000m3/s,葛洲壩三江的設計最大通航流量為60000m3/s.為減少兩壩間的船舶停留,在來水流量45000~60000m3/s時三峽已封航,需同時通過葛洲壩和三峽的上水船舶,被限製在葛洲壩以下待錨:三峽以上的下水船舶被限製在三峽大壩上遊,通過翻壩轉運完成客貨運輸。經國務院批準的圍堰發電期的調度規程對此期間的三江船閘通航做了明確限定。因此,要充分發揮梯級樞紐的航運效益,就必須加強兩壩間過閘船舶的優化調度。
3、葛洲壩上下遊航道泥沙淤積減少,有利於航道汛末衝沙和減少機械清淤。
水文觀測資料顯示,三峽蓄水後庫區過流麵積增大,流速由2m/s減小為0.4m/h,懸移質泥沙在三峽庫區開始落淤。因此,葛洲壩入庫泥沙含量由2003年5月25日的0.203kg/m3逐步減小為6月6日的0.038kg/m3,泥沙含量減少了82%:泥沙顆粒粒徑據實測,5月9日最大粒徑為0.242mm、平均粒徑為0.0160mm,6月6日最大粒徑為0.125mm、平均粒徑為0.0043mm.泥沙顆粒最大粒徑減小了50%,而平均粒徑則減小了近80%。航道的水下地形測量結果也表明,蓄水後汛期的淤積較往年大量減少。
因此,大江、三江航道的汛末衝沙流量30000m3/s、24000m3/s可分別提高到35000m3/s、29000m3/s,航道衝沙的時間可由汛木提前到汛期完成,機械清淤的工作量也會相應減少,節約經費。過去汛末衝沙一般需要減少電廠出力50~80萬kw,電網壓力很大。衝沙方式的改變不僅可以每年減少衝沙帶來的發電損失約1000萬kw?:h,而且由於三江衝沙時電廠下遊過流減少,相應水位下降,增加廠電廠發電水頭,每次衝沙還町增發電量120萬kw?:h.
4、利用汛末蓄水解決清水下泄引起的葛洲壩下遊河床下切問題。
1981年葛洲壩下閘蓄水後,壩下遊河段枯水水位逐年下降,1990年後基本處於穩定狀態,在4000m3/s以下時水位約下降了0.85~0.9m,三峽水庫初期運用期間,葛洲壩下遊河道衝刷和宜昌枯水位下降對航道水深和船舶過壩的影響,主要是下遊引航道與船閘上的檻上水深的減少將降低各船閘允許通過的船舶吃水深度。影響程度與多種因素有關。據設計部門預測,135m運用的枯水位下降減少航道水深最大為0.4m,總體上對船舶過壩基本無影響。但不能滿足交通部門提出的最低通航水位38.0m的要求。解決這一問題的辦法是實施枯季航運補償調度方案。即在汛木將三峽水庫水位超蓄至139.0m(汛期圍堰的保堰水位為139.8m),蓄水量18.2億m3,這部分水量在次年的1~3月份來水量最枯時進行補償,以增加葛洲壩下遊的航道水深。根據宜昌站2003年2月份的最新枯水資料,宜昌站水位為38.0m時,相應流量2900m3/s,考慮葛洲壩下遊的航道下切0.5m,補償流量按38.5m對應的3600m3/s考慮,多年平均的補水曆時為21.4天,補水的保證率可達93.9%。該調度方式在三峽135m運行的2003~2006年期間還可為葛洲壩電站增加3.483億kw?:h的發電量。
5、通過建設水情遙測係統,解決洪水預報預見期縮短對樞紐停複航的影響。
根據2003年6月10日三峽水庫蓄水135m後的洪水資料統計分析,長江上遊共發生大於40000m3/s洪水3次,重慶寸灘站至宜昌站的洪水傳播時間均為36小時左右,幹流洪水的預見期比蓄水前的54小時,縮短了三分之一,重慶以下的區間洪水更是直接入庫,基本上沒有多少預見期。在發生大洪水時,預報預見期的縮短,使得防洪工作沒有更多的準備時間,防洪搶險、停複航準備、翻壩轉運都需要更加有序。建設水情遙測係統可以有效地增加洪水預報預見期,確保各項工作的正常進行。
6、兩壩間水位運行規律的變化不大,對船舶航行無影響。
梯級水庫運行後,兩壩間水位的日變幅是葛洲壩單獨運行時的3倍,單位時間內單位流量引起的水位變化是葛洲壩單獨運行時的2.4倍,這些都決定了兩壩間航段的水流條件比葛洲壩單獨運行時差。但兩壩間的航行條件仍比天然情況要好很多,完全滿足船舶航行的要求。即使在三峽電廠切機8台時,三峽、葛洲壩的泄洪設施隻要及時操作,兩壩間水位小時變幅仍不會超過lm.
