论文部分内容阅读
摘 要：小水电站增效扩容改造，是指以提高综合能效和安全性能，增加发电能力，推进流域梯级优化调度为目的，在不增加原有机组台数的基础上对老旧水电站机电设备和配套设施进行的更新改造。增效扩容改造的目标是提高水电站综合能效和运行安全性能、合理利用水能资源、维护河道流域健康。增效扩容改造的重点是更新老化的机电设备，并对影响水电站发电效益、运行安全、河道流域生态环境的水工建筑物、机电金属结构及输出工程等进行必要的改造。本文主要对小水电站增效扩容改造的相关问题进行分析探讨。
关键词：小水电；增效扩容；意义；存在问题；措施
水资源是基础性的自然资源、战略性的经济资源和公共性的社会资源。人类利用水能的历史悠久，但早期仅将水能转化为机械能，直到高压输电技术发展、水力交流发电机发明后，水能才被大规模开发利用。当前水力发电几乎是水能利用的唯一方式，所以常把水电作为水能的代名词。新中国成立以后，特别是改革开放以来，我国水电建设取得了巨大成就，装机规模世界第一，建设与管理水平均跻身世界先进行列。我国小水电资源区位分布与我国相对贫困人口区位分布基本相同，小水电在促进老、少、边、穷地区农村经济社会发展中起到了重要作用。在节能减排方面，小水电可以替代有限的化石能源，减少污染物的排放。
但是，我国早期建设的小型水电站，很多存在着技术水平落后、设备设施老化严重、发电效能逐年降低等问题，不仅造成了水能资源的极大浪费，还存在着很多安全隐患。在以后的工作中，要不断强化其增效扩容改造的力度，提高工作效率，使其发挥更大的经济、社会和生态效益。
一、小水电站技术改造的意义
1.小水电站技术改造的社会意义
通过小水电站技术改造，可以大大提高电站运行的安全可靠性，明显降低电站运行噪音，降低运行人员的劳动强度，改善电站运行人员的生产条件，从而更好地保障电站职工的身心健康和生命安全；可以避免因电站报废而导致的发电职工失业，稳定发电职工的经济收入，从而避免因工人失业造成的社会不稳定；可以充分发挥工程的防洪效益，有效地保障水电站的公共安全；可以更好地满足电站所在地农村用电需求的增长，提高当地农民的生活用电质量，进一步为发展当地农村经济创造条件。
2.小水电站技术改造的经济效益
一般情况下，通过小水电站技术改造后，机组的能量转换效率平均约能提高10%左右，对于那些可实行增容的老水电站，发电量的提高幅度还可以更大，如果对全国老电站全部进行技术改造，就相当于新增300多万kW装机。通过小水电站技术改造，一些报废重建没有增容的电站提高了水资源利用率和机组运行效率，增加了发电量，另一些具有增容能力的电站一般可增容10%左右，可增加发电量，并相应的增加经济收入。通过小水电站技术改造，电站增容部分的电价实行新电新价，可以增加发电经济收入。
3.小水电站技术改造的生态效益
水电作为清洁可再生能源，在替代日益减少的有限的化石矿物资源及促进环境保护方面，已被国际社会广泛认可，具有良好的生态效益。通过开发小水电，不仅为地方经济发展注入了活力，还能增加清洁能源的供应，改善能源的结构，保护生态环境。但近些年来，小水电的开发受到生态环境因素制约的情况也愈来愈严重，而老电站技术改造几乎对生态环境没有任何破坏，反而会有利于生态环境的改善，促进人与自然的和谐相处。
二、小水电站增效扩容改造的原则
