中小型水电站水轮机选型与优化的探讨

　　　　　　　　　中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
　　　　　　　作者：梁章堂　甘肃省水利水电勘测设计研究院
摘 要：为了研究影响中小型水电站水轮机优化选型的主要因素，根据中小型水电站的特点及代表水轮机技术特性的各参数之间相互关系，论述了水轮机考虑抗磨蚀和运行稳定性时，其技术经济参数选择和优化的方法、途径，并对信息技术用于水轮机的选型和优化做了初步探讨。


关键词：中小型水电站；水轮机选型；优化；磨蚀；运行稳定性；计算机流体动力学


我国水电资源蕴藏丰富，可经济开发的水电资源达3.7亿kW，装机容量小于300MW的中小水电约占到可经济开发资源量的50%。改革开放以来，随着经济和社会的发展对电力日益增长的需求，我国电力工业获得快速发展，水电建设如火如荼。一些地方中小水电特别是农村水电甚至成为当地经济可持续发展的支柱，以电代燃料成为维持生态环境良性循环的保障。


水轮机是水力发电的关键设备之一。水轮机特性的优劣是影响水电站经济性的重要因素。水轮机的选型是根据电站的水文、水能等基础资料，结合工程总体布置和水轮机的水力特性、结构、材料及制造工艺等问题，按照技术先进、经济合理的原则，选择和确定水轮机的技术参数。参数优化的目的是通过技术方案的比较，对设备和工程建设的投资、运行费用，设备预期的可用性、可靠性、使用寿命，预期的收益等工程生命周期内的技术与经济因素，及其相互间的影响，进行综合比较和评判，寻求资源利用充分、投资省、收益高的最优方案。为了经济地开发水电资源，合理选择水轮机技术经济参数并进行优化，是水电资源开发、咨询和设计阶段的主要任务，也是水轮机设备采购招标投标的重要工作。


水轮机技术特性(包括能量特性、空化特性和运行稳定性)与经济性，以及代表水轮机技术特性的各参数(比转速ns、单位转速n1、单位流量Q1、水轮机效率η、空化系数σ等)之间，存在着相互制约、相辅相成的辩证关系。水轮机技术经济参数的选择和优化是一项复杂的系统工程。本文根据中小型水电站的特点，探讨了水轮机的磨蚀和运行稳定性以及选择和优化水轮机技术经济参数的途径，对信息技术的发展和应用于水轮机选型和优化问题，也进行了初步探讨。