摘要：裝機容量選擇直接關(guān)系到電站投資和經(jīng)濟效益。引沁河口水電站經(jīng)過(guò)多次規劃設計，裝機容量從2000kW到18900kW.1992年，可研報告確定裝機容量9600kW，設計年發(fā)電量4680萬(wàn)kW·h.1994年9月電站建成投產(chǎn)，截止2002年8月，已累計發(fā)電3.6億kW·h，多數年份達到或超過(guò)了設計年發(fā)電量。引沁河口電站裝機容量確定對結合灌溉的灌區電站規劃設計提供了較好的參考。

　　關(guān)鍵詞：水電站設計 水電站裝機容量選擇 最優(yōu)設計 方案選擇 工程投資 工程效益

　　1基本資料

　　1.1流域概況

　　沁河發(fā)源于山西省沁源，流經(jīng)山西省安澤、沁水、陽(yáng)城、晉城至河南濟源市五龍口出太行山峽谷進(jìn)入平原，下行90km于武陟縣匯入黃河，總流域面積13532km²，河道全長(cháng)485km，落差1048m，平均比降2.16‰，水力資源十分豐富。

　　沁河的水利建設始于秦漢時(shí)代，下游廣利灌區為我國最古老的灌區之一。自50年代后期，沁河流域開(kāi)始了大規模開(kāi)發(fā)建設，修建了不少水利水電工程，主要有山西境內的拴驢泉水電站，河南境內的引沁濟漭灌區、廣利灌區及支流丹河上的青天河水庫及梯級電站。根據黃委會(huì )1990年提出的《沁河水資源利用規劃報告》，除干、支流中小型工程外，干流上規劃有山西境內的馬蓮圪塔、張峰，河南境內的河口村3座大型水庫，根據黃河防洪和兩省國民經(jīng)濟發(fā)展情況，分期實(shí)施。

　　1.2氣象與水文

　　1.2.1氣象

　　電站所在區域屬副熱帶季風(fēng)區大陸氣候，蒸發(fā)量較大，降雨量不多。實(shí)測多年平均降雨量692mm，多年平均蒸發(fā)量1843mm.降雨量主要集中在7月、8月、9月3個(gè)月，占全年降雨的56.7％，暴雨和洪水多發(fā)生在7月、8月2個(gè)月。

　　1.2.2徑流

　　沁河的徑流主要由降雨形成，電站渠首以上有部分泉水。沁河水文觀(guān)測始于1933年，但1949年以前資料斷續不全。距離總干渠渠首較近的測站是五龍口水文站，該站與總干渠渠首相距38km，控制流域面積9245km²，與渠首流域面積8750km²僅相差5.35％，五龍口站具有1953年以來(lái)實(shí)測日平均流量等資料。由于五龍口水文站至引沁總干渠渠首間有引沁總干渠、新利渠、廣惠渠等引水工程，因而需將區間引水流量還原至五龍口水文站，得出五龍口水文站1953年～1990年徑流系列，多年平均徑流量12.39億m³，多年平均流量39.3m³／s，與其它系列得出的結果（41.9m³／s～51.1m³／s）相差較大。經(jīng)分析系80年代以來(lái)徑流減少及上游山西境內用水逐年增加所致。因此采用本徑流系列進(jìn)行河口水電站水能計算是比較切合實(shí)際的。

　　1.3河口水電站與其它工程的關(guān)系

　　1）拴驢泉水電站。位于山西省晉城市境內，渠首控制流域面積8750km²，現裝機2×8750kW，設計為日調節水電站，1991年建成。

　　根據國務(wù)院（85）國函字59號文規定：為保證引沁灌區按設計流量引水，電站尾水后修建反調節工程。電站采用分期實(shí)施方案，首期建成拴驢泉徑流電站，發(fā)電尾水利用倒虹吸引至引沁總干渠，二期建成反調節工程，電站運行方式由徑流變?yōu)檎{峰。由此可見(jiàn)，無(wú)論近期遠期，拴驢泉電站均不影響河口電站發(fā)電效益。

　　2）引沁灌區。引沁灌區范圍包括濟源市、孟州市的各6個(gè)鄉鎮，以及洛陽(yáng)市吉利區，設計灌溉面積40萬(wàn)畝，由于灌區內蓄水工程少，渠道及建筑物年久失修，灌區效益不能充分發(fā)揮，目前保灌面積26萬(wàn)畝，年灌溉用水總量1.4億m³.1992年，引沁局提出了《引沁灌區配套改造工程設計任務(wù)書(shū)》，工程完工后，引沁灌區總需水量3.47億m³.河口電站系利用引沁灌區灌溉余水和引沁總干渠向下游廣利灌區分水發(fā)電，遵循結合灌溉，不影響灌溉的原則。