增效扩容改造项目不增加水电站原有机组台数，原则上不新增移民和永久占地。增效扩容改造项目的设计应充分收集、整理和分析河流水文、气象、地质资料，以及电站原设计、运行和接入系统资料，开展必要的现场调查和勘测，对电站增效扩容的必要性和可行性进行评价；应遵循生态、节能、环保的设计理念，并实现少人值守的目标；应由具有相应资质的设计单位承担。
三、小水电站存在的主要问题
1.水资源浪费严重
由于部分电站无水库或者调节库容有限，当汛期入库流量超过发电机组所能通过的流量上限的时候，多出的流量就不能用于发电，而只能通过其他通道直接下泄到下游，造成水能资源的较大浪费，
2.水轮机运行效率低
部分地区的中小型水电站汛期与枯水期来水量差别很大，又无调节能力，在枯水期水轮机长期只能带29%～60%额定负荷运行，导致水轮机远离最优工况区运行，存在运行效率低、稳定性差等问题。
3.电站实际水头远高于设计水头
当电站实际参数与设计参数偏离时，水轮机将远离最优工况区运行，此时水流会以非平顺的状态绕流叶片，可能出现叶道涡，叶片头部正、背面脱流及尾水管涡带等影响水轮机效率与稳定性的水流状态，并造成水轮机运行效率低，出力不足、稳定性差、耗水量大、噪声大及空蚀破坏严重，寿命降低等，有的机组甚至不能运行。电站实际参数与设计参数偏离的另一种典型情况是电站实际水头低于设计水头，将导致机组出力受阻。
4.电站水轮机转轮受空蚀破坏
空蚀使水轮机叶片表面粗糙而引起水力损失增大，使水流紊乱导致效率下降，而且大量气泡的不断产生与溃灭也影响叶道中水流的连续性，并导致出力下降，国内很多电站水轮机转轮都受到空蚀的影响。
5.水流含沙量大
当通过水轮机过流部件的水流中含有悬移泥沙时，坚硬的泥沙颗粒撞击磨削过流表面，使材料因机械破坏和疲劳而损坏，水轮机过流部件受泥沙磨损破坏，将导致机组出力和效率下降、检修周期缩短、耗费大、工期长，严重时需要更换转轮，甚至影响到电力系统的供电安全和可靠性。所以选择合理的工作参数以及做好转轮的优化设计，可以有效的改善和减轻水轮机泥沙磨损的危害性。
四、小水电站增效扩容改造的措施
1.提高水工设施能效
水工建筑物中的输水建筑物与电站息息相关。电站应选择合适的取水高程，尽量采用自流输水以减少永久运行的能耗，引水隧洞和引水渠道应采用合适的纵坡，综合比较断面形式，以减少水头损失、工程量和占地费用。例如采用混凝土材料衬砌可以得到较小的糙率，也可以减小引水渠道断面。拦污栅的栅条间距应根据上游污物、水轮机型式和流道尺寸合理确定，以减少水头损失。
2.老化設备更新改造
水轮机组改造的关键在于水轮机的工作转轮，一般要进行改造，老电站运行年限都比较长，由于那个时期的制造水平有限，原来的水轮机的转轮效率都比较低。随着水轮机转轮设计和制造水平的提高，一些高效率的转轮已经出现，改造时应根据引水系统和流道限制条件，优先考虑在不动水轮机的前提下选用高效率、空化特性优良、运行稳定性好的水轮机转轮，这样既可提高单位水量的利用效率又可节省投资。
3.强化增效扩容工作
水电站的最大特点是个性很强，不同水电站的水头、台数各不相同，对水轮机的要求也千差万别。因此在实施中要根据具体情况具体分析，权衡利弊，选择优化设计方案，紧跟时代发展，不断强化增效扩容工作。
五、结束语
水电站技术的更新改造，不仅是在原来的技术水平上以新换老，而是一个再创造的过程，实际上牵涉到水力资源配置的重新考虑以及合理利用问题、节约用水、电力市场需求、环境保护等问题，寻求适应不断发展的社会经济需要问题。
参考文献
[1]易玉华，熊杰.张王庙水电站增效扩容改造设计[J].小水电，2014，01：37-38.
