开发利用水库死水量发电的方法

摘要

开发利用水库死水量发电的方法，采用以下操作：①在流域第N至第2级水库中，至少选择一个水库在其设计死水位与设计淤积水位之间，设置至少一条将该水库中的死水量引至下游水库的水道；②在各水道中分别设置启闭独立的工作闸门与检修闸门或共用的检修闸门；③与下游水库配套的水电站利用来自上游水库的死水量发电。各级水库也可设置相应水电站，利用本级水库中的死水量进行发电。开发利用水库死水量发电不仅可增加发电量，获得廉价的电能，而且有利于防洪减灾。

说明书

技术领域

本发明属于水电水利工程领域，特别涉及水库死水量的开发利用。

背景技术

水库设计死水位又称发电死水位，死水位以下的水量称为死水量。由于水库的本级电站用水库的死水量发电将损坏电站相关设施与设备，因此，自满足水电站发电试运行条件要求之日起，死水量就一直被废置在死水位与库底之间。死水量在教科书里从来都只是个概念，在水电站设计中，不会、也不可能计入死水量的利用，更是没有设置满足利用死水量的功能设施。

在枯水期，总体上讲，各级流域天然来水流量都很小，导致很多水电站出力很小。但一个流域中只要建成了两个或两个以上的水库及其配套水电站，每一个水电站就不再是一个独立工程，水库中的死水量虽不能用于本级水电站发电，但其下游每一个水库的配套水电站都能凭借它发电。同时，在枯水期有计划地将上游水库中的死水量提前放掉一部分，可增加水库的防洪库容，提高水库的调蓄能力，在汛期可加强削峰力度，期许的防洪减灾效果必将遂人意愿随之而来，因而水库死水量的开发利用有着重要的意义。

以长江上游流域1954年(在有水文资料历史记录的119年中，年径流量最大的年份)年径流量5751亿立方米为例，对于三峡水电站发电而言，以三峡水电站22台机组发电用水流量20000m³/s计，年需发电用水量6300亿立方米，二者之差说明年发电用水量还存在缺口500亿立方米以上；在不用死水量发电的情况下，缺口将更大。这说明死水量的开发利用有着客观的需要，前景看好。

对于防洪而言，同样以长江上游流域1954年年径流量5751亿立米为例，当三峡水库频率为万年一遇加10％历史重现期洪水发生时，三峡水库下泄流量101500m³/s，必然给长江中下游各地区造成毁灭性的灾难，即使是在荆江、洪湖等分洪区全力分洪的条件下，也是如此；开发利用水库死水量，相应实际利用的死水量是以葛洲坝及以上相关电站发电用水量的形式流出的，能为完成年度防洪储蓄库容计划指标提供更多的条件保证。更为重要的是，在流域内，在时间空间、防洪储蓄空间、水库设计调蓄库容的共同作用下，防止形成历史重现期特大洪水将会变成现实，今后只会有历史重现期特大洪水标志但不会发生水患，更是谈不上有毁灭性灾难，因而水库死水量用与不用反差巨大。

一直以来，人们无视死水量的作用，一方面，对应死水量的发电用水量作为弃水流失了，另一方面，对应死水量的弃水量作为洪水的主要组成部分，又加剧了历史重现期洪水的危害。

发明内容

本发明的目的在于填补现有技术的空白，提供一种开发利用水库死水量发电的方法，以增加发电量和防洪减灾。

本发明所述开发利用水库死水量发电的方法，采用以下操作：

(1)在流域第N至第2级水库中，至少选择一个水库在其设计死水位与设计淤积水位之间，设置至少一条将该水库中的死水量引至下游水库的水道；

(2)在各死水道中分别设置启闭独立的工作闸门与启闭独立的检修闸门或共用的检修闸门；

(3)与下游水库配套的水电站利用来自上游水库的死水量发电。

为了有利于增加电量，同一流域内，与下游水库配套的水电站利用死水量发电的顺序是：以水库的高程计，从高至低，即水电站利用死水量发电的顺序依次为：第N-1级水库的水电站、第N-2级水库的水电站、……、第1级水库的水电站。

