法國羅訥河上的小水電開發(fā)

[法國 ]J.P.布瓦

蘇 燕 譯自英刊《水電與大壩》2009年第5期

為了促進可再生能源(RES)的開發(fā)并履行1997年 9月京都協(xié)議中的承諾,歐盟可再生資源的發(fā)電量必須從總耗電量的14%增長到22%。這就要求各個國家減少制度上的障礙,理順并改善管理程序。根據(jù)2005年7月13日頒布的法律,法國確定了目標,即到2010年,國內(nèi)可再生能源發(fā)電量從耗電量的15%增長到21%。

為此,成立可再生能源部門并充分考慮環(huán)境需求是法國目前的一項首要任務。

根據(jù)歐盟水框架指令(WFD),制訂了水管理領域的公共政策,提出了水管理政策方面的主要革新,并鄭重承諾:到2015年,所有河道均達到優(yōu)良水質(zhì)標準。

法國水和水生環(huán)境法(LEMA)為所有利益相關者提供了法律依據(jù),以確保適宜的水質(zhì)并在2015年達到 WFD確定的目標。

羅訥河的目標是實現(xiàn)“良好的生態(tài)勢”,而 P.D.魯西永、棟澤爾、貝萊和布雷尼爾(Bregnier)-科登(Cordon)這些所謂的老羅訥河河段的目標則是實現(xiàn)“良好的生態(tài)狀況”。

CNR是法國主要的水電開發(fā)商,起著十分重要的作用。法國25%的電力由該公司提供。此外,從2002年起,該公司是法國唯一一家所有能源被認證為100%可再生能源的供電部門。

CNR意識到羅訥河流域經(jīng)濟發(fā)展的重要性,并一直在努力改善其開展經(jīng)濟活動所涉及地區(qū)的環(huán)境,它與法國政府共同承諾實施積極的改善環(huán)境措施。

CNR與當?shù)乩嫦嚓P者和政府合作,正在參與羅訥河水力和生態(tài)恢復10a計劃,2003年5月20日上羅訥河正式被納入該計劃。所有的合作者當天便簽定了旨在恢復老羅訥河生態(tài)和大量增加里昂河上游紹塔訥和貝萊壩址處儲備流量的公約。

LEMA法規(guī)(2006年12月 30日)水法第6條還規(guī)定了確保物種長期生存、移徒和繁殖的儲備流量。特別是羅訥河的最小流量不得低于其平均流量的5%。

該法規(guī)規(guī)定實現(xiàn)目標的最后期限為2014年1月1日。

這些協(xié)議對 9座隸屬 CNR的大壩造成了影響,其中,上羅訥河占2座,下羅訥河占7座。

在這些壩址處,與生態(tài)流量增加有關的電量損失如下:

(1)上羅訥河 88GW?h/a;

(2)下羅訥河284GW?h/a。

總計 372 GW?h/a,約為 CNR原發(fā)電量的2.5%。

最遲到2014年,水力和生態(tài)恢復10a計劃期間以及根據(jù) LEMA羅訥河所采用的環(huán)境政策,將導致羅訥河上的所有電站的發(fā)電量相比原發(fā)電量減少2.5%左右。

1 CNR可再生能源的開發(fā)措施

為了限制發(fā)電潛能的損失,CNR正積極計劃通過建設小水電站來開發(fā)可再生能源。

計劃興建的這 9座小水電站將供電 391 GW?h/a:

(1)上羅訥河電站 61 GW?h/a;

(2)下羅訥河電站 330GW?h/a(根據(jù)最初假設,設計流量相當于河流平均流量的5%)。

利用這些環(huán)境流量運行小水電站,可補償環(huán)境流量增加所造成的能量損失。

因此,2008年7月,CNR向有關當局表示公司希望興建小水電站,意在維持當前的發(fā)電水平,實現(xiàn)水電潛能最大化并補償主要電站發(fā)電損失的目的。

建議在非典型壩址處興建小水電站,允許水輪機在 LEMA規(guī)定的最小流量下運行。

在具有戰(zhàn)略性生態(tài)重要地位的 P.D.魯西永和棟澤爾 -蒙德拉貢壩址處,其設計方案可以根據(jù)全球環(huán)境合作工程框架所確定的環(huán)境最小流量進行修改。

作為公司須履行的職責,CNR與羅訥河流域的主要成員合作,開始在紹塔訥和貝萊建設小水電站,并已就興建蒙特利馬和棟澤爾 -蒙德拉貢小水電站展開研究,工程已處于審批階段。還為 P.D.魯西永壩址規(guī)劃了1個小型方案。

