引水式水电站

　　中文名称：引水式水电站

　　英文名称：diversion type hydropower station

　　定义1：用引水道如明渠、隧洞、管道等集中河流的流量和水头的水电站。多建在坡度较陡的河段。应用学科：电力（一级学科）；电力规划、设计与施工（二级学科）

　　定义2：用明渠、隧洞、管道、渡槽等引水建筑物集中水头的水电站。应用学科：水利科技（一级学科）；水力发电（二级学科）；水能利用（三级学科）　

　　引水式水电站

　　diversion type hydropower station

　　自河流坡降较陡、落差比较集中的河段，以及河湾或相邻两河河床高程相差较大的地方，利用坡降平缓的引水道引水而与天然水面形成符合要求的落差(水头)发电的水电站。

　　水电站的装机容量主要取决于水头和流量的大小。山区河流的特点是流量不大，但天然河道的落差一般较大，这样，发电水头可通过修造引水明渠或引水隧洞来取得，适合于修建引水式水电站。

　　世界上已建成的引水式水电站，最大水头达1767m（奥地利赖瑟克山水电站）；引水道最长的达39km（挪威考伯尔夫水电站）。中国已建成的引水式水电站，最大水头为629m（云南以礼河第三级盐水沟水电站）；引水隧洞最长的为8601m（四川渔子溪一级水电站）。

　　引水式水电站可分为无压引水式水电站(图1)和有压引水式水电站（图2）。无压引水式水电站的引水道为明渠、无压隧洞、渡槽等。有压引水式水电站的引水道，一般多为压力隧洞、压力管道等。

　　引水式水电站的主要建筑物，根据其位置和用途，可分为以下三个部分。

　　首部枢纽建筑物有壅高河流水位及将水流引向引水道的挡水建筑物和导流建筑物，有清除污物、杂物和沉淀泥沙的建筑物，有时还有防冰设施和排冰的建筑物，如坝、拦河闸、引水道的进水口、拦污栅、沉沙池、冲淤和排冰设施。其中，有些建筑物可根据当地的地形、地质等条件，布置在首部枢纽或引水道的沿线。

　　引水道及其辅助建筑物在无压引水道上，常需布设雨水侧向溢流堰、拦沙槛，以及防止崩石、拦截泥石流等保护性工程措施；通常在引水明渠末端建前池或日调节池。在有压引水道的末端与压力水管之间，常设置调压室，以减少水击影响和改善机组的调节保证条件。

　　厂房枢纽包括压力水道末端及其以后的一整套建筑物。不论是有压引水式水电站或无压引水式水电站，厂房枢纽主要有水电站主厂房、水电站副厂房、水电站升压开关站、尾水道（明渠或隧洞）。其具体布置有三种方式：①首部布置是将厂房布置在引水道临近进水口的上段，具有较长的尾水隧洞；②中部布置是将厂房布置在引水道中段，引水与尾水道都较长；③尾部布置是将厂房布置在引水道末端附近，引水道很长，但尾水道很短，首部及中部布置均采用地下式厂房。尾部布置则可采用地面式厂房、地下式厂房或半地下式厂房（见水电站厂房）。具体布置方法根据地形、地质条件择优选定，并根据水电站运行条件决定是否在引水洞、尾水洞上设调压室。　

　　在河流比降较大、流量相对较小的山区或丘陵地区的河流上,当可在较短的河段中,以较小尺寸的引水道取得较大的水头和相应的较大发电功率时，建设引水式水电站常是经济合理的。有时采用裁弯取直引水或跨流域引水，也可建造经济合理的引水式水电站。在丘陵地区，引水道上下游的水位相差较小，常采用无压引水式水电站；在高山峡谷地区，引水道上下游的水位相差很大，常建造有压引水式水电站。与坝式水电站相比，引水式水电站引用的流量常较小，又无蓄水库调节径流，水量利用率较差，综合利用效益较小。但引水式水电站因无水库淹没损失，工程量又较小，单位造价往往较低，常成为其主要优点。

　　 安吉县位于浙江省西北部，是一个有着较为丰富 小水电资源的山区县，理论蕴藏量77MW，可开发量62.1MW。

　　安吉县小水电开发建设始于20世纪50年代，到2005年底，全县已建成各类小水电站112座，总装机46MW，占可开发量的74%。在已建电站中，除24座为有水库调节的坝后式或混合式电站外，其余都是无调蓄能力的引水式径流电站，且60%是建于20世纪80年代及以前的老电站。

