摘要：裝機容量選擇直接關系到電站投資和經(jīng)濟效益。引沁河口水電站經(jīng)過多次規(guī)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kW·h.1994年9月電站建成投產，截止2002年8月，已累計發(fā)電3.6億kW·h，多數(shù)年份達到或超過了設計年發(fā)電量。引沁河口電站裝機容量確定對結合灌溉的灌區(qū)電站規(guī)劃設計提供了較好的參考。

　　關鍵詞：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、陽城、晉城至河南濟源市五龍口出太行山峽谷進入平原，下行90km于武陟縣匯入黃河，總流域面積13532km²，河道全長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代，下游廣利灌區(qū)為我國最古老的灌區(qū)之一。自50年代后期，沁河流域開始了大規(guī)模開發(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(qū)、廣利灌區(qū)及支流丹河上的青天河水庫及梯級電站。根據(jù)黃委會1990年提出的《沁河水資源利用規(guī)劃報告》，除干、支流中小型工程外，干流上規(guī)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(jù)黃河防洪和兩省國民經(jīng)濟發(fā)展情況，分期實施。

　　1.2氣象與水文

　　1.2.1氣象

　　電站所在區(qū)域屬副熱帶季風區(qū)大陸氣候，蒸發(fā)量較大，降雨量不多。實測多年平均降雨量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。沁河水文觀測始于1933年，但1949年以前資料斷續(xù)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年以來實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(qū)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行河口水電站水能計算是比較切合實際的。

　　1.3河口水電站與其它工程的關系

　　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(xiàn)裝機2×8750kW，設計為日調節(jié)水電站，1991年建成。

　　根據(jù)國務院（85）國函字59號文規(guī)定：為保證引沁灌區(qū)按設計流量引水，電站尾水后修建反調節(jié)工程。電站采用分期實施方案，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(jié)工程，電站運行方式由徑流變?yōu)檎{峰。由此可見，無論近期遠期，拴驢泉電站均不影響河口電站發(fā)電效益。

　　2）引沁灌區(qū)。引沁灌區(qū)范圍包括濟源市、孟州市的各6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以及洛陽市吉利區(qū)，設計灌溉面積40萬畝，由于灌區(qū)內蓄水工程少，渠道及建筑物年久失修，灌區(qū)效益不能充分發(fā)揮，目前保灌面積26萬畝，年灌溉用水總量1.4億m³.1992年，引沁局提出了《引沁灌區(qū)配套改造工程設計任務書》，工程完工后，引沁灌區(qū)總需水量3.47億m³.河口電站系利用引沁灌區(qū)灌溉余水和引沁總干渠向下游廣利灌區(qū)分水發(fā)電，遵循結合灌溉，不影響灌溉的原則。

　　3）其它。根據(jù)1988年黃委會提出的《沁河水資源利用規(guī)劃報告》，沁河干流規(guī)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(jié)，對河口電站沒有大的不利影響，而張峰、河口村水庫由于工期長、投資大，近期難以上馬，即使上馬，不會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(jù)五龍口水文站1953年～1990年共38年日平均流量資料，依據(jù)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＝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進行修正，得出引沁渠首三個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(qū)分水和引沁灌區(qū)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(qū)與下游廣利等灌區(qū)的分水比例為6：4；

　　3）山西省拴驢泉電站在配套的反調節(jié)工程建成前為徑流發(fā)電；

　　4）引沁灌區(qū)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，為渠首天然來水流量×0.93.Q₂—引沁灌區(qū)灌溉用水流量，即灌區(qū)頻率75％年份的灌溉需水流量。

　　根據(jù)以上原則和公式，可求得三個代表年逐日發(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(jù)《小型水電站設計規(guī)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(jù)所選三個代表年逐日發(fā)電流量繪制發(fā)電日平均流量歷時曲線，在曲線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(shù)，根據(jù)機組綜合效率求得A＝7.5.Q保—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)電的無調節(jié)水電站，不承擔系統(tǒng)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(jié)容量兩部分組成，現(xiàn)根據(jù)不同的季節(jié)容量初選以下幾個裝機方案進行技術經(jīng)濟比較，即：1）2×2500kW；2）3×2500kW；3）3×3200kW；4）4×3200kW4個方案。各裝機方案技術經(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(qū)現(xiàn)狀和灌區(qū)改造工程工期長、投資大的實際，綜合分析確定引沁河口水電站裝機9600kW.

　　4結論

　　通過對沁河徑流、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(guī)劃設計方案提出2000kW、4000kW、6000kW及18900kW等比，均相差較大。據(jù)統(tǒng)計，自河口電站1994年9月投產運行以來，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kW·h，接近設計多年平均發(fā)電量4680萬kW·h，最多的2001年達5160萬kW·h，最少的1997年達到3721萬kW·h，充分說明河口水電站裝機容量確定是合適的。