梅子水一二级电站增容扩建可行性分析

摘要：利川市梅子水电站建设较早，由于设计受当时条件限制装机容量较小，年利用小时较大，弃水较多。因此增容改造可行性分析工作显得十分必要。根据电站多年运行参数、水文资料及财务经济评价进行分析增容可行性。

关键词：梅子水 电站 增容扩建 可行性

　一 工程概况

　　梅子水是利川市五大水系之一，位于市西北部，为长江三峡段汇入支流——石芦河的主要源头之一，主流源于利川市南坪乡，沿东北方向流经南坪乡、柏杨坝镇、兴隆口管理区，在两河口（石家咀）出利川进入重庆市境内，于云阳故陵镇汇入长江。干流全长84.4km，流域总面积547.12km²，其中境内河段长45.4km，流域面积227.5km²。境内河道按地形可划分为两段，上段26.1km纵坡平缓，平均纵坡1.1‰，下段19.3km纵坡陡，自然落差大（即从一级电站大坝开始至重庆市边界），平均纵坡达3.5%，水力资源丰富，水能理论蕴藏量6.89万kw，可开发量2.41万kw。该流域规划按五个梯级开发，总装机10台共13270kw，其中一、二级电站早已建成(装机容量1570kw)，三级电站(设计装机6000kw)已完成初设阶段前期工作。

　　一级电站于1986年建成，已运行15年，该站地处自然落差非常集中的跌水——跌马坎下方，仅引水380m就获得水头115m，引用流量1.3m³/s，装机2×500kw。主要水工建筑物为：浆砌石低拦水坝一座，以满足引渠进水要求，引水部分为全隧洞长380m，渠末设浆砌石前池一座，前池至厂房敷设D800压力钢管一条长250m。机电部份现状为：机组为斜击式，分设高压室和中控室，发电机电压为400v，采用10kv电压等级将电力输送到柏杨镇35kv变电站，输送距离9km。该站自建成至今运行正常，上网后年均发电量600万kwh，最高达650万kwh，计入调度限发电及设备非正常检修等因素，该站年均发电量可达630万kwh左右，最高可达680万kwh，即年利用小时数在6000-6800h之间。

　　二级电站建于1977年，已运行24年，该站拦水坝紧接一级电站尾水，引渠长0.96Km，渠末设浆砌石前池一座，前池至厂房敷设D800压力钢管一条长127m，水头62m，引用流量1.5m³/s，装混流式机组2台共570kw（1×320+1×250），无副厂房。电力送至一级一并输出，该站主要由于机组设备质量差，运行一直不正常。

　　 存在的问题

　　1、原装机容量小

　　一、二级电站受开发时期客观条件限制，即主要由于资金不足、用电负荷小、小孤网运行等因素制约，致使电站装机容量未能按充分合理利用水力资源的要求确定，导致装机容量小，年利用小时数过高且长时间弃水。

　　2、引用流量小，汛期弃水严重

　　一级电站引用流量为1.3m³/s，仅为中水年年均流量3.13m³/s的41%，利用流量显然小了。自92年上网以来，在年利用小时数高达6000-7000h的情况下，仍长期弃水，从州水文水资源勘测局提供的丰、平、 枯代表年逐日平均流量统计计算，平均每年日均流量大于引用流量出现弃水的时间达203天，多达4872h，充分说明梅子水一、二级电站现有装机引用流量小，造成了水力资源浪费，具有较大的改、扩建增容潜力。

　　3、机组设备质量差

　　二级电站目前水工部份运行正常，但机组设备状况极差，由于建设时期条件困难，四台主机分别由四个非正规厂家制造，质量差且不配套，运行一直不正常，目前已严重老化，出力不足，处于带病运行状态，两机组只能达到额定出力的70%-80%，另据运行统计显示，机组每年因被迫停机修理多达900-1500小时，而且买不到配件。该站自1992年上市网以来，年均发电量 211万kwh，仅为设计值380万kwh的56%，年利用小时数仅3700h，主要是设备质量问题所致，加之该站厂房现已十分破旧，因此，该站亟待更新改造。

