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大坝认知丨龙羊峡:环保能源新典范

龙羊峡 水电站
三峡小微、《中国三峡》2021年第11期

龙羊峡水电站位于青海省共和县与贵德县之间的黄河干流上,总装机128万千瓦,单机容量32万千瓦,修建于上世纪七八十年代。工程主体施工处于我国改革开放初期,国家经济基础相对薄弱,施工手段仍相对落后,机械化程度不高,加之地处青藏高原,空气缺氧,树无一株,房无一间,施工条件极其艰苦。但工程建设者硬是凭着肩挑背扛,在当时的年代,创下了黄河第一坝、亚洲最大的大坝、单机容量最大、海拔最高电站以及中国最大的人工湖等多个第一。

龙羊峡水电站地理位置图。制图:田宗伟

龙羊峡水电站见证了国家励精图治建设大型水利工程的决心,体现了社会主义制度的优越性,代表了上世纪80年代中国水电建设和机电制造的最高水平。那个时候的龙羊峡水电站,如同今天的三峡工程,是一个时代的符号,是国家的骄傲。

龙羊峡水电站全景图。 摄影:王国栋

龙羊峡水电站从1976年开始建设,4台机组于1987年12月至1989年6月间相继投产发电;泄水建筑物的底孔深孔中孔在1987年至1989年间相继投入使用;从1987年12月首台机组投产发电算起,至今已运行33周年,其发电、防洪、防凌、供水、灌溉、旅游等多种效益十分显著。

当年1号机组转子吊装。 摄影:张勇

进入新世纪,减排温室气体成为各国共识,发展清洁能源成为国家战略。

龙羊峡水电站所在的青藏高原太阳能资源丰富,但太阳能光伏发电受日夜交替、天气变化影响,具有间歇性、随机性、波动性的特点。国家电投黄河公司想到了“水光互补”,他们设想把光伏所发之电送到水电站,通过水电站的监控系统,监控光伏发电的电能质量。光伏电能质量下降时,通过水轮机的快速调节,消除光伏电能的波动性,再将互补后的两个电站的组合电能送入电网。

他们选择试验的首座水电站就是龙羊峡水电站。龙羊峡水电站装有4台单机容量为32万千瓦的水轮发电机组,总装机容量128万千瓦,正常蓄水位2600米,库容为247亿立方米,调节库容为193.5亿立方米,无论是单机容量还是水库库容,都具有良好的调节性能,“水光互补”条件优越。他们选择的光伏场是位于龙羊峡水电站上游36公里的黄河北岸的塔拉滩(南州共和县境内),建成投产后,计划通过龙羊峡水电站330千伏出线,向电网提供两个电站互补后的组合电能。

龙羊峡水库山峥嵘、水碧绿。 摄影:张勇

2013年5月,光伏场首期32万千瓦开始建设,同时对水电站设备接入光伏后的适应性进行研究,编制水光互补协调运行试验方案及程序。同年12月,一期32万千瓦太阳能光伏电站建成。2014年2月,开始进行水光互补协调运行试验。试验证明,水电、光伏联合发电在短期、长期内均具有良好的互补特性。相较于不稳定的光电,水库的调节能力强,在电网需求较大时可加大水库下泄流量以获得更多的水电出力,而在负荷低谷期则可适当减小下泄来控制水电出力,从而降低光伏发电并网带来的电网运行压力,提高水电外送通道效益。2014年12月,二期53万千瓦太阳能光伏项目开始建设,2015年6月,两期共85万千瓦的龙羊峡水光互补光伏电站全部并网发电。

位于龙羊峡水电站上游黄河北岸的塔拉滩光伏场。 摄影 李鑫业

龙羊峡水电站中控室的工作人员介绍说:“通过系统对光伏发电情况的监视,在监控屏上可以看到,光伏发电负荷曲线从早晨7点02分开始逐渐升高,在15点21分达到最高,从曲线图上我们可以很清楚地看到,受云层的影响,光伏曲线也在发生变化。今天龙羊峡水电站四台机组全部运行,发电量是3052万千瓦时,光伏的发电量133.435万千瓦时。如果你们能在中控室待上一个整天,你们就能从大屏幕上看到,当云层飘过时,光伏电站出力下降,水轮机组是怎样加大出力补空,而当夜晚来临,光伏电站出力为零,白天停机的水电机组又是怎样启动起来填补缺口的。这样你们就能理解水电是怎样将光伏原本间歇、波动、随机的锯齿形调整为均衡安全、平滑稳定电源的了。”

电站运行人员郭艳敏介绍说:“联合运行初期人们普遍担心龙羊峡水电站的调峰调频性能会因此受到影响,但通过这些年水力发电与光伏发电联合控制的运行实践我们发现,龙羊峡水电站送出线路的利用率和经济性提高了,年利用小时由原来的4621小时提高到了5019小时。”

龙羊峡水电站中控室。 摄影:李龙水光互补的优势不仅体现在电源稳定性提升和经济效益提高上,在生态环境保护方面也有具有明显效益。

国家电投黄河公司水情专家曹光明介绍:“专家们经过测算,龙羊峡水光互补光伏电站一年可发电14.94亿千瓦时,相当于一年节约标煤46.46万吨,减少二氧化碳排放约122.66万吨、二氧化硫约3944.16吨、氮氧化合物364.87万吨。而我们普通百姓能看到的是,光伏板使子阵区风速下降了50%、蒸发量减少了30%,草地的涵水量大大增加,土地荒漠化得到有效遏制。” 光伏电站是否只适宜建在大库容水电站附近呢?其实不是。国家电投黄河公司龙羊峡发电分公司总经理黄青刚表示,水光互补技术对水电站调节库容的要求并不高,具有一定库容的水电站均可配置,具有广泛的推广价值。他说:“以1万千瓦的光伏电站计算,100米坝高、耗水率3立方米/千瓦时的水电站即可匹配,水电站所需日调节库容量只需13.15万立方米;如果是20米坝高、耗水率20立方米/千瓦时的水电站,日调节库容量约为87.67万立方米。”

当年龙羊峡大坝浇筑施工。 摄影:张勇龙羊峡水电站是我们国家改革开放初期在高海拔地区建设的大型水电站,代表了当时我们国家水电建设和机电制造的最高水平。近些年来,龙羊峡水电站又频频出现在媒体上,它成功解决了光电风电等间歇式能源带来的对电网稳定运行和电力调配的影响,创新性地实现了传统能源与新能源有效协调运行,使我国水光互补发电走在了世界前列,成为当今环保能源的新标杆。

(本文首发于《中国三峡》2021年第11期,节选有改动。)

评论
刘海飞123
学士级
已阅读
2022-11-14
澜荠儿
举人级
龙羊峡水电站见证了国家励精图治建设大型水利工程的决心,体现了社会主义制度的优越性,代表了上世纪80年代中国水电建设和机电制造的最高水平
2022-11-14
科普中国俄体镇023
少傅级
2022-11-14