兩壩一峽,心中懸有一步“梯”
三峽水庫調度自動化係統是目前國內規模最大、功能最全的水庫調度自動化係統。它是一套集水情信息采集、水文預報、水庫調度、會商查詢、水情信息發布等功能為一體的水庫調度作業係統,具有完善的水情、氣象、樞紐運行等數據庫。
梯調中心綜合部主任侯保民告訴我:葛洲壩以及三峽大壩以上現在有200多個水情監測站。它們通過水位傳感器、數據采集器等高精度的設備進行水情、雨情等的測量,然後經移動通訊衛星、網絡傳輸和人工三種方式將信息反饋到係統數據庫中,並能精確到每15秒鍾測一次。
為使我深入理解,侯保民耐心向我講解了調度程序:梯調中心依據采集到的數據預測來水量和水頭情況,然後計算發電量,並製定出第二天的發電計劃,在每天上午10半之前上報到國家電力調度中心。國家電力調度中心將根據所上報的情況和係統的具體情況進行調度,之後,在當天下午2點半以前反饋迴正式的發電計劃。梯調中心負責下達到三峽電廠。他告訴我,係統目前可以預測到未來三至五天的來水量,節假日可增加到七天,準確率高達95%以上。
除了水庫調度係統,梯調中心還有一套完備的電調監控係統,它具有對梯級各電站及泄水閘進行進行數據采集與處理、安全監視、運行調度、操作控製和管理等功能。
當問及三峽電調監控係統運行狀況時,侯保民非常自豪地說:與水調相比,電調係統的技術更為成熟,它所有的線路和基礎模型都是可控的,自動化程度相當高。
該係統是按照對梯級各水電站聯合調度、統一對外、無人值班、少人值守的原則進行設計的。在三峽電力調度控製中心內,操作人員隻要點擊按鍵就能控製遠方發電機組的開停,以及進行斷路器的分閘和合閘操作。據了解,目前在發電現場還有少數人值班,中國三峽總公司的未來目標是電站無人值班,實現對電站機組及設備的遠程監控。
對於三峽梯調監控係統而言,它的主要任務是優化調度水資源,兼顧防洪、發電和航運效益。
具體地講,就是四條:
首先是充分利用水資源,實現發電量的最大化。因為上遊來水量是確定的,如果來水量不足,就要關閉若幹發電機組,尤其是在枯水期:
其次是實現企業效益最大化。等量的水資源在不同時間、由不同機組發出電,企業收益是不同的:
三是保障發電機組安全運行。發電機組運行存在振動區,機組發電時一定要避開振動區,才能提高發電機組的壽命:
四是航運調度。三峽船閘每個閘室長280米,寬34米,輪船每過一次閘,三峽水庫就損失20萬方水,按4方水發一度電,相當於三峽總公司損失了5萬千瓦時電量。
此外,三峽梯調還建立了三峽永久通信係統、三峽泥沙分析管理係統、氣象信息綜合分析處理係統、電量計費係統、安穩係統及web信息發布係統等。這些係統共同構建了三峽梯調先進業務平台,使得梯級樞紐水電聯合調度有了可靠的技術保障。
問及順利實現兩壩一峽梯級聯合調度的感受,袁傑笑了。他說:梯調,梯調,就是當梯子嘛。要確保兩壩之間的效益最大化,我們調水人心中懸著一步梯嗬——要不斷地夯實基礎、鍛煉隊伍,勇敢地向上攀登!
