梯級(jí)水電站

水力發(fā)電的出現(xiàn)，始于1880年（庚辰年）前后。當(dāng)時(shí)法國(guó)的塞爾美茲制糖工廠、英國(guó)的下屋化學(xué)工廠、美國(guó)的可拉礦山等都建立了小規(guī)模水電廠，主要用于自備的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。1882年前后，在美、英、法等國(guó)出現(xiàn)了專門供電的水電廠，其中以大發(fā)明家愛(ài)迪生在美國(guó)威斯康星州創(chuàng)建的亞伯爾水電站較為著名，（水頭3米裝機(jī)10．5千瓦），故常常把它作為水電站誕生的正式代表。在水電站創(chuàng)建的第一個(gè)10年，容量一般都很小。如瑞典1882年建立的該國(guó)第一座水電站，只有3馬力的容量；日本在1889年建立的該國(guó)第一座水電站也只有65馬力的容量。在水電站發(fā)展的第二個(gè)10年，裝機(jī)容量開(kāi)始有較大增長(zhǎng)。1892年，美國(guó)奈亞格拉水電站建成，安裝了11臺(tái)4000千瓦水輪發(fā)電機(jī)；1895年，美國(guó)尼加拉水電站發(fā)電，裝機(jī)達(dá)14．7萬(wàn)千瓦。1895年，在法國(guó)下羅納河建成圣克來(lái)水電站，裝機(jī)10．7萬(wàn)千瓦。在以后的兩個(gè)10年中，水電站規(guī)模迅速擴(kuò)大，裝機(jī)容量發(fā)展很快，美國(guó)的密西西比河從1913年至1930年的17年中，水電站裝機(jī)從14．7萬(wàn)千瓦發(fā)展到965萬(wàn)千瓦，增加了65倍。前蘇聯(lián)在此期間也修建了裝機(jī)達(dá)55．8萬(wàn)千瓦的第聶伯水電站。但是，水電站發(fā)展的前40年中，多數(shù)國(guó)家都處于單目標(biāo)、單個(gè)電站孤立開(kāi)發(fā)、獨(dú)立管理的狀態(tài)。唯有日本在20世紀(jì)的前30年中出現(xiàn)了按河流水系進(jìn)行梯級(jí)開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)，并取得了較好的成效。但是，當(dāng)時(shí)也沒(méi)有明確提出對(duì)河流進(jìn)行梯級(jí)開(kāi)發(fā)的概念。

1933年，美國(guó)在田納西河流域的開(kāi)發(fā)方案中首次提出多目標(biāo)梯級(jí)開(kāi)發(fā)的主張，并加以實(shí)施。此后，康伯蘭河、密蘇里河、哥倫比亞河、科羅拉多河、阿肯色河等相繼按照田納西 河的開(kāi)發(fā)方式進(jìn)行多目標(biāo)梯級(jí)開(kāi)發(fā)。

與此同時(shí)，前蘇聯(lián)在1931年到1934年間完成了伏爾加河的梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃，并付諸實(shí)施。

水力發(fā)電發(fā)展的第二個(gè)40年，是梯級(jí)開(kāi)發(fā)迅猛發(fā)展的時(shí)代。大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家在這一時(shí)期都以開(kāi)發(fā)水能作為自己國(guó)家能源建設(shè)的重點(diǎn)，優(yōu)越的水電電源點(diǎn)大都獲得了開(kāi)發(fā)。

發(fā)達(dá)國(guó)家水電建設(shè)從20世紀(jì)70年代以后開(kāi)始走向平穩(wěn)發(fā)展時(shí)代。而拉美一些發(fā)展中國(guó)家則從60年代開(kāi)始了水電建設(shè)的高潮，梯級(jí)開(kāi)發(fā)進(jìn)展很快。巴西在1958年到1986年的28年中，對(duì)巴拉那河及其支流進(jìn)行了一連串梯級(jí)開(kāi)發(fā)，共建成梯級(jí)電站17座，總庫(kù)容為179．22億立方米，總裝機(jī)達(dá)3958萬(wàn)千瓦。這使它從1950年的水電裝機(jī)154萬(wàn)千瓦居世界第12位躍居為世界第5位。