　　引水式径流电站，具有投资省、见效快、工程简单的特点。但是，由于无调蓄能力，季节性弃水较多，加上调峰能力基本没有，从而使得经济效益相对较差。此外，老电站设计保守、装机偏小、机电设备和水工设施老化严重，本身效益也呈逐年下降趋势。因此，为充分发挥这些建成电站的经济效益，针对存在的问题，安吉县从20世纪90年代开始，采用工程技术等措施，实施引水式电站提效工程。十几年来，取得了明显成效。

　　1提高引水式电站经济效益的措施

　　1.1采用先进技术，进行技改增容或报废重建

　　由于安吉县引水式小水电站开发较早，因此运行年限在25年以上的老电站较多。这些电站，由于运行年限长，水工设施和机电设备老化现象严重，效率低，水资源浪费大，经济效益逐年下降。针对此类电站，安吉县主要采用技改增容或报废重建的方法来提高经济效益。如安吉县章村石门电站，建于1974年，水头166m，原装机160kW，多年平均上网电量480Mwh，2001年采用报废重建的方式进行改造。改造后，扩容至820kW。由于采用了各项性能指标较为先进的水轮机，单位电能水耗由原来的3.15m3/kwh降低到了2.6m3/kwh，由此每年可多发电100Mwh，年增收4.5万元。此外，由于装机的扩大，每年还可多利用季节性来水100万m3，增加发电量380Mwh，增收17万元，效益十分明显。又如安城电站（装机2×1MW），1998年采用性能优越的551水轮机转轮替换原A112转轮，水轮机效率由原来的0.85提高到0.935，仅此一项，每年就可多发电1.2Gwh，年增收52万元。

　　1.2扩机增容，提高电站来水利用率

　　安吉县引水式电站大都位于该县西南山区的报福和章村两镇，两镇均处于暴雨中心，年内季节性来水丰沛。由于一些早期建成的水电站集雨面积较大，而原设计利用小时较高，装机偏小，造成丰水期弃水较多，影响了电站效益。针对这一问题，安吉县采用扩机增容，提高来水利用率的方法来增加电站发电量，提高经济效益。如报福镇建于1976年的洪家一级电站，利用深溪流域（年均降水量1650mm）来水发电，上游集雨面积36km2，设计水头83m，原装机2×160kW，年均发电设备利用小时为4000小时，发电量1.28GMwh，年均利用上游来水734万m3，只占年均来水的12%，大量季节性来水都白白浪费掉了。针对这一问题，该电站于1993、1995、1998年，分三期进行了扩机增容，总装机容量增至1.32MW。扩容后，年均发电量增至3.3Gwh，年均利用来水1892万m3，比原来多利用来水1158万m3，年发电效益增加158%。

　　1.3扩大前池容量，提高电站峰电比例

　　安吉县从2000年开始对小水电站上网电量实行峰谷电价政策，峰谷电价比2∶1，电量比65∶35。由于引水式电站无调蓄能力，无法达到供电部门规定的峰电比例而导致收益下降（原按上网均价结算）。基于此，对地形条件允许和地理位置合适的电站，采用扩大前池容量或增建蓄水点的办法来提高调蓄能力，多发峰电。如山川乡大理电站，水头95m，装机175kW，1996年将前池容量扩大到5400m3，满蓄可调蓄5小时的发电水量（不完全日调节），从而将峰电比例从58%提高到73%，年均增发峰电65Mwh。此外，由于前池的扩大，还可多利用季节性来水多发电100Mwh，改造效益明显。又如上墅乡小岭头电站，水头146m，装机200kW，将与前池（因地形限制，容积较小）连接引水隧洞断面扩大作为前池付池的办法，增加蓄水720m3，年均增发峰电约80Mwh。

　　1.4跨流域引水，提高年均发电量

　　引水式径流电站，来多少水发多少电，丰水期雨量充沛，机组都可以满负荷运行，而枯水期来水少，一般只能发到机组额定容量的1/2甚至1/3。低负荷运行不但工况差，机组损耗大，而且效率低，单位电能水耗大。针对这一问题，为提高径流电站枯水期来水量，安吉县在地理位置、地形条件较好的电站，采用跨流域引水的办法来增加枯水期来水量，从而提高电站经济效益，并改善机组运行工况，延长机组使用时间。如原利用景溪流域来水发电的报福镇石岭电站，水头108m，装机2×500kW，1997年采用开挖明渠、跨河架设涵管的办法，将上墅乡双溪口电站（利用上墅乡董岭溪来水）发电尾水引入石岭电站进水渠，枯水期增加引用流量0.19m3/s，利用来水68万m3，年均多发电150Mwh，增收6.75万元。又如章村双渔塘一级电站（水头205m，装机2×250kW），利用有利地形开凿隧道，跨流域引用3.4km2集雨面积径流，年增加枯水期来水量170万m3，增发电680Mwh，增收约26万元。