175:未來的日子還遠嗎
蓄水135,水調人默默奉獻,用行動譜寫了萬裏長江上兩壩一峽梯級聯合調度的嶄新篇章。
蓄水156,梯調中心控製室的燈光20多天不滅,水調人用行動贏得了廣泛讚譽。
2008年,三峽工程將全麵竣工。三峽水庫的蓄水位是繼續維持在156米,還是擇機再往上升呢?
據我了解,目前國內流域水利樞紐運行的調度模式是:電站負責水庫調度,電網公司負責電站的電力調度。三峽蓄水前葛洲壩樞紐也不例外。
但三峽水庫蓄水後,三峽與葛洲壩實現梯級聯合調度,就改寫了這一曆史。
三峽——葛洲壩梯級電站采用“梯級樞紐水電聯合調度”,是以水庫和電力統一調度為核心,根據來水情況及電網負荷要求,合理分配梯級電站各機組負荷,維持機組良好的運行工況。
之所以采用這種模式,梯調中心主任袁傑給我解釋說:水電分離調度模式在水電站裝機容量不大,沒有形成梯級,或者樞紐功能單一,水庫綜合運用矛盾不太突出的情況下,能有效發揮作用。但三峽—葛洲壩梯級電站總裝機容量達2091.5萬千瓦,47台機組,兩個樞紐水力聯係十分緊密,電站運行方式相互作用,防洪、發電、航運、泥沙矛盾突出。傳統水電分離的調度模式不能適應無法滿足它的調度需要。在這種情況下,三峽梯調中心應運而生,負責統一調度葛洲壩的大江電站、二江電站和三峽的左岸電站以及建設中的右岸電站。而梯調監控係統則是其進行水電聯合調度的基礎平台。該係統是為了提高梯級調度的自動化水平,三峽開發總公司通過國際招標,從瑞典abb公司引進的一套梯級調度自動化係統。
由於葛洲壩與三峽大壩相距近40公裏,三峽梯調監控係統采用雙以太網星型結構,每個單網通過兩台主幹網路由交換機將葛洲壩區網絡接點與三峽壩區網絡接點相聯,分別通過網關采集葛洲壩區大江電站、二江電站的數據和三峽壩區左岸電站、右岸電站的數據。在三峽總公司內部通過城域網進行數據交換,而對外則通過廣域網與國家電力調度中心及國家防總等上級調度部門互聯。為有效利用網絡及硬件資源,提高係統的安全與可靠性,梯調監控係統與梯級水庫調度自動化係統,在統一規劃的前提下,采用虛擬子網方式集成在一起。
正因為“心中懸有一步梯”,梯調中心的工作才成效斐然。
由國際管理學會、中國創造學會、中國高科技產業化研究會聯合主辦的第二屆中國管理大會暨中國管理大獎頒獎典禮於2007年1月29-30日在京舉行,主題為:卓越之道―責任與創造。三峽水利樞紐梯級調度通信中心赫然榮列卓越管理獎機構名單!
