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=139km²L=26.1kmJ=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

　　年别

　　设计频率P

　　年雨量(mm)

　　年径流深(mm)

　　年平均流量(m³/s)

　　代表年

　　丰水年

　　P=20

　　1550.5

　　870.8

　　3.84

　　1970

　　平水年

　　P=50

　　1349.6

　　713.6

　　3.16

　　1987

　　枯水年

　　P=80

　　1115.9

　　543.1

　　2.38

　　1992

　　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594m³/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。

　　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

　　评价指标

　　项目

　　经济内部收益率()

　　经济净现值

　　(万元)

　　经济效益费用比

　　经济净现值率

　　1

　　基本方案

　　29.7

　　1509.15

　　2.20

　　139.8

　　2

　　投资增加20

　　25.1

　　1293.21

　　1.89

　　99.9

　　3

　　效益减少20

　　23.8

　　962.84

　　1.64

　　89.2

　　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；

　　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

　　电站

　　名称

　　装机容量(mw)

　　最大引用流量(m³/s)

　　发电量(万kw.h)

　　年利用小时(h)

　　水量利用系数()

　　全年

　　4-8月

　　9-11月

　　12-3月

　　梅子水一级

　　1.0

　　1.21

　　716

　　353

　　195

　　168

　　7152

　　31.6

　　2.0

　　2.42

　　1094

　　616

　　287

　　191

　　5471

　　48.4

　　2.5

　　3.03

　　1222

　　706

　　317

　　199

　　4889

　　54.0

　　3.0

　　3.64

　　1326

　　782

　　339

　　205

　　4419

　　58.6

　　梅子水二级

　　0.5

　　1.13

　　365

　　178

　　99

　　88

　　7291

　　30.1

　　1.6

　　3.46

　　709

　　417

　　182

　　110

　　4432

　　58.5

　　梅子水合一级

　　3.0

　　2.30

　　1683

　　940

　　443

　　300

　　5607

　　47.0

　　4.0

　　3.07

　　1954

　　1135

　　503

　　316

　　4886

　　54.6

　　5.0

　　3.66

　　2143

　　1271

　　546

　　326

　　4286

　　59.9

　　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

　　装机

　　容量(kw)

　　引用

　　流量(m³/s)

　　年电量

　　(万kwh)

　　年利用小时数(h)

　　年利用小时情况评价

　　引用流量评价

　　水量利用率

　　1000

　　1.21

　　715

　　7152

　　太高

　　太小

　　31.6

　　2000

　　2.42

　　1094

　　5471

　　过高

　　小

　　48.4

　　2500

　　3.03

　　1222

　　4889

　　偏高

　　较小

　　54.0

　　3000

　　3.64

　　1326

　　4419

　　适中

　　适中

　　58.6

　　3500

　　4.07

　　1407

　　4020

　　偏低

　　偏大

　　59.7

　　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。