“双碳”目标下嘉陵江亭子口水库优化调度的措施与实践

“双碳”目标下嘉陵江亭子口水库优化调度的措施与实践

张建明

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪    628400）

摘 要：本文以嘉陵江亭子口水利枢纽工程为例，结合其投产以来实际运行情况，从水库优化调度方面进行了剖析、总结，并对这类公益功能强、经营指标差的大型水利枢纽工程的水库优化调度运行提出一些思考和建议，以期进一步发挥工程的公益功能，为助力水电企业高质量发展、实现“双碳”目标提供应对思路。

关键词：双碳目标；亭子口；水库优化调度

0 引言

随着全球极端天气发生频率和强度的明显增加，近40年来，国际社会在通过减排减碳应对气候变化方面逐渐达成共识，并先后形成了《联合国气候变化框架公约》、《京都议定书》、《巴黎协定》等条约，构建起联合国框架下的制度安排和行动计划。在这样的背景下，我国于2020年正式提出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的战略目标（以下简称“双碳目标”）。在实现“双碳”目标的进程中，水电作为零碳资源是助力目标实现的主力军，而水库调度作为水库控制运用的重要非工程措施之一，如何进行优化，最大化利用水能资源，在缓解水电站兴利与防汛矛盾，提高兴利水平，助力水电企业高质量发展等方面具有重要意义。本文通过对嘉陵江亭子口水利枢纽工程投产以来实际调度调度工作进行了剖析、总结，并提出了一些针对性的优化调度措施，为助力实现“双碳”目标提供应对思路。

1 概 述

1.1 流域概况

嘉陵江发源于陕西省秦岭南麓，干流分东西两源，东源出自陕西省凤县以北的秦岭镇，向南流经徽县至略阳的两河口，与源自甘肃省礼县的西汉水相汇，过阳平关进入四川省境，南流至广元市昭化镇与上游最大支流白龙江汇合后，继续南流至阆中附近纳左岸支流东河，至南部县纳右岸支流西河，再经南充、武胜至合川渠河嘴与渠河汇合后，于合川县城又与涪江相汇，经北碚抵重庆汇入长江。干流全长1120km，流域总面积159800km2，干流平均比降2.05‰。

1.2 工程概况

亭子口水利枢纽工程位于嘉陵江干流的中游上段，是国家完善长江防洪体系六大重点工程之一，是嘉陵江干流唯一的控制性工程，是西部大开发重点工程、四川省“再造一个都江堰”灌区骨干工程。工程以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用。水库总库容40.67亿m3，最大防洪库容14.4亿m3，可以将嘉陵江中下游重要城市的防洪标准由20年一遇提高到50年一遇，对长江中下游的防洪具有重要作用。灌溉农田292.14万亩，可为200余万人畜饮水安全提供水源保障，电站装机1100MW，年发电量31亿kW·h，通航建筑物为2*500t级。

2 研究背景

2.1 极端天气频发，水文年景偏差

亭子口水库自下闸蓄水以来，频频遭遇极端来水，2014年至2017年连续四年遭遇枯水，2016年更是全年无汛，水库首次空库过冬，年发电量仅为设计值的6成。2017年9月至2020年连续丰水，2018年7月上中旬连续发生4场大洪水，特别是“7.11”洪峰流量超过50年一遇，是1871年以来亭子口最大洪水；2020年又发生“8.16”宽峰洪水，3日洪量接近50年一遇标准，全年来水量更是较常年偏多超8成，是历史少有的丰水年。流域来水丰枯交替频繁，年际、年内分布极为不均，对水库调度工作提出了更高的要求。

2.2 电力产能过剩，市场竞争日趋激烈

长期以来，我国电力行业存在着一定程度上的“重源轻网”倾向，在水电等清洁能源快速发展和用电增速持续低迷的双重压力下，四川、云南等水电大省电力供大于求矛盾凸显，清洁发电产能严重过剩，连续多年“弃水”，造成水资源浪费的同时给水电企业生产经营带来较大压力。虽然，近年来新能源的送出和消纳大有好转，但是在“双碳”目标的大背景下，我国必然迎来风光水等零碳能源的新一轮发展，一旦电源建设提速，电网消纳送出能力面临严峻挑战。

2.3 工程经济指标差，企业发展存在瓶颈

嘉陵江亭子口水利枢纽作为国家完善长江流域体系六大防洪工程之一，具有防洪、灌溉、城乡供水、发电，兼具航运、拦沙减淤、梯级补偿等综合利用效益，是典型的公益性工程。其工程投资大经济指标较差，装机利用小时仅2700小时，年发电量是以发电为主同等装机电站的一半，企业经营压力较大，而作为中央企业投资此公益项目在投资回报上仅有发电收入一项。国务院、国资委对中央企业投资有诸多要求，基本要求是要保值增值。亭子口项目自2014年机组全投以来，不仅连基本的投资回报率远远未达到，甚至发电收入持续下滑，在亏损边缘挣扎，严重影响了工程各项公益功能的可持续发挥，开展水库优化调度，提升挖潜增效的空间，成为企业高质量发展的迫切需求。