原來,在水情遙測站點的建設過程中,三峽梯調中心奉行中國三峽總公司“建好一座電站,帶動一方經濟,改善一片環境,造福一批移民”的價值理念,在2003年提出了“以和諧發展為目標的梯級流域遙測係統的共建共管”的管理模式。“共建共管”模式包括“共建共管,資源共享,優勢互補,和諧發展”四項核心內容。該模式貫徹企業價值觀,在滿足企業需要的同時,充分考慮國家防洪需要和促進地方水文事業的發展,不僅降低企業生產成本,而且提高了企業的知名度與美譽度。通過該模式的成功運作,贏得了地方水利部門的一致好評,使公司與地方水文部門建立良好的互信合作關係,為今後開展更深層次的合作奠定了基礎。2005年9月,“共建共管”模式被中國電力聯合會評為管理創新二等獎。
調度好三峽水利樞紐使之發揮最佳效益,是時代賦予三峽梯調中心的神聖使命。梯調中心員工為自己有機會承擔這一使命感到無比光榮和自豪,同時也深感任務艱巨,責任重大。他們將以行動向世人昭示:中國人不僅有能力興建世界一流的工程,同樣有能力調度好世界一流的工程。
調水猶如“馴龍”。曆經蓄水135米和156米的考驗,“馴龍人”滿懷信心迎接最終蓄水位175米的日子到來……
2006年10月12日,我獨自在雲裏霧裏的大壩前漫步,欣賞峽江晨景,觀察水位變化。8時整,我眼瞅著水位標尺用手機與梯調中心調度室值班員核對數據,感覺峽江漲水,心潮亦開始漲潮……庫水位已達152.26米,距預定水位線156米愈來愈近、愈來愈近……
目標臨近,心中不禁要問:三峽梯級調度係統能確保三峽電廠機組和泄洪設施的穩定運行麽?能協調好防汛與發電、發電與航運關係,確保效益的最佳化方案實施麽?
聯合調度,效益難題需解答
2003年6月10日,三峽工程成功地蓄水至135m,三峽水庫形成後水庫水位將按照134.9~135.4m的範圍運行。三峽水庫和其下遊的葛洲壩水庫形成了梯級水庫,葛洲壩水庫的功能將真正發揮——成為名副其實的“反調節水庫”。如此一來,三峽水庫的運行方式對葛洲壩水利樞紐在發電、通航以及樞紐本身的防洪方麵都會產生重要影響。
換句話說,三峽蓄水後麵臨著諸如防洪與發電、上遊與下遊、發電與通航等效益難題。
河的習性驟變成湖的習性,就水而言,重要的變化有哪些呢?
首先,是流域產匯流條件的改變。
三峽工程蓄水以前,葛洲壩水庫為河道型水庫,水庫的迴水範圍為180km,迴水末端在奉節以下。與天然情況相比,水麵寬度增加不大,產流條件變化不大,匯流時間在奉節至壩址河段由原來的12小時縮短為6小時。三峽工程蓄水以後,葛洲壩成為梯級水庫的下遊水庫,受三峽樞紐控製的來水量占葛洲壩水庫總來水量的99.8%,兩壩間多年平均來水量8.95億m3,兩壩間的流域麵積4000km2,僅占壩址以上流域麵積的0.4%,兩壩間的洪水傳播時間0.5小時。所以葛洲壩水庫來水的產匯流規律完全取決於三峽水庫以上流域。三峽水庫蓄水後水庫的水麵麵積增加了400km2,迴水影響範圍450km左右,重慶至壩址的匯流時間由原來的54小時縮短到36小時,近壩區的產流規律發生了較大變化,近壩區洪水形成的時間加快,區間降雨產生的洪水過程坦化明顯。
其次,是水庫庫容的改變。
葛洲壩水庫形成兩壩間庫容後,水庫的迴水長度由原來的180km縮短為現在的38km,總庫容由15.8億縮小為7.11億m3.目前,相同日調節水位(65.5~66.5m)的可調節庫容由原來的0.735億m3減少到0.292億m3,三峽電站建成後,最終的可調節庫容(相應水位63~66m)達到0.848億m3,比葛洲壩水庫單獨運行時的可調庫容略大。
其三,是水庫水位運行規律的變化。
由於葛洲壩水庫的迴水範圍減小,水庫的庫容變小,使得兩壩間水位的運行規律在兩方麵發生了較大變化。變化之一是水位控製的變幅將逐步加大。按照《三峽(圍堰發電期)—葛洲壩水利樞紐梯級調度規程》的規定,葛洲壩水庫水位的運行範圍將逐步從65.5~66.5m增加到63.0~66.0m,日變幅是原來的三倍。其小2005年汛前及汛期控製日變幅不超過2m,2005年汛後日變幅不超過3m.變化之二是庫水位變化的變率加快,單位時間內相同蓄水流量所引起的水位變化更大。三峽水庫蓄水前,葛洲壩水庫出入庫流量差每增加或減少100m3/s,序水位每2小時下降或升高1cm:三峽水庫蓄水後,相同條件庫水位每2小時的變幅則達到2.4cm,單位時間內的水位變幅是原來的2.4倍。
我想象中的兩壩間兩座水庫的調度難題,在梯調中心主任袁傑看來,是挑戰與機遇。已幹了20多年老本行的他,在我不太外行的追問裏,顯得異常從容。我感覺他不是在答問,而是在自數家珍。
我問:三峽蓄水期間,葛洲壩發電量肯定會減少吧?
