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广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）1概述广西在20世纪5060年代陆续建设了一批农村水电站。许多水电站受当时的设计、技术条件及工艺水平的限制，加上水电站经过几十年的运转，早期建成并运行至今的水电站大部分为“带病”运行状态，且存在着不同程度的问题，问题主要集中在以下几个方面。1.1水资源浪费严重水电站装机容量普遍不高，库容调节能力有限，甚至无调节能力，广西降雨时空分布不均衡，局地强度大，洪水发生比较集中，当洪水发生或电站的来水量超过机组的最大通过流量时，超量的水资源从电站的排洪设施泄流，此时电站对水能资源的利用率较低，水资源浪费严重。1.2水轮机运行效率低受气候条件影响，部分流域枯丰期地面径流流量差异较大，农村水电站因装机容量限制，在设计时考虑到对电站的调节能力，机组效率区间的优化范围不广，电站机组在来水量较低时发电效率偏离额定工况，甚至无法带动水轮机运转，而在来水量较多时，机组虽然满负荷运行，但弃水严重。发电稳定性能差，综合运行效率低下。1.3电站实际水头与设计水头不匹配水电站建设年代较远，长期的运行导致电站的各项实际参数与设计参数偏离，随着全国陆续启动中小河流治理工作，及流域电站梯级的不断开发，电站实际水头与设计水头不匹配。当实际水头高于设计水头时，水流会以紊乱状态流经水轮机，会导致水轮机稳定性差、耗水量大、出力不足、降低寿命，反之，电站实际水头低于设计水头，将导致机组出力受阻。1.4电站水轮机转轮受空蚀破坏水轮机叶道内的环境也比较复杂，水流流经水轮机内部，流速和水压会发生变化，进而引发空蚀现象，水体内的部分元素因物理条件产生气态气泡，气泡在水轮机叶道内不断的产生、溃灭，水轮机转轮在空蚀现象的长期冲刷下，水轮机转轮叶片产生粗糙甚至变形，长期运行下，水轮发电机效率会大幅降低，出力下降，稳定性降低。1.5水流含沙问题农村小水电站拦污栅比较粗放，电站发电前池容易淤积泥沙，早期的部分电站冲沙功能较弱，甚至无冲沙能力，当通过水轮机过流部件的水流含有悬移泥沙时，会冲击磨削水轮机叶片，水轮机叶片会发生机械疲劳甚至损伤，导致机组出力和效率下降、检修周期缩短，运行时震动加大。2地位和作用2.1促进县域经济发展广西山区县众多，水能资源较为丰富，不少县将水能资源开发作为促进经济发展的重要措施之一，农村水电产业链长，开发农村水电可带动建筑施工、建材、机电设备制造等产业发展。促进了当收稿日期2022-12-30作者简介黄冠榕（1993-），男（壮族），广西扶绥人，广西壮族自治区水电管理中心工程师，学士，主要从事水利水电工程管理工作。水利经济 广西农村水电站增效扩容改造技术及效益分析黄冠榕（广西壮族自治区水电管理中心，南宁530023）摘要许多20世纪50-60年代修建的水电站受当时的设计、技术条件及工艺水平的限制，加上水电站经过几十年的运行，存在着不同程度的问题。本文通过对柳州市三江侗族自治区县厘金滩水电站、桂林市青狮潭电厂、崇左市大新县那岸水电站增效扩容改造工程等案例的技术分析，论述实施水电站增效扩容改造后产生的效益。关键字水电站；增效扩容改造；技术；效益中图分类号文献标识码文章编号1003-1510（2023）03-0120-04120广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）地工业发展，形成了以水发电、以电促工、以工生财的发展模式，促进了当地资源优势转化为经济优势，调整产业结构，增加就业机会。农村水电是县域经济重要组成部分。2.2响应国家乡村振兴战略老旧水电站通过增效扩容改造，带动周边产业，改善农村基础公共设施，加快农村现代化，为广大山区农民提供廉价的电力保障，促进家电下乡，繁荣农村市场，增加就业和转移农村劳动力，响应国家乡村振兴战略。2.3促进了农村公益事业发展我区许多乡镇、村委都以集体股份的形式入股农村水电站，形成农村集体所有制水电站，这些乡镇、村委分享农村水电的收益，既增强了农村集体经济，又直接增加了农民群众收入。乡镇、村委集体经济的增强，改善了当地农民在的教育、住房、医疗、交通和人饮条件，促进了农村公益事业发展。2.4改善了农村生产生活条件农村水电一直担负我区边远山区的供电，覆盖千家万户，提高了农村用电水平。同时农村水电建设中形成的水库库容，提高了山区防洪抗旱和农田旱涝保收能力，增强了农村基础设施，改善了农村生产生活条件。2.5在应急救灾中发挥了不可替代的作用农村水电分布式发供电系统在紧急情况下，发挥了“小、快、灵”的优势，当主电网发生应急事故停运的情况下，农村水电具备上网线路周边应急供电能力，能够迅速恢复供电，确保了党委、政府、医院、通信和电视台的用电，降低了灾害损失，维护了社会稳定。