本发明所述方法还可在流域第N至第2级水库中的至少一个水库设置利用本级水库中的死水量发电的水电站，将流域第N至第2级水库中的部分死水量通过死水道引至所述水电站发电，发电后下泄的死水量用于其下游所有水电站发电。这样，一方面根据需要在流域中的水库设置相应水电站，利用本级水库中的死水量发电；另一方面，将流域第N至第2级水库中的部分死水量通过水道引至下游水库用于与下游水库配套的所有水电站发电。

本发明具有以下有益效果：

1、在枯水期，上游水库提供的死水量让其下游所有水电站用它发电，可改善因天然来水量很小，以及电网水电比例低、调度不够灵活、供电质量和电量难以保证的现有局面。死水量电量具有三零(资源能耗、污染物排放、工程措施费近乎于零)特点，在包括风电、太阳能电在内的所有电源中，死水量电源的成本最低、最为经济。随着死水量电量生产重心的下移，部分送出电量变送电为送水，送出电量在增加，而送出距离、成本在不断减少，不与人流、物流挤占铁路、公路、水上交通，等等。

2、仍以长江流域为例。长江中下游各地区安全运行水位是一个瓶颈，荆江段安全行洪能力，是又一个瓶颈，它们一直以来都是中下游各地区安全行洪不可逾越的瓶颈，而死水量的开发利用拓展并整合了现有的防洪资源，改善了防洪条件，提高了流域防洪能力，为寻求解除瓶颈找到了新的途径；它是一套正视自然、顺势而为的防洪方法，为流域防洪除灾建立了一个新的理论支点。三峡水库设计标的中长江上游天然来水最枯量是3560m³/s，实际上发生在1979年3月8日最枯流量是2270m³/s，从整体上讲，如果我们以数倍于3560m³/s流量向其下游供给死水量，视需要，分别在3、5月底，在水库设计调蓄库容之外完成防洪储蓄库容计划指标，它意味着主汛期才有可能发生的部分来水量，在中、上游主汛期到来之前，即分别在3、5月底以前，已经安全流出中下游各地区。在上游、三峡、中游水库群的调蓄库容、防洪储备库容的共同作用下，在关闭荆江、洪湖分洪区的条件下，同样完全有能力应对历史重现期的中游、上游、流域型洪水。

3、明显改善通航条件。三峡电站22台机组发电用水流量20000m³/s左右，即使有泄洪量，只要控制在相应枝城流量56700m³/s以内，长江流域的水运安全、水运能力都是有保证的。水上运输成本比铁路低37％，长江水上运输能力相当于40条铁路，满足三峡船闸通航条件，实现全天候通航的目标，就是保障了从重庆到上海40条铁路的运能。死水量的利用是实现全天候通航的基础，一方面增加了枯期通航流量，另一方面又相应降低了汛期通航流量，增加与降低通航流量都能够取得改善通航条件的功效。以长江通航工程用水流量为例，三峡工程的建设，可将枯期通航流量3560m³/s提高到5000m³/s，这是三峡通航工程的设计标的；计入死水量后，枯期通航流量可由3560m³/s提高到10000m³/s以上。

4、能为环保工程提供资金支持。死水量的开发利用，有巨额的年收入，可以保证逐年统筹清淤工程费用；结合清淤工程可造地还田、植树造林；可统筹解决径流式电站的水库清淤工程资金来源，延长其使用寿命，提高其效益。因为在今后，象建造大型水利水电工程一样，投入巨额资金完成清淤工程是无法回避的事实。从本质上讲，企业的这种共同投资行为与过去投资水利水电的作法，其目的与利益也是基本一致的。