袁傑答:2003年6月上旬10天時間裏,三峽大壩泄水量減少,亦即葛洲壩上遊來水減少,自然造成電廠發電量減少。但庫水位穩定後,就有戲唱了。梯級水庫的優化調度方式有幾種:一是以滿足葛洲壩電站滿發為前提進行兩壩間水位控製,在葛洲壩電站來水量足夠發電用水且水頭超過電站機組的設計水頭時盡量降低葛洲壩水庫水位,提高三峽的發電水頭,既不影響葛洲壩自身出力又可增加三峽機組發電出力:二是利用大流量時三峽尾水位受葛洲壩庫水位影響較小的特點,盡量提高葛洲壩水庫水位運行,確保葛洲壩滿發超發:三是利用小流量時三峽電站機組效率高於葛洲壩的特點,在小流量時盡量降低葛洲壩庫水位運行,提高三峽的發電水頭和發電量:四是開展次洪水的優化調度,漲洪段騰庫容,落洪段攔洪尾。通過這些手段,每年可已增加梯級發電量1%~2%。
葛洲壩存在的前提是作為三峽大壩反調節水庫,而今,三峽與葛洲壩梯級水庫真的實現聯合調度,夢想成真嗬!
袁傑說:葛洲壩庫水位變化對三峽電站的尾水位影響很大,這是事實。但我們正是要可利用這一特性,開展梯級電站優化調度嗬!也就是說,不同的來水流量通過調整葛洲壩水庫的水位,可使發電量達到最大化:同時還可以利用兩電站的電價差異使梯級電站的經濟效益最大化。從這個層麵看,葛洲壩的電量在三峽蓄水運行後雖然減少但並未損失,而是轉移到三峽電站,且效益更大!
據了解,三峽——葛洲壩兩座水庫實現梯級聯合調度,至少有如下好處:
1、三峽汛末蓄水至139m,對葛洲壩發電和下遊航運有利。
調度規程規定:當宜昌站枯季水位低於38m而出現礙航時,可在保證三峽圍堰安全運行的前提下,實施水庫補償航運流量調度預案,以增加葛洲壩樞紐下遊枯期航道水深。根據目前三峽水利樞紐運行狀況及工程建設情況,枯季抬高庫水位運行,以滿足航運補償要求是可行的,三峽工程於2003年實現了汛末蓄水139m的目標,這對其下遊的葛洲壩電廠的發電是有利的。
一般情況下,三峽水庫的汛末蓄水會在不減少葛洲壩電廠發電的情況下,攔蓄電廠滿發用水後的剩餘水量,而汛前消落時這些水量可完全用於葛洲壩發電,增加葛洲壩的發電量。
2、兩壩過閘聯合調度利於通航效益發揮。
三峽水利樞紐設計通航流量為45000m3/s,葛洲壩三江的設計最大通航流量為60000m3/s.為減少兩壩間的船舶停留,在來水流量45000~60000m3/s時三峽已封航,需同時通過葛洲壩和三峽的上水船舶,被限製在葛洲壩以下待錨:三峽以上的下水船舶被限製在三峽大壩上遊,通過翻壩轉運完成客貨運輸。經國務院批準的圍堰發電期的調度規程對此期間的三江船閘通航做了明確限定。因此,要充分發揮梯級樞紐的航運效益,就必須加強兩壩間過閘船舶的優化調度。
3、葛洲壩上下遊航道泥沙淤積減少,有利於航道汛末衝沙和減少機械清淤。
水文觀測資料顯示,三峽蓄水後庫區過流麵積增大,流速由2m/s減小為0.4m/h,懸移質泥沙在三峽庫區開始落淤。因此,葛洲壩入庫泥沙含量由2003年5月25日的0.203kg/m3逐步減小為6月6日的0.038kg/m3,泥沙含量減少了82%:泥沙顆粒粒徑據實測,5月9日最大粒徑為0.242mm、平均粒徑為0.0160mm,6月6日最大粒徑為0.125mm、平均粒徑為0.0043mm.泥沙顆粒最大粒徑減小了50%,而平均粒徑則減小了近80%。航道的水下地形測量結果也表明,蓄水後汛期的淤積較往年大量減少。