[2]薛鹏，王鑫，田娅娟，陈锐，彭忠年.中小水电站增效扩容改造的主要问题及解决方案[J].中国农村水利水电，2014，02：133-136+141.
[3]纪计坡.农村小水电技术改造研究[D].浙江大学，2012.
（作者单位：湖南省怀化市水利电力咨询监理有限公司）
关键词：小水电；增效扩容；意义；存在问题；措施
水资源是基础性的自然资源、战略性的经济资源和公共性的社会资源。人类利用水能的历史悠久，但早期仅将水能转化为机械能，直到高压输电技术发展、水力交流发电机发明后，水能才被大规模开发利用。当前水力发电几乎是水能利用的唯一方式，所以常把水电作为水能的代名词。新中国成立以后，特别是改革开放以来，我国水电建设取得了巨大成就，装机规模世界第一，建设与管理水平均跻身世界先进行列。我国小水电资源区位分布与我国相对贫困人口区位分布基本相同，小水电在促进老、少、边、穷地区农村经济社会发展中起到了重要作用。在节能减排方面，小水电可以替代有限的化石能源，减少污染物的排放。
但是，我国早期建设的小型水电站，很多存在着技术水平落后、设备设施老化严重、发电效能逐年降低等问题，不仅造成了水能资源的极大浪费，还存在着很多安全隐患。在以后的工作中，要不断强化其增效扩容改造的力度，提高工作效率，使其发挥更大的经济、社会和生态效益。
一、小水电站技术改造的意义
1.小水电站技术改造的社会意义
通过小水电站技术改造，可以大大提高电站运行的安全可靠性，明显降低电站运行噪音，降低运行人员的劳动强度，改善电站运行人员的生产条件，从而更好地保障电站职工的身心健康和生命安全；可以避免因电站报废而导致的发电职工失业，稳定发电职工的经济收入，从而避免因工人失业造成的社会不稳定；可以充分发挥工程的防洪效益，有效地保障水电站的公共安全；可以更好地满足电站所在地农村用电需求的增长，提高当地农民的生活用电质量，进一步为发展当地农村经济创造条件。
2.小水电站技术改造的经济效益
一般情况下，通过小水电站技术改造后，机组的能量转换效率平均约能提高10%左右，对于那些可实行增容的老水电站，发电量的提高幅度还可以更大，如果对全国老电站全部进行技术改造，就相当于新增300多万kW装机。通过小水电站技术改造，一些报废重建没有增容的电站提高了水资源利用率和机组运行效率，增加了发电量，另一些具有增容能力的电站一般可增容10%左右，可增加发电量，并相应的增加经济收入。通过小水电站技术改造，电站增容部分的电价实行新电新价，可以增加发电经济收入。
3.小水电站技术改造的生态效益
水电作为清洁可再生能源，在替代日益减少的有限的化石矿物资源及促进环境保护方面，已被国际社会广泛认可，具有良好的生态效益。通过开发小水电，不仅为地方经济发展注入了活力，还能增加清洁能源的供应，改善能源的结构，保护生态环境。但近些年来，小水电的开发受到生态环境因素制约的情况也愈来愈严重，而老电站技术改造几乎对生态环境没有任何破坏，反而会有利于生态环境的改善，促进人与自然的和谐相处。
二、小水电站增效扩容改造的原则
增效扩容改造项目不增加水电站原有机组台数，原则上不新增移民和永久占地。增效扩容改造项目的设计应充分收集、整理和分析河流水文、气象、地质资料，以及电站原设计、运行和接入系统资料，开展必要的现场调查和勘测，对电站增效扩容的必要性和可行性进行评价；应遵循生态、节能、环保的设计理念，并实现少人值守的目标；应由具有相应资质的设计单位承担。
三、小水电站存在的主要问题
1.水资源浪费严重