　　4 改造的必要性

　　鉴于上述情况，加之两站都早已并网运行，尤其上游五座小水库每年可提供600万m³调蓄水量，为电站提供可靠的日调节条件，枯水期可集中发高峰电，该项目实施后，装机容量约占市网电站装机的20%，枯水期利用大型日调节池发峰电，在市网上具有较好的调峰作用。而且按现行规范上网电站年利用小时过高实际上是水力资源的浪费，因此拟对两站进行改扩建，实现增容，解决弃水浪费和年利用小时数过高的问题，将年用小时降到4500h左右，使水力资源得到合理、充分的利用，多发电、发峰电，从而获得更好的经济效益。因此，对梅子水一、二级电站进行扩建改造增容不仅必要，而且十分迫切。

　　二 工程自然条件

　　2.1 气象水文

　　2.2.1 气象

　　梅子水流域属亚热带湿润季风性山地气候，流域内历年平均气温12.2℃，最高+34.9 ℃，最低 -15.9℃，无霜期234天，相对湿度在80%-83%之间。峰面雨是降水的主要特征，流域内设有南坪、柏杨两个雨量站，南坪站位于流域上游，始建于1964年，积累资料37年，柏杨站始建于1958年，积累资料43年。流域内多年平均降雨量1400mm，年最大降雨量1835mm，年最小降雨量782.2mm，24h最大降雨量：南坪站212.9mm、柏杨站202.5mm。

　　2.2.2 水文

　　委托恩施州水文水资源勘测局作本工程水文分析计算，现将流域特征参数及计算成果列于下面：

　　1、F=139km² L=26.1km J=1.1‰

　　2、设计年径流成果表（表1-1）

　　设计年径流成果表

　　表1-1　　

　　2.2.3 设计洪水

　　该工程规模为小Ⅰ型，按规范要求取洪水设计频率为P_设=5%，经计算得设计洪峰流量为594 m³/s。由于坝址上游河道纵坡平缓，尤其是开河口人工河段及节制闸行洪能力有限，洪水期间导致上游大片农田淹没，形成滞洪库容从而大大削减了洪峰流量，从1982年7月洪水（p=2%）坝上实测水位计算过坝流量仅为107m³/s，本次设计过坝洪水流量经滞洪调洪演算Q_设=205m³/s。

　　3.1 水能计算

　　3.1.1 基本资料和设计条件

　　1、径流系列：

　　梅子水为引水式电站，只能在枯水期利用上游开河口排涝控制闸进行日调节，故选用丰、平、枯三个典型代表年以日为时段作水能计算。

　　1970年　　丰水年(p=20%)，年平均流量3.84m³/s；

　　1987年　　平水年(p=50%)，年平均流量3.16m³/s；

　　1992年　　枯水年(p=80%)，年平均流量2.38m³/s；

　　2、利用水头：

　　一级电站：前池正常水位1107.9m，下游尾水位992.4m，利用毛水头115.5m，考虑水头损失后按平均利用水头110m作水能计算。二级电站：平均利用水头59m。一、二级电站合并改建，平均利用水头174m。

　　3、出力系数：

　　一、二级电站改扩建均取7.5。

　　4、设计保证率：

　　一、二级电站均采用p=80%历时保证率作为其设计保证率。

　　3.1.2 水能计算

　　按无调节、常水头作逐日可发出力计算。

　　梅子水一级电站，在枯水期可利用上游开河口排涝控制闸进行日调节，装机容量宜适当大一点，故拟定装机容量1000kw、、2000kw、2500kw、3000kw四个方案，分析发电量与装机容量（引用流量）的关系。

　　梅子水二级电站，考虑与一级电站引用流量相匹配，按推荐装机规模1600kw计算。

　　梅子水一、二级合并扩建，考虑一级现有机组作为增发节性电量，二级现有机组报废，拟定新增装机容量3000kw、4000kw和5000kw计算，水能计算成果见表1-2。

　　梅子水一、二级电站改扩建水能计算成果表

　　 表1-2

　　由电站出力历时保证率曲线，查得设计保证率P=80%的保证出力为：

　　梅子水一、二、合一级保证流量均为0.63m³/s，保证出力分别为518kw、278kw和820kw。

　　3.1.3 装机容量比较与确定

　　拟定1000kw至3500kw五个不同的装机容量，主要以年利用小时数和引用流量是否合理作为确定装机规模的依据，见表1-3

　　梅子水一级装机容量比较表

　　表1-3

　　从表中可以看出，五种装机方案从年利用小时数和引用流量两要素分析，装机3000kw时较优，年利用小时数适中，同时引用流量也界于丰、平水年年均流量之间，水量利用率达到58.6%。因此，选定一级电站装机容量为3000kw，除保留现有装机2×500kw外，再新装一台2000kw机组。二级站装机由一级站引用流量决定，一级站发电流量3.64m³/s，初选二级装机2×800kw，单机流量1.85m³/s，与一级引用流量匹配，选择合理。按此方案改扩建后，梅子水一、二级电站装机容量将由现在的1570kw增容至4600kw，净增容量3030kw。