　　1.5选择合适位置，增建渠旁电站，提高来水利用率

　　对于利用上级电站尾水发电，上级下泄流量大，本级引用流量小，弃水多，而引水渠道长，利用引水渠途中落差兴建渠旁电站的办法来减少弃水，提高来水利用率。安吉县则采用选择合适位置，如孝丰电站（1998年前装机2×800kW），引水渠长9.8km，利用上游老石坎水库电站（1998年前装机1×2MW+1×800kW）尾水发电，由于两站引用流量不匹配（老石坎电站额定工况下泄13m3/s，孝丰电站仅可利用6.5m3/s），造成弃水。1998年，该站在引水渠回龙桥退水闸位置（距渠首2km）兴建了一座低水头（5.6m）电站，利用多余来水发电。电站装机125kW，水头5.6m，流量3m3/s，每年可利用来水4536万m3，发电520Mwh，增收约24万元。又如安城电站（装机2×1MW），利用上游赋石水库电站（装机3×1.8MW）尾水发电，引水渠长25km，额定工况下赋石电站下泄25m3/s，而该站仅可利用9.6m3/s。2004年，安城电站在引水渠瓦屋冲退水闸处（渠首下2.4km）投资100万元，兴建了一座装机400kW的电站（水头7.5m），引用流量6.8m3/s，从而将来水利用率提高了27%，年发电600MWh，年均增收27万元。

　　1.6加大管理力度，向管理要效益

　　除了采取工程技术措施提高引水式电站经济效益外，安吉县还十分注意向管理要效益，采取了以下措施。

　　在农村小水电承包中，努力调动承包人发峰电的积极性。为提高峰电比例，增加电站收益，在承包合同中，明确拉开发峰电与发谷电的报酬。如山川乡仙佰坑电站，承包人的工资报酬直接与上网电量挂钩，上网电量基数按0.018元/kWh计发工资；其超发部分，按0.08元/kWh计付奖励工资。为鼓励多发峰电，又将工资按当地供电部门要求的峰谷电量比（65∶35）计算分解，基数中，发峰电按0.02元/kWh，发谷电0.011元/kWh计付工资；超基数电量中，按发峰电0.097元/kWh、发谷电0.048元/kWh计发超产工资。采取这一措施后，承包人发峰电的积极性大大提高，一年中平、枯水期，努力做到尽量少发或不发谷电，利用前池蓄水量，勤蓄勤发峰电，从而使近几年该电站的峰电比例平均保持在70%左右，电站收益增加，承包人也获得了较高收入。

　　加大对电站运行的监督力度，减少无谓弃水现象。近十年来，安吉县所建农村引水式径流电站基本上都是股份合作制电站，投资者有村集体、村民、县有关部门等。此类电站，由于利益涉及面广，为加大对电站的监督提供了有利条件。

　　由股东单位联合组成检查组，平时采用不定期抽查的办法，来减少弃水现象的发生。如发现某电站发生无谓弃水，则对该电站当值运行工采取每发生一次扣罚100元的处罚措施。

　　发挥广大股民的积极性，如发现电站无谓弃水，及时向电站董事会或管理小组举报，以及时制止和纠正此类现象，减少电站发电损失。

　　提高人员技术业务素质，确保电站高效、安全、可靠运行。任何工作的好坏，都和人的素质有密切的关系，而且是重要的因素之一。因此，安吉县为提高引水式电站经济效益，历来十分重视对农村电站（大都为引水式电站）运行工的业务培训工作，每年都要举办1～2次小水电运行工业务培训班，努力提高运行工的技术业务素质，使他们能不断提高运行操作、发现问题和解决问题的能力，保证电站能高效、可靠运行，提高电站经济效益。此外，因安吉县小水电站现在都并电网运行，电站的安全直接关系到电网的安全和电站本身效益。因此，从1997年开始，安吉县除对电站运行工培训发放“水电站机电运行工合格证”外，每年还和供电部门一起举办进网电工培训班，并要求运行工必须持“双证”上岗。

　　2结语

　　安吉县通过采用上述措施，有效地弥补了引水式电站存在的先天不足，提高了电站的经济效益，保证了投资者的利益，并使水力资源得到了较充分的利用。上述做法和效果，也为其他类似电站提供了较为成功的、可供借鉴的经验，有推广应用价值。