水能資源是一種清潔可再生綠色能源，科學開發利用水能資源，對節能減排，促進生態文明建設具有十分重要的意義。 國家“十二五”規劃綱要提出，到 2015年我國非化石能源占一次能源消費的比重要從 2010年的 8.3%提高到 11.4%，單位國內生產總值 CO2排放在 2010 年基礎上降低 17％， 這對發展可再生能源提供了新的機遇。 水能資源作為可再生能源中重要的一支，其電能質量明顯優于風能、太陽能等同類能源。 合理開展水能資源增效擴容改造， 不僅可以優化利用水能資源，提高水量利用率，更對促進能源結構調整和節能減排具有重要的作用。
文章結合株洲航電樞紐工程魚道建設， 在分析電站建成后的徑流和水位流量關系的基礎上， 初步論證電站增效擴容改造工程的可行性。

1 電站基本情況

株洲航電樞紐位于湖南省株洲市境內湘江干流的空洲灘，距離株洲市區 24km，是一個以航運為主，航電結合，并兼有交通、灌溉、供水與養殖等綜合利用要求的工程。 該工程為湘江干流開發中的第八個梯級，下游為在建的長沙樞紐工程（正常蓄水位29.7 m）。
株洲航電樞紐主要由大壩、船閘、電站、壩頂公路橋四部分組成。 大壩由右汊 13 孔泄水閘，左汊 11孔泄水閘和空洲副壩（210 m 土壩）組成，全長約 764m。船閘布置在樞紐右汊右岸階地，正常蓄水位 40.5m，設計水頭 10.8 m，年通過能力 1 260 萬 t。 電站布置在左汊左岸河床，電站裝機規模 140 MW，設計年發電量 6.636 億 kW·h。 株洲航電樞紐 2005 年 3 月電站第 1 臺機組并網發電，2006 年 12 月整個樞紐工程完工投產。

2 電站運行后水文情勢分析

2.1 徑 流

2005 年完成的株航初設報告壩址逐日徑流系列為 1952～1998 年，壩址徑流考慮了東江水庫調節影響，按東調Ⅲ方案（東江水電站 2010 年運行方案）計算，壩址多年平均流量為 1 720 m3/s。
本次將徑流系列延長至 2010 年，1999～2010 年東江水庫下泄流量按實際運行調度考慮， 株航壩址徑流由衡山水文站徑流加衡山站～株航區間徑流求得，衡山～株航區間徑流由衡山～大西灘～董背沖～株洲站區間徑流按面積比推求。 本次延長系列后的株航壩址 1952～2010 年多年平均流量為 1 715 m3/s。 樞紐建成前后徑流成果見表 1。 建庫后多年平均徑流量與建庫前相比變化較小，兩者之間差異為 0.2%，建庫后逐月多年平均徑流量與建庫前的差異在-4.2%~7.0%之間，差異同樣比較小。


2.2 電站運行下游水位

株洲航電樞紐建成發電后 2006～2011 年逐時壩下水位及出庫流量關系（出庫流量經與下游的株洲水文站對比，結果基本合理）見圖 1。 從圖可知，株航建成后的 2006 年（2005 年株航第 1 臺機組并網發電）下游水位較原天然線降低約 0.25 m，2007～2011 年水位降幅較大，較原天然線降低（0.8～1.2）m。株航壩下現狀 Z～Q 關系見附圖。經初步分析， 造成水位流量關系變化的主要原因是下游河道疏挖及水流沖刷所致。 2006 年之后，下游河勢基本穩定，2007～2011 年之間的水位流量關系無明顯差別。

3 電能指標復核

3.1 計算參數及方法

出力系數：采用初步設計成果，取 8.6。
水頭損失：采用初步設計成果，取 0.30。
上游用水：采用初步設計成果，扣除樞紐船閘用水和其他綜合用水共 31.5 m3/s。
調度原則：
（1） 當 株洲壩址全斷面流量小于等于 2 390m3/s 時，流量全部通過左叉流向下游，即Q左＝Q全，當株洲壩址全斷面流量大于 2 390 m3/s 時， 左叉只通過 2 390 m3/s，其余流量通過右叉流向下游，即 Q左＝2 390 m3/s。
（2） 株洲航電樞紐具有日調節性能，電站在運行過程中，庫水位在正常蓄水位 40.5 m（85 高程系統）和死水位 38.8 m 之間變化。
下游長沙樞紐有關參數：株洲航電樞紐下游即將建成的長沙樞紐正常蓄水位為 29.8 m（85 高程系統），水庫在運行過程中不消落。

3.2 電能復核成果

根據上述徑流、水位流量關系和電能計算邊界條件等基本資料進行電能計算，得到株洲航電樞紐電能復核結果見表 2。從表 2 可知：
（1） 由于河道斷面疏挖及沖刷，以及三峽建成后， 株洲航電樞紐現狀情況下的水位流量關系與原設計的天然水位流量關系（未考慮洞庭湖頂托影響）降低約（0.8～1.2）m，經重新復核電能后，現狀條件下的加權平均水頭較原設計時抬高了 1.28 m，多年平均發電量增加了 1.023 億 kW·h，提高了 15.4%。
（2） 考慮長沙樞紐建成后的頂托影響，株洲航電樞紐多年平均發電量較原設計可增加 0.883 億kW·h。
（3） 參照初步設計時洞庭湖水位對株洲航電樞紐尾水的頂托影響， 考慮長沙樞紐建設和洞庭湖水位的共同作用后， 株洲航電樞紐多年平均發電量較原設計增加約 0.646 億 kW·h。
（4） 根據上述分析結果，從增加電站發電效益角度出發，株洲航電樞紐具備了擴機的有利條件。

4 擴機初步分析

根據電能復核成果，本分析初步按增加 1 臺 28MW 機組進行計算， 株洲航電樞紐擴機的電能指標見表 3。 從表 3 可以看出：增加 1 臺 28 MW 機組時，年發電量為 7.771 億 kW·h， 較原設計增加發電量1.135 億 kW·h，年利用小時 4 626 h，與原設計年利用小時 4 740 h 接近。
5 結論與建議

由于河道斷面疏挖及沖刷影響， 以及三峽水庫建成后洞庭湖水位對湘江干流下游電站的頂托影響減少， 使株洲航電樞紐原設計水位流量關系發生變化，從電能復核結果看，株洲航電樞紐具備了擴機的有利條件。 本階段暫按擴 1 臺 28 MW 機組進行分析，擴機后，年發電量較擴機前增加約 0.488 億 kW·h，裝機利用小時 4 626 h。
下一階段應結合魚道建設進一步分析株洲航電樞紐上下游水文形勢變化， 特別是對水位流量關系進行實測驗證和三峽水庫建成后對洞庭湖水位的影響進行分析， 研究論證魚道結合電站擴機的經濟性和必要性以及擴機規模。