世界上梯級(jí)水電站開(kāi)發(fā)建設(shè)最完善的有美國(guó)和加拿大境內(nèi)的哥倫比亞河，干支流共建42座梯級(jí)、總裝機(jī)達(dá)3335萬(wàn)千瓦，是世界上梯級(jí)數(shù)最多的河流；

巴西和阿根廷、巴拉圭等國(guó)境內(nèi)的巴拉那河，干支流共建30座梯級(jí)，總裝機(jī)達(dá)4854萬(wàn)千瓦，是世界上裝機(jī)容量最大的河流；

蘇聯(lián)的葉尼塞河，干支流共建梯級(jí)9座，總庫(kù)容達(dá)4679億立方米，是世界上水庫(kù)庫(kù)容最大的河流；還有蘇聯(lián)的伏爾加河，法國(guó)的羅納河，加拿大的拉格朗德河，美國(guó)的密西西比河，歐洲的萊茵河、多瑙河等梯級(jí)水電站的開(kāi)發(fā)建設(shè)都很有特點(diǎn)，不僅獲得了巨大的水電能源，而且獲得了綜合的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

我國(guó)水力發(fā)電起步雖然較晚，但梯級(jí)開(kāi)發(fā)的嘗試卻并不比國(guó)外落后多久。1912年，在云南昆明滇池的出口上建造了我國(guó)第一座水電站――石龍壩水電站，安裝了兩臺(tái)240千瓦的水輪發(fā)電機(jī)。1936年，開(kāi)始對(duì)四川長(zhǎng)壽境內(nèi)的龍溪河進(jìn)行梯級(jí)開(kāi)發(fā)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。但因處于戰(zhàn)爭(zhēng)動(dòng)亂中，到解放時(shí)僅完成了很少部分工程。新中國(guó)建立后，河流水能資源的梯級(jí)開(kāi)發(fā)迅速發(fā)展。1959年建成了龍溪河梯級(jí)水電站，1973年建成了古田溪梯級(jí)水電站，1972年建成了以禮河梯級(jí)水電站，1980年建成了貓?zhí)犹菁?jí)水電站，1986年建成了田洱河梯級(jí)水電站。但是，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的限制以及體制、政策方面的原因，新中國(guó)建立后的前30年，水力發(fā)電事業(yè)總的來(lái)說(shuō)發(fā)展規(guī)模并不大。已開(kāi)發(fā)建成的梯級(jí)電站都是中小型河流。迄今為止尚無(wú)一條大型河流完全實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)開(kāi)發(fā)。改革開(kāi)放以來(lái)，特別是最近10年，水電開(kāi)發(fā)日益引起各方面重視，梯級(jí)電站建設(shè)出現(xiàn)新的勢(shì)頭。黃河上游梯級(jí)經(jīng)過(guò)50年的開(kāi)發(fā)建設(shè)，已建成5座大中型電站，形成312億立方米的庫(kù)容和擁有 300萬(wàn)千瓦的裝機(jī)。紅水河梯級(jí)、大渡河梯級(jí)、岷江梯級(jí)正在開(kāi)發(fā)建設(shè)之中。金沙江主要支流，雅礱江梯級(jí)開(kāi)發(fā)和南向水系瀾滄江梯級(jí)開(kāi)發(fā)也拉開(kāi)了序幕。金沙江干流、烏江干流的開(kāi)發(fā)也在計(jì)劃之中。如果水電開(kāi)發(fā)的政策和體制能夠不斷完善，中國(guó)的水能資源的梯級(jí)開(kāi)發(fā)將會(huì)以前所未有的速度發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)將會(huì)得到充足的、廉價(jià)的、衛(wèi)生的、可靠的能源供應(yīng)。

由于梯級(jí)電站的運(yùn)行工況具有上述基本特征，它的管理就面臨一些特殊問(wèn)題。這主要是：

衡量一個(gè)河流梯級(jí)的效益大小，不在于梯級(jí)中個(gè)別電站的效益大小。一個(gè)梯級(jí)總廠的整體效益大于該梯級(jí)內(nèi)各個(gè)電站效益之和。這個(gè)道理是顯而易見(jiàn)的。因此，梯級(jí)電站的管理應(yīng)該把整個(gè)梯級(jí)的宏觀效益放在首位。首先，在調(diào)度管理上，必須在梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度的前提下再進(jìn)行電站和機(jī)組間的優(yōu)化調(diào)度和負(fù)荷分配，使水能資源利用最充分、最合理，機(jī)組設(shè)備的利用效率最高；其次，在檢修管理上，要求整個(gè)梯級(jí)檢修設(shè)施總量最小，人員最精、效率最高，避免重復(fù)建設(shè)、設(shè)備閑置和人員分散浪費(fèi)；第三，在后勤管理上，生活基地、福利設(shè)施應(yīng)相對(duì)集中、統(tǒng)籌規(guī)劃等等。這些，都是涉及梯級(jí)管理的整體效益問(wèn)題。

