美國擬建北伊登抽水蓄能電站

[美 ]R.賴特

王曉棠 譯自英刊《水力發(fā)電與壩工建設(shè)》2009年第4期

在可再生能源領(lǐng)域,抽水蓄能和風(fēng)力發(fā)電正在發(fā)揮并將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。雖然抽水蓄能電站在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和運(yùn)行方面都暴露出不少問題,但抽水蓄能仍被認(rèn)為是通過蓄能、穩(wěn)定電網(wǎng)和利用間歇性可再生能源創(chuàng)造價(jià)值的一種證明有效和環(huán)保的方法。

Symbiotics是一家總部設(shè)在猶他州的公司,它負(fù)責(zé)開發(fā)的北伊登(NorthEden)抽水蓄能工程處于預(yù)備階段,該工程將使猶他州依靠煤炭的能源組合發(fā)生改變,并穩(wěn)定電網(wǎng)。

1 猶他州能源狀況

猶他州的能源狀況與綠色能源相差甚遠(yuǎn)。該州盛產(chǎn)煤炭,其能源生產(chǎn)一直嚴(yán)重依靠燃煤電站。2006年,90%電力為煤電?；尚枨罅磕暝鲩L穩(wěn)定在2.6%,峰荷需求量年增長為5.4%。雖然當(dāng)?shù)孛簝r(jià)低廉,且供應(yīng)可靠,但不能應(yīng)付電力需求的日波動。雖然修建了天然氣電站來滿足增長的峰荷需求,但這樣會增加 CO2排放。而且,燃?xì)怆娬窘ㄔO(shè)成本高昂,只應(yīng)付1a內(nèi)很少出現(xiàn)的尖峰負(fù)荷,大部分時(shí)間被閑置。

在猶他州發(fā)展抽水蓄能效益顯著。目前猶他州應(yīng)對峰荷需求沒有采用抽水蓄能,而是依賴峰荷電站。當(dāng)該州開發(fā)太陽能和風(fēng)能時(shí),抽水蓄能提供了一種儲存這些間歇性能源的方法,能夠取代火電站承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰。

2 工程組成

北伊登工程位于里奇縣,緊靠熊湖東側(cè)。熊湖是位于愛達(dá)荷州東南部和猶他州東北部的休閑勝地。上庫將建于布萊克山東緣,下庫位于北伊登峽谷。

目前該工程正處于聯(lián)邦能源管制委員會(FERC)審核階段,所有工程數(shù)據(jù)是概念性的和初步的。在遞交最終許可證申請之前,將完成詳細(xì)設(shè)計(jì)。工程裝機(jī)容量為700MW。上庫蓄滿時(shí)最大水頭為283m,最小水頭為227m。上庫的最大流量約為373m3/s。

上庫壩稱為布萊克山壩,為粘土心墻分區(qū)土石壩,心墻兩側(cè)的壩殼料來自工程區(qū)的巖層露頭。壩高約 31m,非常溢洪道向東延伸到北伊登峽谷。溢洪道底寬 9m,兩側(cè)邊坡為2∶1,縱坡為5%。溢洪道最大泄水能力約為75m3/s。布萊克山壩形成的水庫在最高水位為2148m時(shí),其水面面積為53 hm2,總庫容為1350萬 m3,有效庫容為1300萬m3。庫底與邊坡將采用多層結(jié)構(gòu),在厚0.6m的粘土層上覆一層未加強(qiáng)的三元乙丙橡膠(EPDM)土工膜,再鋪設(shè)厚0.6m的土層。進(jìn)水口為碗形建筑物,用閥門將進(jìn)水口與壓力鋼管隔離。

下庫及其大壩離北伊登峽谷口1.6km。下庫壩高約52m,基礎(chǔ)面高程為1846m,采用與上庫壩類似的方法建造,在不透水粘土心墻周圍包以透水性較好的壩殼。非常溢洪道最大泄水能力為283 m3/s,將延伸到北伊登峽谷中壩肩處。溢洪道底寬18m,邊坡為2∶1,縱坡為5%。

在最高庫水位1891m時(shí),下庫水面面積為101 hm2,總庫容為1700萬 m3,有效庫容為1470萬 m3。壩基低于進(jìn)水/出水建筑物,死庫容約120萬 m3。邊坡和庫底與上庫類似,為粘土、EPDM土工膜和土壤的多層復(fù)合物。水輪機(jī)泄水將進(jìn)入位于最低庫水位以下約24m的消力池。將進(jìn)水/出水建筑物布置在此處可減輕運(yùn)行期間發(fā)生空化的可能性。

上下庫之間用一條長792m、直徑 9m、縱坡為32%的隧洞連接。采用漸變的壓力鋼管將主隧洞連接到水泵水輪機(jī)組。發(fā)電廠房將布置在下庫南側(cè),可容納多達(dá)7臺的變速水泵水輪機(jī)和一個(gè)控制室。

北伊登河將是下庫初次充水的主要水源。水權(quán)需要得到保障,用于初次充水和補(bǔ)充每年的蒸發(fā)耗水。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于,一旦完成初次充水,只需少量的水便可補(bǔ)償上下庫的年蒸發(fā)量。

目前,建議修建一條長約14km的230kV輸電線,通到工程現(xiàn)場以東太平洋電力公司現(xiàn)有的230kV輸電線。初步規(guī)劃包括在上庫壩址附近修建一座開關(guān)站/變電站,可能還需要修建第2座開關(guān)站/變電站。為了盡量減少對景觀的影響,變電站將布置在上庫東側(cè)。第2座變電站可能用于互連。