2.6促进了节能减排和生态环境改善我区农村水电缓解广西电网供电不足的同时，减少了化石燃料的消耗，通过发展农村水电，增加了农村电量供给，农村居民以电代柴，减少了薪柴砍伐，保护了森林植被，减少燃烧薪柴对大气产生的污染，减少碳排放，增设生态机组，促进了水生态环境的改善。3实施改造的政策及技术支撑农村水电站大多数设备比较老旧、损耗大、效率低，设备老化已严重影响水电站的安全及产能效益，同时由于广西上网电价偏低，电站自身负担重，无力依靠自身能力进行升级改造，存在众多安全隐患，用新技术，新工艺，高自动化程度来对电站进行增效扩容改造已是当务之急。水电站增效扩容改造，以提高综合能效和安全性能、促进水资源综合利用、维护河流健康为目标。改造内容应以机电设备更新改造为重点，并对影响发电效益、工程安全、河道生态和运行环境的挡水、泄水、引水、厂房等建筑物、金属结构及送出工程等进行必要的改造。增效扩容改造项目不增加原有机组台数，原则上不新增移民和永久占地。实施农村水电站增效扩容改造。一是可以发展可再生能源、促进节能减排，实现碳达峰和碳中和目标。二是可以消除工程安全隐患、保障公共安全。三是可以保障河道生态流量，修复河流生态。长期以来，农村水电为地方经济做出了重大贡献，但一些河流未按规定下泄生态流量，河流的生态亟待修复。四是可以促进农民增收，发展山区集体经济。“十三五”期间，水利部印发了 农村水电增效扩容改造河流生态修复指导意见，明确增效扩容项目实施目的为河流生态修复。“十四五”时期，重点工作为对水电站实施分类整改，开展小水电绿色改造和现代化提升。本质上仍然是坚持对小水电站开展技术改造，进一步推动小水电站进行转型升级。4技术及案例分析案例一：柳州市三江侗族自治区县厘金滩水电站增效扩容改造工程。改造技术要点：将电站原装机容量43.6 MW=14.4 MW，增效扩容改造为44 MW=16 MW。主要涉及机电设备改造，不对引水系统和发电厂房结构进行改造，对综合自动化监控系统改造，更换主变压器及高低压电气设备、直流系统、调速器；更换拦污栅清污机设备，对泄洪闸门进行防腐处理，对附属设施进行改造。运行效益分析：改造前，机电设备老化，损耗率高，设备技术性能低故障频发，停机维修率高，改造前3年平均发电量为5050万kWh。经过增效扩容改造后，机电设备运行稳定性、设备性能得到提高，机组出力潜力增强，设备损耗有效降低，设备故障停机率明显减少，水电站发电能力提高，改造后每年可增加发电量约1100万kWh，增效21.78%。案例二：桂林市青狮潭电厂3、4、5#机组增效扩121黄冠榕:广西农村水电站增效扩容改造技术及效益分析容改造工程。改造技术要点：将电站原装机容量23200 kW+15000 kW=11 400 kW，增效扩容改造为 24000kW+6000 kW=14 000 kW，主要涉及机电设备改造，主要更换3、4、5#机组转轮、底环、主轴密封、推力轴瓦、发电机空气冷却器、发电机转子线圈、厂房尾水廊道电动葫芦、主变压器。运行效益分析：青狮潭电厂3、4、5#机组增效扩容改造前装机容量为 23200 kW+15000 kW=11 400 kW，改造后3、4#机组额定装机容量增加到4000 kW，5#机组额定装机容量增加到6000 kW，3、4、5#机组总装机容量达到14 000 kW，在设计额定装机容量下机组保持稳定运行。改造前3年3、4、5#机组年平均发电量3344万kWh，改造后2020年实际发电量4356万kWh，增效30.26%。案例三：崇左市大新县那岸水电站增效扩容改造工程。改造技术要点：那岸水电站改造前后总装机容量维持16 000 kW，更换水轮机转轮，更换发电机定子铁芯和线圈、转子线圈和上机架冷却器；更换调速器及接力器、监控保护设备、高低压开关柜、户外开关设备及电力电缆；更换和改造附属设备；实施综合自动化监控系统和视频监视系统；金属结构维修维护；1机组尾水渠及下游河道疏渗、扩建副厂房及原厂房修缮等。运行效益分析：通过对水轮发电机组增效扩容改造、主要电气设备更新等，生产环境得到改善，机组出力增加，水能利用率提高，实现了综合自动化运行目标，解决了设备陈旧老化问题，设备运行可靠，机组故障率降低，职工劳动强度显著减轻，运行和维护成本降低。投运以来机组单机出力达4000kW，总出力达16 000 kW，在设计额定出力下机组保持稳定运行。改造前多年平均发电量为7003万kWh，改造后3年（2016-2018年）平均年发电量为9180万kWh，年均增加发电量2177万kWh，增幅达31%。5效益5.1经济效益5.1.1直接经济效益农村水电站通过开展增效扩容改造后，水轮发电机组的发电效率平均能够比原来增加10%左右，调节能力及最优发电效率区间都比原来要宽泛，对于“带病”发电的老电站实施改造，效果还能够更明显。通过小水电站技术改造，增加了发电量，并相应的增加发电经济收入。5.1.2间接经济效益实施农村水电站增效扩容改造还有其他间接经济效益。一是可以带动建材、机电设备制造业以及建筑工业等行业的发展，拉动地方经济发展，增加地方财政收入；二是增加水电装备制造业和相关行业就业岗位；三是有利于应对当前经济下行的经济环境；四是后减少了电站的维修率和故障率。