　　比较方案按水能计算并结合现有装机等因素，确定装机总容量4830kw，一级1000kw，二级站址新装1台3200kw，现有机组更新为1×630kw。

　　3.2 工程改造方案

　　3.2.1 工程等别和标准

　　梅子水一、二级电站改扩建工程总装机容量为4600kw(推荐方案)，工程等别为四等。主要建筑物为4级，次要和临时建筑物为5级。

　　3.2.2 推荐方案

　　该方案为原址增容，工程方案为：

　　1、一级电站

　　将现拦水低坝改建成闸坝，利用闸坝及开河口节制闸可蓄水60万m³，形成大型日调节池为梯级电站提供日调节水量，一级拟新增装机1×2000kw，设计水头112m，引用流量2.6m³/s。现有引水隧洞过流能力有限，拟在现隧洞左侧重新挖掘一条隧洞，断面1.5×2.0m，前池靠溢流堰侧扩宽5m，管道靠现管线左侧平行敷设，管中心距2.4m，取D1000，管长250m，将现高压室改作发电厂房，将高压室移至现副厂房一侧。

　　2、二级电站

　　二级电站将现有1×320+1×250kw机组报废，改造成2×800kw，设计水头61m，引用流量3.9m³/s。拦水坝不动，渠道过流断面和前池适当扩大，另于现管道右侧敷设一条D800压力钢管，厂房拆除重建。

　　该方案实施后 ，一级站装机为3000kw，二级站2×800kw，总容量4600kw，其中改扩建容量3600kw，比原一、二级装机增加3030kw。

　　3.2.3 比较方案

　　本方案将一级电站增容移至二级电站，拦水闸坝与推荐方案相同，引水部分均为隧洞，取水口位于坝前河道左侧凹岸处，洞长1.49km，于渠末（二级电站上方）建前池一座，敷设压力钢管一条长324m，取D1000，过流2.5m³/s，管道从二级前池以下靠二级现管线右侧平行布置，管中心距3.5m，厂房拆除重建，新装机1×3200kw，原两台共570kw机组改为1×630kw，该站装机3830kw，加上一级2×500kw，本方案一、二级总装机4830kw，其中改扩建容量3830kw，比原一、二级装机增加3260kw。

　　3.2.4 方案比较

　　1、地形地质条件：推荐方案地形条件较好，比较方案地质条件较好，两方案均能满足工程建设要求；

　　2、施工条件及工期：推荐方案施工条件好，比较方案施工条件差，推荐方案为优。工期均为12个月；

　　3、当地建筑材料：两方案基本相同，无明显优劣之分；

　　4、装机容量及年发电量：推荐方案比比较方案装机少230kw，年发电量少52万kwh，比较方案略优；

　　5、施工对现一、二级电站的影响：推荐方案对现一、二级电站运行影响较大，一级预计要停机3-5个月，二级需全程停机。比较方案施工对一级电站影响较小(在建闸坝时有影响)，二级仍需全程停机。这一点比较方案略优；

　　6、工程量及投资：比较方案隧洞、前池及厂区工程量比推荐方案大得多，因此导致工程投资高出155万元，推荐方案为优。

　　综上所述，推荐方案虽然也存在某些劣势，如装机和发电量较少，施工对一级电站发电运行影响时间较长，但其优势亦十分明显，主要体现在地形条件、施工条件好，尤其至关重要的是工程量和投资小得多，从而使工程综合经济指标大大优于比较方案，经综合分析比较，选定推荐方案作为“可研”工作的重点。

　　4.1 经济评价方法与方案

　　本工程为小水电改造项目，本阶段主要针对改扩建项目进行经济评价，即从国家综合平衡角度出发，采用经济(影子)价格与社会折现率等经济参数计算项目的效益和费用，考察项目对国民经济发展的贡献，评价其经济合理性。本工程主要为发电效益，采用可避免成本方法，即以最优等效替代火电工程费用，按有无工程对比法，分析电量与容量的经济效益，计算经济评价指标。

　　本工程改扩建方案包括：一级在保留现有工程发电1000kw的基础上，整修引水坝，增建引水隧洞，扩大前池，新建压力管道、发电厂房和升压站，新增2000kw发电能力；对二级进行全面改造，扩大引水渠道，增建压力管道，翻修厂房，新装2×800kw机组(原机组退役报废)。