3 水库优化调度措施

3.1 完善水调自动化系统建设

从工程施工阶段，亭子口即建立了一期水情自动测报系统，用以确保工程安全度汛。工程投产运行后，结合生产需要，在一期水情自测测报系统的基础上进行了续建完善，目前已形成了具备信息监测、计算、预报、调度及信息发布等功能于一体的完备的水调自动化系统，系统站网规模为1:34，覆盖陕西略阳~甘肃康县~四川广元等控制流域面积1.2万km

2，基本形成了大数据“互联网+联水调的管理模式，为水库优化调度工作提供了有力的技术保障。

3.2 开展常遇洪水的预报调度

嘉陵江流域来水年际、年内分配极为不均，汛期来水旱涝极端天气时有发生，流域防洪、兴利矛盾尤为突出。开展常遇洪水调度，充分拦蓄中小洪水，可有效抬高水库的运行水位，增加发电水头，提高水能利用效率，同时利用部分洪水资源，在发挥防洪效益的同时发挥了水库的发电效益，加大水电能源生产，相应减少煤电能源的生产，减少碳排放，产生环境效益。

投产初期，亭子口通过从分析嘉陵江流域的洪水遭遇规律、水文气象预报水平、下游安全泄量、预泄预报能力等方面入手，着手研究在不降低水库防洪标准（即不影响水库的自身安全及水库防洪作用的发挥）并适度承担风险的前提下，实施常遇洪水预报调度技术，提出了常遇洪水预报调度的启动条件、控制指标及调度运行方式，为开展洪水资源化应用提供了理论支撑。

3.3 推进流域协调互补调度

随着亭子口枢纽建成投运，以亭子口、宝珠寺、碧口为骨干的嘉陵江上游水库群已全面形成（见图1）。三座水库总调节库容32亿m3，总装机容量超2000MW，区间电站设计年发电量超70亿kW·h。

受地理和气候影响，三库暴雨特性和洪水组成差异较大，开展协调互补调度的增效潜力较大获利空间较大。即分别以亭子口单站和碧口~宝珠寺~亭子口电站群为利益主体，研究在不同时间尺度下嘉陵江中上游梯级电站入库流量预报、负荷协调分配策略、调度效益评价、不同调度模式调度差异等，寻求实现协调优化调度系统的开发应用。

图1  嘉陵江上游已建电站拓扑结构图

4 应用实践

电站投产发电后连续遭遇枯水年份，给公司生产经营造成极大压力。对此，积极开展水库优化调度，应用常遇洪水预报调度成果及成熟的节水增发电经验，通过降低耗水率、充分利用洪水资源、人工增雨、优化水库蓄水消落节奏、优化电量结构等方式，取得了显著成效：

4.1 拦洪削峰错峰，防洪效益显著

亭子口运行10年来，先后成功调度13场次洪峰超10000m3/s以上洪水。尤其是在2018年“7.11”超50年一遇洪水调度中，有效削减洪峰9130m3/s，拦洪滞洪8.1亿m3；在2020年汛期洪水调度中，成功应对了嘉陵江1~2号及长江1~5号洪水，两次削峰、三次错峰，累计拦蓄洪量26.7亿m3，最大降低下游洪峰水位2.3米，减少川渝河段洪水淹没面积约235km2，减少受灾人口约70万人，社会效益显著。

4.2 深入挖潜增效，发电效益突出

2014~2023年主汛期，亭子口共发生洪峰流量10000m3/s以内中小洪水过程13次，通过开展预报调度，提前消纳腾库，动态控制水库运行水位，全部拦蓄成功，弃水为零，合计拦蓄消纳水量23亿m3，增发水电5.03亿kW·h，相当于减少碳排放量39.5万t。特别是2020全年累计发电量40.35亿千瓦时，完成年度发电计划的132%，超设计值23%，远超行业和设计标准。

5 结语

“双碳”目标是中国面对世界的一项有时间下限、有质量标准的承诺，这也对亭子口这类公益功能强、经营指标差的大型水利枢纽工程的水库调度运行提出了更高的要求。本文基于亭子口水利枢纽运行以来水库调度的实际开展情况，对水库优化调度工作进行了剖析、总结，并提出了一些思考和建议，以期工程的公益功能得以持续发挥，为助力水电企业高质量发展、实现“双碳”目标发挥积极作用。

作者简介：

张建明(1986-)，男，河南漯河人，工程师，长期从事水库调度及防洪管理工作。

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