因此,大江、三江航道的汛末衝沙流量30000m3/s、24000m3/s可分別提高到35000m3/s、29000m3/s,航道衝沙的時間可由汛木提前到汛期完成,機械清淤的工作量也會相應減少,節約經費。過去汛末衝沙一般需要減少電廠出力50~80萬kw,電網壓力很大。衝沙方式的改變不僅可以每年減少衝沙帶來的發電損失約1000萬kw?:h,而且由於三江衝沙時電廠下遊過流減少,相應水位下降,增加廠電廠發電水頭,每次衝沙還町增發電量120萬kw?:h.
4、利用汛末蓄水解決清水下泄引起的葛洲壩下遊河床下切問題。
1981年葛洲壩下閘蓄水後,壩下遊河段枯水水位逐年下降,1990年後基本處於穩定狀態,在4000m3/s以下時水位約下降了0.85~0.9m,三峽水庫初期運用期間,葛洲壩下遊河道衝刷和宜昌枯水位下降對航道水深和船舶過壩的影響,主要是下遊引航道與船閘上的檻上水深的減少將降低各船閘允許通過的船舶吃水深度。影響程度與多種因素有關。據設計部門預測,135m運用的枯水位下降減少航道水深最大為0.4m,總體上對船舶過壩基本無影響。但不能滿足交通部門提出的最低通航水位38.0m的要求。解決這一問題的辦法是實施枯季航運補償調度方案。即在汛木將三峽水庫水位超蓄至139.0m(汛期圍堰的保堰水位為139.8m),蓄水量18.2億m3,這部分水量在次年的1~3月份來水量最枯時進行補償,以增加葛洲壩下遊的航道水深。根據宜昌站2003年2月份的最新枯水資料,宜昌站水位為38.0m時,相應流量2900m3/s,考慮葛洲壩下遊的航道下切0.5m,補償流量按38.5m對應的3600m3/s考慮,多年平均的補水曆時為21.4天,補水的保證率可達93.9%。該調度方式在三峽135m運行的2003~2006年期間還可為葛洲壩電站增加3.483億kw?:h的發電量。
5、通過建設水情遙測係統,解決洪水預報預見期縮短對樞紐停複航的影響。
根據2003年6月10日三峽水庫蓄水135m後的洪水資料統計分析,長江上遊共發生大於40000m3/s洪水3次,重慶寸灘站至宜昌站的洪水傳播時間均為36小時左右,幹流洪水的預見期比蓄水前的54小時,縮短了三分之一,重慶以下的區間洪水更是直接入庫,基本上沒有多少預見期。在發生大洪水時,預報預見期的縮短,使得防洪工作沒有更多的準備時間,防洪搶險、停複航準備、翻壩轉運都需要更加有序。建設水情遙測係統可以有效地增加洪水預報預見期,確保各項工作的正常進行。
6、兩壩間水位運行規律的變化不大,對船舶航行無影響。
梯級水庫運行後,兩壩間水位的日變幅是葛洲壩單獨運行時的3倍,單位時間內單位流量引起的水位變化是葛洲壩單獨運行時的2.4倍,這些都決定了兩壩間航段的水流條件比葛洲壩單獨運行時差。但兩壩間的航行條件仍比天然情況要好很多,完全滿足船舶航行的要求。即使在三峽電廠切機8台時,三峽、葛洲壩的泄洪設施隻要及時操作,兩壩間水位小時變幅仍不會超過lm.