　　4.2 经济评价的主要依据

　　1、国家计委、建设部1993年颁布的《建设项目经济评价方法与参数》(第二版)；

　　2、水利部1995年6月发布的《小水电建设项目经济评价规程》(SL16-95)。

　　4.3 经济评价采用的主要参数

　　1、社会折现率：采用12%；

　　2、经济计算期：包括建设期、投产期和生产期，本工程建设期2年(实际施工期1年，准备期半年)，生产期采用20年；

　　3、时间基准点：计算期的时间基准点定在建设期的第一年初。

　　4.4 工程经济费用

　　1、固定资产投资：

　　本阶段考虑财务现行价格为市场价格，经济转换系数均取1。因此，本阶段以工程静态总投资1291.72万元作为固定资产原值(固定资产投资形成率取1.0)。

　　2、年运行费用：包括修理费、材料费、工资及福利费和其它费用等，按财务经营成本计算，分别取值为：修理费取固定资产原值的1%；电站定员按增加6人计，福利费按职工工资总额的14%计算；材料费5元/kw；其它费用20元/kw。因此，本工程增加年运行费26.71万元。

　　4.5 工程效益

　　本工程主要为发电效益，分别计入电量效益和容量效益。根据国家电力公司动力经济研究中心所作《湖北电网电源发展战略研究》，拟定分季电量的可避免成本(经济价格)为：

　　丰水季(4-8月)　　 0.201元/kw.h

　　平水季(9-11月)　　0.260元/kw.h

　　枯水季(12月1-3月)　　0.443元/kw.h

　　容量效益按可避免成本(替代火电投资)537.2元/kw-年计。

　　根据改扩建方案，梅子水一级若不进行改造，发电效益将逐渐衰减，生产期平均以设计能力的70%承担基荷计，实施本工程仍保持老机组同样的发电能力，增发丰水季电量。二级全面更新改造 ，现有机组生产期平均发电效益只计30%。

　　梅子水一、二级实施改扩建后，可利用闸坝及开河口控节制闸蓄水约60万m³的调蓄能力进行日调节，在利川市电网内调峰，其工作容量以保证出力的4倍计。

　　根据动能指标计算梅子水一、二级改扩建工程的电量效益和容量效益，计算结果为：现有效益为211.68万元，实施改扩建后的效益为670.38万元，效益增量为458.70万元。

　　4.6 经济评价指标

　　根据前述分析，进行国民经济评价指标计算，经济效益费用流程计算，得到主要评价指标如下：

　　经济内部收益率：　　 29.7%

　　经济净现值：　　 1509.15万元

　　经济效益费用比：　　 20.20

　　经济净现值率 ；　　 139.8%

　　4.7 敏感性分析

　　主要针对影响国民经济评价指标较大的投资与效益两个因素；分别分析其对内部收益率的影响，成果见表1-4

　　敏感性分析表

　　表1-4

　　4.8 综合评价

　　从国民经济评价指标来看，本工程经济效益显著，并具有抗风险能力，应尽早实施。

　　五 结论意见

　　经上述分析论证，该项目具有无征地、无淹没、无移民，施工条件好，工程量小，工程投资费用少、工程造价低的明显优势，调节性能虽不够理想，但可充分利用上游水库调蓄水量，并经闸坝和开河口节制闸蓄水形成60万m³的大型日调节池，能在枯水期对一、二级电站进行有效日调节，集中水量发高峰电，为缓解枯期利川电网缺电起到较明显的作用。从国民经济评价指标来看，项目经济效益显著，经济内部收益率达到29.7%，远高于12%的基准值，并具有抗风险能力，应创造条件尽早实施，以发挥其发电潜力，为地方经济发展多作贡献。

参考文献

　　1、《水工设计手册》1987年，水利电力出版社。

　　2、《水电工程设计基础》2003年中国电力出版社。

　　3、《小型水电站施工技术规范》1996年水利部。

　　4、2002年《水利建筑工程概算定额》、《水利建筑工程机械台时定额》、《水利工程设计概（估）编制规定》；

　　5、《小水电建设项目经济评价指南》水利部农村水电司；

　　6、《小水电建设项目经济评价规程》水利部1995年6月发布；

　　7、《工程水文学》1998年水利出版社；

　　8、《小水电站》1985年天津出版社；