另外,CNR還規(guī)劃在 B.L.諾伊夫、博查斯泰勒、L.瓦朗斯堡和瓦拉布格斯修建 4座水電站。

估計這一計劃的總投資額為2億歐元(不含稅)。

在上羅訥河(里昂河上游)已經(jīng)啟動了這項開發(fā)計劃。下羅訥河河段的開發(fā)計劃及進度安排也已制定。

2 小水電站設計原則

2.1 總 則

為了優(yōu)化施工,所有小水電站的基本設計都是標準化的,只有在必要時才做修改。

對于下羅訥河的7處壩址,設計流量設定為壩址處羅訥河平均流量的5%。

2.1.1 土建工程

只要可能,每座小水電站在主電站引水渠都設置了進水口,并在緊靠大壩下游處設置了尾水渠。這不但減少了相關工作量,而且從水力學觀點來看,這也是有益的。

這種布置可將漂浮物帶來的問題減至最小程度。電廠單元包括一道有支撐的混凝土側墻。上游進水口護坦有一20°左右的斜坡。側墻和鋼筋混凝土護坦一般設計為1 m厚。

由于建筑物內(nèi)裝有2臺發(fā)電機組,考慮在進水口高程設置2 m厚的隔墻。進水口上端有一10m寬的平臺,便于操作攔污柵。

引水渠兩岸用錨固板樁建造。板樁的寬度根據(jù)平均流速1.2m/s計算得出。

緊接電廠內(nèi)尾水渠段為板樁建造的1個連接段。

2.1.2 發(fā)電機組及其他機械設備

除了一座電站在下游裝備肘管 S形水輪機外,其他水輪機機組均為機坑式。

每臺機組由1臺軸流轉槳式水輪機或定槳式水輪機(具有固定葉片)組成,水平布置或略有傾斜,以較低轉速運行。水輪機和發(fā)電機之間有1臺倍速器。

2.2 魚類保護的相關建筑物

WFD中含有生態(tài)連續(xù)性的概念,魚類洄游是歐盟確定的一個戰(zhàn)略領域,特別是保護鰻魚。

CNR擁護保護魚類的政策,與其他各組織合作保護魚類。

由于興建小水電站,CNR提出建立合作關系,在某些戰(zhàn)略性壩址為洄游魚類(鯡魚、海七鰓鰻和鰻魚)修建過魚設施。

計劃采取的措施包括:

(1)結合羅訥河與德龍(Dr?me)河匯流處下游的幾個小水電工程建設,為魚類提供魚道和過魚裝置。這些工程是瓦拉布格斯、棟澤爾 -蒙德拉貢、蒙特利馬和羅吉斯 -諾伊夫工程。

(2)與下行移徒裝置有關的魚類攔擋系統(tǒng)集成在一些小水電工程中,如瓦拉布格斯、棟澤爾 -蒙德拉貢 、蒙特利馬和羅吉斯 -諾伊夫,以及博查斯泰勒和 L.瓦朗斯堡工程。

(3)目前,小柵格攔污柵被認為是最有效的。計劃末期興建的小水電將借鑒2009～2010年間魚類攔擋系統(tǒng)研究的成果。

3 上羅訥河小水電站

3.1 工程特征

貝萊工程(在建)和紹塔訥工程的特征值見表1。

表1 羅訥河貝萊工程和紹塔訥小水電工程的特征值

3.2 工程合同及進展

開展了環(huán)境影響研究以及根據(jù)性能數(shù)據(jù)征求公眾意見(包括環(huán)境研究評價)和建設許可的管理工作。2008年1月18日獲得建設審批。

紹塔訥小水電站始建于2008年春,目前仍在施工。為了優(yōu)化各施工現(xiàn)場的物資供應和人員配置,貝萊工程的開發(fā)工作推遲 3個月。

這項工作基于2份分項合同,1份是現(xiàn)場土建工程合同,1份是機電設備供應合同。

紹塔訥工程建在深厚的河流冰川沖積層上。35m深處有一粘土層,因此,在沖積層內(nèi)設計了一道混凝土墻以保護電站。

貝萊工程也是建在這種地質(zhì)構造上,開挖底部有一層厚度不到 4m的粉質(zhì)粘土材料。該粉質(zhì)粘土層還包含一層地下水層,水層在厚約2m的粘土層下。采用了混凝土澆注墻技術,防護措施增強。

進水和泄水渠邊墻由板樁構成,其頂端錨固在反向板樁上。

目前,紹塔訥防滲鋪蓋已完工,正在澆筑混凝土水道;2009年11月底澆筑貝萊防滲鋪蓋。

施工正有序進行,2010年1月,紹塔訥工程開始安裝機座(機坑)、座環(huán)和尾水管鋼部件。

為了嵌入安裝上游攔污柵和圍堰、座環(huán)、下游閘門和圍堰所需的部件,墻體在水平校準時留有凹槽。

由于成本的原因,用支撐和臨時錨桿保證施工階段開挖工程的臨時穩(wěn)定性。

在貝萊工地,粉砂層已經(jīng)排水,連續(xù)進行壓力監(jiān)測以確保有效排水。

用自澆混凝土對水力通道的特別加強部件進行灌漿。