由于梯級(jí)電站運(yùn)行時(shí)要彼此受到制約和影響，因此，各梯級(jí)電站之間的安全也息息相關(guān)。梯級(jí)電站在管理中必須考慮整個(gè)河流梯級(jí)的安全問(wèn)題，由此來(lái)決定上下游各級(jí)電站的安全運(yùn)行方式和在危急時(shí)刻的操作方式。這也是梯級(jí)電站管理中的特殊而重要的問(wèn)題。

如果梯級(jí)電站實(shí)行集中管理，是否具備集中管理所要求的基本條件，這就是梯級(jí)管理的整體可行性問(wèn)題。集中管理要求在技術(shù)上解決好遙測(cè)、遙訊、遙控、遙調(diào)手段配套可靠，調(diào)度、通訊手段暢通可靠，水工建筑、機(jī)組設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量可靠；還要解決好交通道路和運(yùn)輸能力，保證管理中心與各站之間、站與站之間不可須臾中斷的生產(chǎn)聯(lián)系和調(diào)度指揮。如果上述基礎(chǔ)條件不具備，則說(shuō)明該梯級(jí)電站還不具備集中管理的條件，即整體可行性條件不足。

水能是一種可再生能源，是一種很經(jīng)濟(jì)、很清潔的能源。我國(guó)水能理論蘊(yùn)藏量為6．8億千瓦，居世界首位。由于自然條件和技術(shù)上的原因，必須對(duì)河流進(jìn)行分段開(kāi)發(fā)。即，自河流的上游起，由上而下地?cái)M定一個(gè)河段接一個(gè)河段的水利樞紐系列、呈階梯狀的分布形式，這樣的開(kāi)發(fā)方式稱為梯級(jí)開(kāi)發(fā)。通過(guò)梯級(jí)開(kāi)發(fā)方式所建成的一連串的水電站，稱為梯級(jí)式水電站。

上述概念是一般的概念。實(shí)際生活中常說(shuō)的梯級(jí)水電站，著重是指水能資源開(kāi)發(fā)中，相鄰聯(lián)系比較緊密、互相影響比較顯著、地理位置相對(duì)比較靠近的水電站群。當(dāng)河流比較長(zhǎng)、上下游相距很遠(yuǎn)時(shí)，我們則把它分成河段來(lái)考察，如黃河上游、岷江上游等，以便更好地揭示梯級(jí)電站的整體功能和有機(jī)聯(lián)系。

河流實(shí)行梯級(jí)開(kāi)發(fā)，梯級(jí)水電站的工作狀況同非梯級(jí)開(kāi)發(fā)的個(gè)別獨(dú)立運(yùn)行電站就有很大的差別，具有獨(dú)立運(yùn)行電站所沒(méi)有的一些工況特征，這主要是：

梯級(jí)水電站對(duì)河流的水能利用特征非常明顯：在水頭利用上，是分級(jí)開(kāi)發(fā)、分段利用；在水量利用上是多次開(kāi)發(fā)、重復(fù)利用，因此，在上下梯級(jí)之間表現(xiàn)出明顯的相互影響的制約。　由于整個(gè)梯級(jí)都受到上游來(lái)水的影響、下游梯級(jí)都受到上游水庫(kù)調(diào)節(jié)能力的制約、下一梯級(jí)受到上一梯級(jí)運(yùn)行工況的制約，因此梯級(jí)電站的調(diào)度不僅有各個(gè)電站的合理運(yùn)行調(diào)度問(wèn)題，而且有整個(gè)梯級(jí)的優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題。所以，梯級(jí)電站必須實(shí)行整個(gè)梯級(jí)的統(tǒng)一調(diào)度，在滿足系統(tǒng)所給定的負(fù)荷曲線前提下，實(shí)行各個(gè)梯級(jí)站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，以便合理利用水力資源，提高水能利用率