由于部分电站无水库或者调节库容有限，当汛期入库流量超过发电机组所能通过的流量上限的时候，多出的流量就不能用于发电，而只能通过其他通道直接下泄到下游，造成水能资源的较大浪费，
2.水轮机运行效率低
部分地区的中小型水电站汛期与枯水期来水量差别很大，又无调节能力，在枯水期水轮机长期只能带29%～60%额定负荷运行，导致水轮机远离最优工况区运行，存在运行效率低、稳定性差等问题。
3.电站实际水头远高于设计水头
当电站实际参数与设计参数偏离时，水轮机将远离最优工况区运行，此时水流会以非平顺的状态绕流叶片，可能出现叶道涡，叶片头部正、背面脱流及尾水管涡带等影响水轮机效率与稳定性的水流状态，并造成水轮机运行效率低，出力不足、稳定性差、耗水量大、噪声大及空蚀破坏严重，寿命降低等，有的机组甚至不能运行。电站实际参数与设计参数偏离的另一种典型情况是电站实际水头低于设计水头，将导致机组出力受阻。
4.电站水轮机转轮受空蚀破坏
空蚀使水轮机叶片表面粗糙而引起水力损失增大，使水流紊乱导致效率下降，而且大量气泡的不断产生与溃灭也影响叶道中水流的连续性，并导致出力下降，国内很多电站水轮机转轮都受到空蚀的影响。
5.水流含沙量大
当通过水轮机过流部件的水流中含有悬移泥沙时，坚硬的泥沙颗粒撞击磨削过流表面，使材料因机械破坏和疲劳而损坏，水轮机过流部件受泥沙磨损破坏，将导致机组出力和效率下降、检修周期缩短、耗费大、工期长，严重时需要更换转轮，甚至影响到电力系统的供电安全和可靠性。所以选择合理的工作参数以及做好转轮的优化设计，可以有效的改善和减轻水轮机泥沙磨损的危害性。
四、小水电站增效扩容改造的措施
1.提高水工设施能效
水工建筑物中的输水建筑物与电站息息相关。电站应选择合适的取水高程，尽量采用自流输水以减少永久运行的能耗，引水隧洞和引水渠道应采用合适的纵坡，综合比较断面形式，以减少水头损失、工程量和占地费用。例如采用混凝土材料衬砌可以得到较小的糙率，也可以减小引水渠道断面。拦污栅的栅条间距应根据上游污物、水轮机型式和流道尺寸合理确定，以减少水头损失。
2.老化設备更新改造
水轮机组改造的关键在于水轮机的工作转轮，一般要进行改造，老电站运行年限都比较长，由于那个时期的制造水平有限，原来的水轮机的转轮效率都比较低。随着水轮机转轮设计和制造水平的提高，一些高效率的转轮已经出现，改造时应根据引水系统和流道限制条件，优先考虑在不动水轮机的前提下选用高效率、空化特性优良、运行稳定性好的水轮机转轮，这样既可提高单位水量的利用效率又可节省投资。
3.强化增效扩容工作
水电站的最大特点是个性很强，不同水电站的水头、台数各不相同，对水轮机的要求也千差万别。因此在实施中要根据具体情况具体分析，权衡利弊，选择优化设计方案，紧跟时代发展，不断强化增效扩容工作。
五、结束语
水电站技术的更新改造，不仅是在原来的技术水平上以新换老，而是一个再创造的过程，实际上牵涉到水力资源配置的重新考虑以及合理利用问题、节约用水、电力市场需求、环境保护等问题，寻求适应不断发展的社会经济需要问题。
参考文献
[1]易玉华，熊杰.张王庙水电站增效扩容改造设计[J].小水电，2014，01：37-38.
[2]薛鹏，王鑫，田娅娟，陈锐，彭忠年.中小水电站增效扩容改造的主要问题及解决方案[J].中国农村水利水电，2014，02：133-136+141.
[3]纪计坡.农村小水电技术改造研究[D].浙江大学，2012.
（作者单位：湖南省怀化市水利电力咨询监理有限公司）