5、可将水电水利工程返还耕地的能力转化为土地资源。当坝址下游减除灾任务得到落实后，除了可以降低因洪水发生次生灾害的几率、等级、治理工程规模外，其沿岸农田将自然因此得到保护。仍以长江流域为例，不仅如此，大量的岸滩可以开发利用，所有水库回水线总长不过千余公里，而坝址下游总长多达数十万公里，可开垦耕地的条件好、机会多、数量大，关闭荆江、洪湖分洪区，能节约耕地187万亩，就是一个很好的例证。

6、因上游水库、本级水库死水量的开发利用和上游水库汛期运行方式的改变，本级及以下水库可相应减少设计洪水，因此缩小其泄洪设施规模，并能降低施工难度，缩短施工工期，以对应减少工程投资。在主汛期，龙头水库尽其可能向下游电站提供发电用水量，即当上游来水量大于或等于本电站发电用水量时，应满负荷发电；当上游来水量小于本电站发电用水量时，机组发电以来水量为限；来水量太少，机组不能发电时，也要向下游电站提供发电用水量。力求统一安排所有水库蓄水时机并适度提前，使流域内所有水库法人都能如愿以偿——完成年度水库蓄水计划，尤其是海拔高、库容量大的龙头水库，并且部分水库在蓄水末期还有些许的弃水，那么，改变年、多年调节水库现有的运行方式的必要性、重要性就显得格外突出。

7、死水量还可以是灌溉用水的水源，从农田灌溉用水与其时机上讲，死水量都是灌溉用水水源、水量可靠的条件保证。和将死水量作为发电用水量一样，将死水量作为灌溉用水量同是落实防洪储蓄库容的有效措施。

附图说明

图1是一个流域中1级至N级水库的布局示意图；

图2是本发明所述开发利用水库死水量发电的方法的一种实施示意图。

图中，1-水道、2-工作闸门、3-检修闸门、4-水电站、5-出水口、6连通洞、7-闸门井、8-总引水道。

具体实施方式

本实施例中，所述流域规划了N级水库，1级至N级水库的布局见图1。该流域第N-4级水库的设计参数如下：正常蓄水位为为2800米，洪水位为2801米，校核洪水位为为2803米，死水位为2700米，淤积水位为2480米。受水轮机设计发电水头变幅影响的控制，与N-4级水库配套的水电站未利用的死水量为50亿m³(其中2600-2700米之间的死水量V1＝36亿m³，2500-2600米之间的死水量V2＝14亿m³)(见图2)。该N-4级水库的发电引水系统、泄洪洞布置在右岸，左右岸各布置一条导流洞。

本实施例开发利用所述N-4水库死水量发电的技术方案(见图2)如下：

1、分别在2585米、2485米高程上设置与闸门井7连通的水道1-1、水道1-2及其连通洞6；

2、增设新的水电站4，利用水道1-1将N-4级水库的部分死水量引至水电站4发电；

3、在水道1-1和水道1-2的共用水道上设置出水口5，将N-4级水库的部分死水量引至其下游。

4、在水道1-1、水道1-2的取水口处分别设置工作闸门2-1、工作闸门2-2，在总引水道8的进水端设置共用的检修闸门3，工作闸门2-1、工作闸门2-2和检修闸门3设计的静、动工作水头分别是：

工作闸门2-1设计静工作水头218米，动水启闭工作水头115米；N-4级水库运行至发电死水位2700米及以下时，满足工作闸门2-1动水启闭的条件。

工作闸门2-2设计静工作水头318米，动水启闭工作水头115米；N-4级水库运行至发电死水位2600米及以下时，满足工作闸门2-2动水启闭的条件。

检修闸门3设计静工作水头、动工作水头与工作闸门2-2相同。

至此，N-4级水库2500-2700米50亿m³的死水量均能分别得到利用。其中，36亿立方米死水量用于本级及下游电站发电，14亿立方米用于下游电站发电。