5.2社会效益（1）增加地方的发电能力，改善新农村建设及地方经济发展对电力的需求缓解电力市场供求紧张局面，为电站地区的广大农村居民的用电提供保障，改善当地群众生产生活条，促进社会效益发挥。（2）可以为农村社会公共安全提供保障。电站通过开展增效扩容改造，可以替换老旧设备，降低风险运行，杜绝安全隐患，保障农村社会公共安全。（3）提高水能资源利用效率、增强防汛抗旱能力。广西通过实施农村水电增效扩容改造，可提高水能资源利用效率、增强防汛抗旱能力。改造电站在水资源的利用上，坚持优先保证当地农业生产、农民生活用水，余水发电的原则，提高水能资源的利用效率；改造后，还可以提高防洪抗旱能力，促进农业增产、农民增收，促进和改善防洪、除涝、抗旱、人畜饮水及灌溉等方面水利事业的发展，增加区域灌溉面积，解决部分人畜饮水困难问题。（4）落实乡村振兴战略重大决策部署。通过开展农村水电增效扩容改造，水电站经营者接收新的经营管理模式，通过股权分配、本地招工等模式创新经营，项目所在地的农村集体经济和地方人民受益，扩大再生产、转移农村劳动力、增加就业机会，可以一定程度的提高地方社会稳定度。另外，可以提高居民用电水平，加快农民脱贫致富步伐，为提高广西农村生活水平做出积极的贡献。5.3生态效益（1）减排作用明显。农村水电是清洁可再生能源，增效扩容改造提高水电站装机容量，增加了电力系统的供电能力和供电量，促进节能减排。“十三五”期间，广西农村水电站开展增效扩容改造后，年发电量增加28 014 kWh，这部分电量替代燃煤火电厂发电，按每10 000 kWh节约3.41 t标准煤计算，相当于每年节约87 963 t标准煤，按每吨标准煤122广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）燃烧产生2.57 t二氧化碳计算，每年可减少二氧化碳排放226 067 t。（2）减少薪柴砍伐，保护森林。广西实施农村水电站增效扩容改造后，可以增大电站所在地的供电范围，降低自供电价，促进地方农民多使用电，减少薪柴砍伐，巩固退耕还林成果，实现可持续发展的良性循环。（3）改善河流生态环境。广西实施农村水电站增效扩容改造后，通过开展水电站生态流血泄放设施改造，安装生态机组，优化梯级调度，可以改善项目所在地流域的生态环境，项目按要求下放生态基流，不使下游出现断流的现象，以保障人饮用水的基本要求，修复流域生态环境，促进人水和谐。6结语在广西实施农村水电站增效扩容改造工程，增加了电站的安全运行能力；改善了电站运行人员的生产条件；充分发挥工程的防洪效益，消除老旧电站存在的安全隐患，保障了水电站的公共安全；增加了农村水电发电能力，进一步为发展当地农村经济创造了条件；促进了节能减排，修复电站所在河流的生态。（责任编辑：刘征湛）Technical and benefit analysis for efficiency enhancement and capacityexpansion of rural hydropower stationHUANG Guan-rong(Guangxi Hydropower Administration Center,Nanning 530023,China)Abstract:Limited by the design and technical conditions as well as the manufacture level at that time,the hydropower stations constructed from 1950s to 1960s have problems of different degrees after decades of operation.Based onthe technical analysis of several hydropower station efficiency enhancement and capacity expansion projects such asLijintan Hydropower Station at Sanjiang Dong Autonomous County of Liuzhou City,Qingshitan Hydropower Plant inGuilin City and Naan Hydropower Station at Daxin County of Chongzuo City,the author demonstrated the benefits ofhydropower station capacity expansion project.Key words：Hydropower station;efficiency enhancement and capacity expansion;technique;benefit欢 迎 投 稿欢 迎 订 阅广西水利水电 微信公众号123