兩壩一峽,心中懸有一步“梯”
三峽水庫調度自動化係統是目前國內規模最大、功能最全的水庫調度自動化係統。它是一套集水情信息采集、水文預報、水庫調度、會商查詢、水情信息發布等功能為一體的水庫調度作業係統,具有完善的水情、氣象、樞紐運行等數據庫。
梯調中心綜合部主任侯保民告訴我:葛洲壩以及三峽大壩以上現在有200多個水情監測站。它們通過水位傳感器、數據采集器等高精度的設備進行水情、雨情等的測量,然後經移動通訊衛星、網絡傳輸和人工三種方式將信息反饋到係統數據庫中,並能精確到每15秒鍾測一次。
為使我深入理解,侯保民耐心向我講解了調度程序:梯調中心依據采集到的數據預測來水量和水頭情況,然後計算發電量,並製定出第二天的發電計劃,在每天上午10半之前上報到國家電力調度中心。國家電力調度中心將根據所上報的情況和係統的具體情況進行調度,之後,在當天下午2點半以前反饋迴正式的發電計劃。梯調中心負責下達到三峽電廠。他告訴我,係統目前可以預測到未來三至五天的來水量,節假日可增加到七天,準確率高達95%以上。
除了水庫調度係統,梯調中心還有一套完備的電調監控係統,它具有對梯級各電站及泄水閘進行進行數據采集與處理、安全監視、運行調度、操作控製和管理等功能。
當問及三峽電調監控係統運行狀況時,侯保民非常自豪地說:與水調相比,電調係統的技術更為成熟,它所有的線路和基礎模型都是可控的,自動化程度相當高。
該係統是按照對梯級各水電站聯合調度、統一對外、無人值班、少人值守的原則進行設計的。在三峽電力調度控製中心內,操作人員隻要點擊按鍵就能控製遠方發電機組的開停,以及進行斷路器的分閘和合閘操作。據了解,目前在發電現場還有少數人值班,中國三峽總公司的未來目標是電站無人值班,實現對電站機組及設備的遠程監控。
對於三峽梯調監控係統而言,它的主要任務是優化調度水資源,兼顧防洪、發電和航運效益。
具體地講,就是四條:
首先是充分利用水資源,實現發電量的最大化。因為上遊來水量是確定的,如果來水量不足,就要關閉若幹發電機組,尤其是在枯水期:
其次是實現企業效益最大化。等量的水資源在不同時間、由不同機組發出電,企業收益是不同的:
三是保障發電機組安全運行。發電機組運行存在振動區,機組發電時一定要避開振動區,才能提高發電機組的壽命:
四是航運調度。三峽船閘每個閘室長280米,寬34米,輪船每過一次閘,三峽水庫就損失20萬方水,按4方水發一度電,相當於三峽總公司損失了5萬千瓦時電量。
此外,三峽梯調還建立了三峽永久通信係統、三峽泥沙分析管理係統、氣象信息綜合分析處理係統、電量計費係統、安穩係統及web信息發布係統等。這些係統共同構建了三峽梯調先進業務平台,使得梯級樞紐水電聯合調度有了可靠的技術保障。
問及順利實現兩壩一峽梯級聯合調度的感受,袁傑笑了。他說:梯調,梯調,就是當梯子嘛。要確保兩壩之間的效益最大化,我們調水人心中懸著一步梯嗬——要不斷地夯實基礎、鍛煉隊伍,勇敢地向上攀登!
175:未來的日子還遠嗎
蓄水135,水調人默默奉獻,用行動譜寫了萬裏長江上兩壩一峽梯級聯合調度的嶄新篇章。
蓄水156,梯調中心控製室的燈光20多天不滅,水調人用行動贏得了廣泛讚譽。
2008年,三峽工程將全麵竣工。三峽水庫的蓄水位是繼續維持在156米,還是擇機再往上升呢?