北伊登工程將位于擬建的用于互連的輸電線路附近。接近輸電建筑物的優(yōu)勢在于,公用事業(yè)公司或線路業(yè)主可通過增加、減少或拉掉系統(tǒng)的負(fù)荷有效地穩(wěn)定能源。工程建成后,將能更加有效地利用大型輸電線路的容量穩(wěn)定西部電力協(xié)調(diào)委員會(WECC)的基礎(chǔ)設(shè)施。WECC是負(fù)責(zé)美國整個(gè)西部與加拿大不列顛哥倫比亞省配電的能源委員會。

3 工程運(yùn)行

在日循環(huán)開始時(shí),將1293萬 m3水量從下庫泵送到上庫。在日循環(huán)后期,反過來將相同的水量從上庫下泄流經(jīng)水輪機(jī)發(fā)電。其結(jié)果是下庫水位變幅為20m,上庫為29m。預(yù)期該工程每天抽水14h,發(fā)電 8h,2h作為緊急情況下的備用。有效發(fā)電容量為700MW,每天最多發(fā)電10h。工程的線 -線效率為75%～76%,年發(fā)電量可達(dá)2027GW?h。

4 環(huán)境問題

Symbiotics公司尋求開發(fā)一項(xiàng)對環(huán)境影響最小的工程。但是,建兩座水庫涉及陸地與河岸生境的淹沒和更替。該公司已經(jīng)在其基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的初步申請文件(PAD)中確定了與工程有關(guān)的潛在影響和問題。將對工程潛在的環(huán)境影響和需要采取的緩解措施展開研究。在申請?jiān)S可證的下一步中,公司將提交一份研究計(jì)劃,供 FERC、資源管理機(jī)構(gòu)和公眾審查。該計(jì)劃將通告未來的研究方向和為減輕環(huán)境影響所開展的工作。

北伊登工程將淹沒5km的北伊登河河段,因此不能把它看作一個(gè)閉合的環(huán)路系統(tǒng)。此外,這5km河段中有3km是“高質(zhì)量水域”,某些河魚生境將永久性喪失。由于享有使用所有現(xiàn)有水流的灌溉水權(quán),目前北伊登河在夏季不再與熊湖連通。對于水權(quán)持有者,該系統(tǒng)的現(xiàn)有蓄水權(quán)為 493376m3,附加0.11m3/s的河流引水權(quán)。Symbiotics公司將維持下游的灌溉和市政水權(quán)。作為一項(xiàng)緩解措施,正在調(diào)查改善與維持工程下游北伊登河水質(zhì)的可能性。

工程涉及大量的土方工程,包括水庫開挖、基巖以上的壩基清理、大壩填筑料的開挖與填筑,以及壓力鋼管、溢洪道和發(fā)電廠房的開挖。已提出建議,修建與改造道路,以通達(dá)工程主要建筑物處。所有這些施工活動均有可能向附近的熊湖排放泥砂。為了滿足水質(zhì)論證,Symbiotics公司將制訂土壤侵蝕控制計(jì)劃,以解決與工程建設(shè)有關(guān)的所有問題。

5 漁業(yè)、野生動物和植物資源

某些河岸生境將因該工程的開發(fā)而將永久喪失。邦尼維爾切喉鱒是北伊登河中的當(dāng)?shù)匚锓N,工程對該物種生境的影響已引起高度關(guān)注,正在研究緩解措施。

建議方案之一是恢復(fù)在工程與熊湖之間2km的北伊登河河道。用圍欄將河岸生境與牲畜隔離、恢復(fù)河流的形態(tài)與功能,并重新引進(jìn)邦尼維爾切喉鱒。另一個(gè)可能性是利用魚梯恢復(fù)河流與熊湖的連通。這將便于邦尼維爾切喉鱒的自然恢復(fù)。

工程施工將永久性置換162hm2的灌木 -草原生境和改變北伊登峽谷作為熊河高地野生動物走廊的價(jià)值。工程將會使該地區(qū)狩獵鹿、鷓鴣和鷸的某些休閑活動受到一定影響。在施工開始之前,將調(diào)查該地區(qū)的野生動物狀況,劃定敏感物種的生境,這將有助于生境恢復(fù)和緩解措施的開展。在工程區(qū)受到較多關(guān)注的物種有較大的鷸、侏儒兔、紅海龜百舌鳥、洞穴貓頭鷹、柳鹟和西部大蟾蜍。敏感植物物種調(diào)查和有害雜草調(diào)查將為施工和施工后的綠化工作提供資料。

6 景觀資源

預(yù)計(jì)從公眾休閑地熊湖看不到該工程的建筑物 。已建議進(jìn)行一項(xiàng)研究,用文件(文字、照片、錄像等)記錄當(dāng)?shù)鼐坝^的現(xiàn)時(shí)特征,調(diào)查和確保在更大范圍的熊湖區(qū)域內(nèi)看不見工程建筑物。此外,工程建筑物的設(shè)計(jì)得與周圍景觀融為一體。

國家史跡名錄和猶他州確認(rèn),在工程區(qū)沒有任何重要的文化或歷史遺址。但是,在開始所有破土工作之前,先要進(jìn)行文化資源調(diào)查,以防破壞寶貴的文化資源。

7 工程進(jìn)展

目前,北伊登工程正處于工程開發(fā)的許可證申請階段。2008年12月,Symbiotics公司取得了FERC的初步許可。2009年1月,提交了介紹擬建工程初步計(jì)劃和環(huán)境影響的預(yù)申請文件,以及常規(guī)許可證的申請。一經(jīng)批復(fù),公司將舉行公開的評估會議,并將開始第1a的環(huán)境研究。最早將于2010年12月提交最終的許可證申請報(bào)告,工程將于2013年開工。