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荷兰水电站厘米级优化-精确至最小细节

充分挖掘径流式水电站的实际潜力

大多数的径流式水电站都是主要用来调节水位的,而水力发电则是其副业。相对于市政当局规定的水位要求,在这个程中往往会存在几厘米的偏差。而这水位上的几厘米的偏差在水力发电方面通常被认为是无意义的。目前,在荷兰RWE水电站发起的研究中,KISTERS向公众展示了仅仅这几厘米的偏差有多大的法力,在以可持续方式来发电(用于能源市场)的同时,实现水利生态利润最大化:使用最新数学优化算法提供优化结果。

想法初现:利用水位的灵活性,水电站可实现可控的、可持续的能源供应源

德国与荷兰边境附近的RWE的Linne是专为调节马斯河(Meuse river)的水位而设计的,旨在将马斯河的水位变化范围保持在35厘米内。Linne由一个带Kaplan涡轮(14兆瓦容量)的水电站和水头压力为4.1米的堰组成。为了对鱼类的危害降到最低,涡轮机在枯水期时关闭,所有的水都由堰进行导流。

水力发电具有良好的储存和控制能力,可在能源供应不稳定时(如风能和太阳能)来弥补能源供应的瓶颈和波动。但这种潜能却经常被忽略。尤其,由堰隔开的河道断面或流域是一种理想的可控蓄能形式。水位变辐允许的几厘米偏差是根据10到15公里的河流长度计算出来的,多出来的水量就可持续进行水力发电。

目标和解决方案:与环境相协调的能源生产优化

后来,KISTERS选择与Deltares和RWE公司的德国模型专家合作。新开发的优化算法既考虑了多个约束条件:如最低和最高水位、鱼类迁移时间、水温要求和河流出流最大变化率,又考虑了能源价格和能源产量预测等能源经济参数。该算法可以精确地确定:在保护环境因素及众多条件限制下,电厂必须如何运行才能优化发电,实现利润最大化。

新算法已经集成到优化软件中,并链接到KISTERS综合水文水资源软件解决方案。在水电厂和整个系统进行优化之前,KISTERS综合水文水资源软件解决方案会用算法验证所有的测量数据。在验证过程中报告错误时,软件会通知系统操作员并激活机制生成替换值。该软件在Web浏览器中查看可视化优化结果(基于web的图表)。

结论及远景:细节类优化可以同时有利于生态环境和能源生产

关于水管理、生态和能源经济制约因素和预测方面的数据越多,规划方案和执行结果影响的准确性就越高。在有利条件下,水电发电量可增加10%左右。此外,我们还计划实施电厂控制系统,可基于优化结果自动优化水电站的运行流程。

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