　　3）其它。根據1988年黃委會(huì )提出的《沁河水資源利用規劃報告》，沁河干流規劃有山西境內的馬蓮圪塔、張峰水庫，河南境內的河口村水庫。馬蓮圪塔水庫控制流域面積2727km²，總庫容4.78億m³，由于靠近上游，且水庫多年調節，對河口電站沒(méi)有大的不利影響，而張峰、河口村水庫由于工期長(cháng)、投資大，近期難以上馬，即使上馬，不會(huì )減少河口電站的年發(fā)電量，電站仍具有較好的經(jīng)濟效益。

　　2發(fā)電用水計算

　　2.1設計代表年選擇

　　根據五龍口水文站1953年～1990年共38年日平均流量資料，依據徑流年內分配不利和年平均流量接近的原則，選擇相應于頻率25％、50％、75％的豐、平、枯三個(gè)代表年及修正后的設計年平均流量如下：

　　頻率設計年平均流量代表年P(guān)＝25％（豐水年）48.6m³／s82.7～83.6P＝50％（平水年）34.5m³／s85.7～86.6P＝75％（枯水年）24.9m³／s60.7～61.6將五龍口水文站設計代表年日平均流量以引沁總干渠渠首流域面積（8750km²）與五龍口站流域面積（9245km²）之比0.946進(jìn)行修正，得出引沁渠首三個(gè)代表年的日平均流量資料（略）。

　　2.2發(fā)電用水計算

　　河口水電站系利用引沁總干渠向下游灌區分水和引沁灌區灌溉余水發(fā)電，其發(fā)電用水必須遵循以下原則和條件。

　　1）發(fā)電用水必須保證灌溉，結合灌溉；

　　2）引沁灌區與下游廣利等灌區的分水比例為6：4；

　　3）山西省拴驢泉電站在配套的反調節工程建成前為徑流發(fā)電；

　　4）引沁灌區設計灌溉水量為頻率75％年份的灌溉用水量，年總需水量3.47億m³；

　　5）引沁總干渠在電站取水口處的最大流量23m³／s，取水口以上渠道滲漏損失7％。

　　由公式Q＝Q₁－Q₂計算逐日發(fā)電用水流量。式中：Q—發(fā)電用水流量。Q₁—引沁總干渠引水流量，為渠首天然來(lái)水流量×0.93.Q₂—引沁灌區灌溉用水流量，即灌區頻率75％年份的灌溉需水流量。

　　根據以上原則和公式，可求得三個(gè)代表年逐日發(fā)電用水流量。

　　3裝機容量

　　3.1保證出力

　　3.1.1設計保證率

　　根據《小型水電站設計規范》，河口水電站系結合灌溉的電站，取電站設計保證率為75％。

　　3.1.2保證流量

　　根據所選三個(gè)代表年逐日發(fā)電流量繪制發(fā)電日平均流量歷時(shí)曲線(xiàn)，在曲線(xiàn)求查得到相應于設計保證率P＝75％的保證流量Q保＝5.07m³／s.

　　3.1.3保證出力

　　由公式N得＝A·Q保H平均計算電站保證出力為3802.5kW.式中：A—出力系數，根據機組綜合效率求得A＝7.5.Q�！�電站保證流量5.07m³／s.H平均—電站平均水頭（H平均＝100m）。

　　3.2裝機方案比較

　　河口電站系結合灌溉發(fā)電的無(wú)調節水電站，不承擔系統事故備用和負荷備用，機組檢修可有計劃地安排在灌溉期，因此電站裝機容量由最大工作容量（即保證出力3802.5kW）和季節容量?jì)刹糠纸M成，現根據不同的季節容量初選以下幾個(gè)裝機方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較，即：1）2×2500kW；2）3×2500kW；3）3×3200kW；4）4×3200kW4個(gè)方案。各裝機方案技術(shù)經(jīng)濟比較。

　　從比較可以看出，裝機3×3200kW方案，單位千瓦投資和單位電能投資均較低，結合引沁灌區現狀和灌區改造工程工期長(cháng)、投資大的實(shí)際，綜合分析確定引沁河口水電站裝機9600kW.

　　4結論

　　通過(guò)對沁河徑流、灌溉用水、發(fā)電用水分析計算，確定河口電站裝機9600kW.此方案與以前規劃設計方案提出2000kW、4000kW、6000kW及18900kW等比，均相差較大。據統計，自河口電站1994年9月投產(chǎn)運行以來(lái)，累計發(fā)電量已達3.6億kW·h.而1995年～2001年7年合計發(fā)電量3.2億kW·h，年平均達到4525萬(wàn)kW·h，接近設計多年平均發(fā)電量4680萬(wàn)kW·h，最多的2001年達5160萬(wàn)kW·h，最少的1997年達到3721萬(wàn)kW·h，充分說(shuō)明河口水電站裝機容量確定是合適的。