一個(gè)河流梯級(jí)往往有多個(gè)電站，電站之間都相隔一定距離，廠區(qū)比較分散，戰(zhàn)線拉得較長(zhǎng)，這就使生產(chǎn)指揮受到種種限制。如果各個(gè)電站開(kāi)發(fā)方式、布置型式、機(jī)組型號(hào)和容量不一樣，這又使得生產(chǎn)技術(shù)管理復(fù)雜化。由于電站分散、生產(chǎn)和生活設(shè)施也相對(duì)分散，這就使得后勤管理比較復(fù)雜。為了適應(yīng)對(duì)梯級(jí)電站統(tǒng)一管理的要求，對(duì)梯級(jí)電站廠區(qū)內(nèi)的道路交通、通訊設(shè)施和其它管理技術(shù)手段也有很多特殊的要求?？傊?，梯級(jí)電站的生產(chǎn)管理必須有效解決好電站分散與管理集中之間的矛盾。

這主要指梯級(jí)電站與系統(tǒng)的關(guān)系問(wèn)題，同時(shí)也涉及與所在地方之間的聯(lián)系。如果整個(gè)梯級(jí)同屬于一個(gè)電網(wǎng)，這種聯(lián)系相對(duì)單純一些。如果一個(gè)梯級(jí)分屬于不同的電網(wǎng)，那么梯級(jí)管理中的利益沖突與調(diào)節(jié)將是十分重要的問(wèn)題。即便是屬于同一個(gè)電網(wǎng)，如果構(gòu)成梯級(jí)的電站所有權(quán)不一致，那么，也應(yīng)十分慎重地處理好電站――梯級(jí)――系統(tǒng)三者之間的利益關(guān)系。由于梯級(jí)電站跨越好幾個(gè)市縣甚至好幾個(gè)省區(qū)，這又涉及到不同地方之間的利益關(guān)系。這種關(guān)系不僅是電量分配問(wèn)題，而且涉及利稅分配、水量分配、防洪安全、環(huán)境影響等多方面問(wèn)題。

本書(shū)就流域梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行相關(guān)問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，系統(tǒng)地對(duì)梯級(jí)水電站群的聯(lián)合運(yùn)行模式、徑流預(yù)測(cè)、洪水預(yù)報(bào)、運(yùn)行自動(dòng)化系統(tǒng)等進(jìn)行了分析。全書(shū)共分6篇21章，其內(nèi)容主要包括國(guó)內(nèi)外流域梯級(jí)水電站群運(yùn)行管理、我國(guó)流域梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)與運(yùn)行管理現(xiàn)狀、流域梯級(jí)水電站群聯(lián)合運(yùn)行的必要性和可行性分析、流域梯級(jí)水電站群運(yùn)行管理模式探討，年徑流預(yù)測(cè)、月徑流預(yù)測(cè)、日徑流預(yù)測(cè)，流域梯級(jí)水電站群中長(zhǎng)期聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行、流域梯級(jí)水電站群短期聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行、水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、流域梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行算法，流域梯級(jí)水庫(kù)群防洪運(yùn)行、流域洪水預(yù)報(bào)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及水文站網(wǎng)布設(shè)、水情信息采集、水情信息傳輸、水情預(yù)報(bào)系統(tǒng)，流域梯級(jí)水電站群運(yùn)行自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信方式等。

本書(shū)可作為電力系統(tǒng)、水電廠、流域水電開(kāi)發(fā)公司運(yùn)行管理人員、電力營(yíng)銷人員、電力市場(chǎng)研究人員和高等院校有關(guān)專業(yè)師生的參考書(shū)籍。

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本書(shū)對(duì)流域梯級(jí)水電站群運(yùn)行管理模式，梯級(jí)水電站群快速聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行理論、方法、應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究與分析，既有理論上的創(chuàng)新，又具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性，是我國(guó)開(kāi)展流域梯級(jí)水電站群聯(lián)合運(yùn)行研究與應(yīng)用的重要成果，并會(huì)對(duì)我國(guó)流域梯級(jí)水電站群聯(lián)合運(yùn)行的推動(dòng)發(fā)揮重要作用。