對水電站廠房技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選分析

譚麗君

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

某水電站工程地處新疆維吾爾自治區(qū)北疆境內(nèi)某河流上游干流河段，電站廠址位于壩址下游約14km處。工程由大壩、溢洪道、導(dǎo)流兼泄洪洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、尾水建筑物等主要建筑物組成。最大壩高40多m，裝機(jī)容量200MW，保證出力13.2MW，多年平均年發(fā)電量6.04億kW·h。該工程規(guī)模屬中型，工程等別為III等。主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。

2 廠房比選方案擬定

電站廠房區(qū)域均為山梁，相對高差150～300m，廠房區(qū)地表出露的巖性為第四系崩坡積塊石、碎石土，巖體巖性主要為下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組上亞組:混合巖夾片麻巖、花崗巖脈等，地質(zhì)條件相對較穩(wěn)定。根據(jù)本工程樞紐總體布置方案，考慮充分利用水頭及適合布置廠房的地形、地質(zhì)條件，選擇地面廠址和地下廠址來做廠址比選論證，從中選擇技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的廠址方案。廠址選定后，再對廠房內(nèi)部布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選，選定最優(yōu)的布置型式。

3 廠址比選

3.1 地面廠址比選

根據(jù)綜合電站開發(fā)條件，結(jié)合廠區(qū)地貌、地形因素，廠址有3個(gè)方案可選擇。方案1選擇在位于主河流與某洪溝交匯口上游700m處天然河道的左岸岸邊，利用河道布置尾水渠;廠址方案2選擇在位于主河流與某洪溝交匯口處左岸，利用天然河道布置尾水渠，該方案需要對洪溝的洪水進(jìn)行導(dǎo)洪處理，設(shè)置廠房防洪建筑物;方案3位于洪溝內(nèi)，離溝口向里200m處。通過計(jì)算，3個(gè)方案的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 地面廠址各方案的特性對比表

從表1可知，方案3雖然投資最高，但是此方案發(fā)電量最高，單位電價(jià)投資最低，因此綜合比較，方案3作為地面廠址中的最優(yōu)方案。

3.2 地面與地下廠址比選

根據(jù)該電站廠房區(qū)域地形、地質(zhì)及電站調(diào)壓井等特點(diǎn)，布置了電站的地下廠房方案。電站的調(diào)壓井位于樞紐下游約10km左岸山體內(nèi)，選擇的地下廠房方案布置在調(diào)壓井下游約100m的山體內(nèi)，采用豎井連接，地下廠房發(fā)電機(jī)層高程約821，廠房頂拱高程約846，上覆蓋巖體厚度為190～230m，側(cè)覆巖體最小達(dá)170m，各項(xiàng)條件從技術(shù)上都能滿足工程要求。

地下廠房廠址方案和地面廠址方案3的發(fā)電水頭、裝機(jī)規(guī)模及發(fā)電量等指標(biāo)均完全相同，而且調(diào)壓井之前建筑物也相同。二者投資對比見表2。

表2 地下廠址與地面廠址比選投資對比表(單位:萬元)

由表2可以看出地下廠址投資為36835.14萬元，地面廠址方案3投資為39069.58萬元，地下廠房比地面廠房投資少2234.44萬元，主要原因是地面廠址廠房后部存在高邊坡，需對危巖體處理。該區(qū)域修建地面及地下廠房均沒有制約因素，從技術(shù)上都是可行的。地下廠房布置不受邊坡及洪水影響，地下洞室群施工受氣候影響較小，尤其是冬季的開挖和混凝土施工，但地下廠房總工期比地面廠房多2個(gè)月。地下廠房受惡劣的氣候自然條件影響較小，對環(huán)境的破壞較小，因此綜合考慮各方面因素，選擇地下廠址方案作為推薦方案。

4 地下洞室群布置型式比選

根據(jù)設(shè)備及主變布置不同，本電站選定3個(gè)洞室群布置方案比選，方案1為主變壓器布置在主廠房端頭，地下GIS室布置在主變室上層，主變室、主廠房、副廠房呈“一”字型布置;方案2為主變洞室布置在主機(jī)洞下游側(cè)洞室中，地下GIS室布置在主變洞室上層，通過母線洞與主廠房連接，主機(jī)洞、主變洞、尾水閘門洞3洞室平行布置;方案3為主變布置在主廠房端頭，與方案1相同，中控室及GIS室均布置在地面上，通過電纜豎井連接。以上布置型式均為國內(nèi)地下廠房設(shè)計(jì)中的3種經(jīng)典的布置方案，也是最為常見的3種布置方案。對于本工程來講，3種布置形式在技術(shù)上都是可行的，所以主要是以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來比選，見表3。

表3 地下廠房布置型式比選投資對比表(單位:萬元)

由表3可以看出“一”字型布置比平行布置少859.46萬元，比地面副廠房布置少1371.75萬元，投資最少，所以作為推薦布置形式。

5 廠房比選結(jié)論

經(jīng)過地面廠址比選、地下與地面比選、地下布置型式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，最終選擇地下廠址處的“一”字型布置為最優(yōu)布置方案，其優(yōu)點(diǎn)有3方面。

(1)在地形、地質(zhì)條件較好的區(qū)域，一般來講地面廠房比地下廠房在投資上要省，但是在河谷落差較大，山坡較陡峻的地方，修建地面廠房往往會存在巨大的開挖量，經(jīng)濟(jì)上不合理，選擇地下廠房會節(jié)省投資。

(2)有些區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，存在高陡邊坡，又有危巖體要處理，往往邊坡處理投資較大，地下廠房在投資和運(yùn)行安全上優(yōu)于地面廠房。

(3)地下廠房在布置上，3洞室平行布置是最多的，采用“一”字布置有時(shí)為最省的投資方案。

6 結(jié)語

水利水電工程投資指標(biāo)受工程布置型式的影響，而工程布置型式取決于天然河流開發(fā)條件和地貌、地形、地質(zhì)等條件，因此需要因地制宜，對多種技術(shù)可行方案進(jìn)行比選，才能實(shí)現(xiàn)水利水電工程投資的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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［3］馬洪琪，周宇，和孫文.中國水利水電地下工程施工(上、下冊)［M］.中國水利水電出版社，2011.

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