據我了解,目前國內流域水利樞紐運行的調度模式是:電站負責水庫調度,電網公司負責電站的電力調度。三峽蓄水前葛洲壩樞紐也不例外。
但三峽水庫蓄水後,三峽與葛洲壩實現梯級聯合調度,就改寫了這一曆史。
三峽——葛洲壩梯級電站采用“梯級樞紐水電聯合調度”,是以水庫和電力統一調度為核心,根據來水情況及電網負荷要求,合理分配梯級電站各機組負荷,維持機組良好的運行工況。
之所以采用這種模式,梯調中心主任袁傑給我解釋說:水電分離調度模式在水電站裝機容量不大,沒有形成梯級,或者樞紐功能單一,水庫綜合運用矛盾不太突出的情況下,能有效發揮作用。但三峽—葛洲壩梯級電站總裝機容量達2091.5萬千瓦,47台機組,兩個樞紐水力聯係十分緊密,電站運行方式相互作用,防洪、發電、航運、泥沙矛盾突出。傳統水電分離的調度模式不能適應無法滿足它的調度需要。在這種情況下,三峽梯調中心應運而生,負責統一調度葛洲壩的大江電站、二江電站和三峽的左岸電站以及建設中的右岸電站。而梯調監控係統則是其進行水電聯合調度的基礎平台。該係統是為了提高梯級調度的自動化水平,三峽開發總公司通過國際招標,從瑞典abb公司引進的一套梯級調度自動化係統。
由於葛洲壩與三峽大壩相距近40公裏,三峽梯調監控係統采用雙以太網星型結構,每個單網通過兩台主幹網路由交換機將葛洲壩區網絡接點與三峽壩區網絡接點相聯,分別通過網關采集葛洲壩區大江電站、二江電站的數據和三峽壩區左岸電站、右岸電站的數據。在三峽總公司內部通過城域網進行數據交換,而對外則通過廣域網與國家電力調度中心及國家防總等上級調度部門互聯。為有效利用網絡及硬件資源,提高係統的安全與可靠性,梯調監控係統與梯級水庫調度自動化係統,在統一規劃的前提下,采用虛擬子網方式集成在一起。
正因為“心中懸有一步梯”,梯調中心的工作才成效斐然。
由國際管理學會、中國創造學會、中國高科技產業化研究會聯合主辦的第二屆中國管理大會暨中國管理大獎頒獎典禮於2007年1月29-30日在京舉行,主題為:卓越之道―責任與創造。三峽水利樞紐梯級調度通信中心赫然榮列卓越管理獎機構名單!
原來,在水情遙測站點的建設過程中,三峽梯調中心奉行中國三峽總公司“建好一座電站,帶動一方經濟,改善一片環境,造福一批移民”的價值理念,在2003年提出了“以和諧發展為目標的梯級流域遙測係統的共建共管”的管理模式。“共建共管”模式包括“共建共管,資源共享,優勢互補,和諧發展”四項核心內容。該模式貫徹企業價值觀,在滿足企業需要的同時,充分考慮國家防洪需要和促進地方水文事業的發展,不僅降低企業生產成本,而且提高了企業的知名度與美譽度。通過該模式的成功運作,贏得了地方水利部門的一致好評,使公司與地方水文部門建立良好的互信合作關係,為今後開展更深層次的合作奠定了基礎。2005年9月,“共建共管”模式被中國電力聯合會評為管理創新二等獎。
調度好三峽水利樞紐使之發揮最佳效益,是時代賦予三峽梯調中心的神聖使命。梯調中心員工為自己有機會承擔這一使命感到無比光榮和自豪,同時也深感任務艱巨,責任重大。他們將以行動向世人昭示:中國人不僅有能力興建世界一流的工程,同樣有能力調度好世界一流的工程。
調水猶如“馴龍”。曆經蓄水135米和156米的考驗,“馴龍人”滿懷信心迎接最終蓄水位175米的日子到來……