岸邊式抽水蓄能電站水資源回收利用措施研究與探索

張建偉，趙 磊，周 敏

（山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山西省忻州市 035503）

岸邊式抽水蓄能電站水資源回收利用措施研究與探索

張建偉，趙 磊，周 敏

（山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山西省忻州市 035503）

西龍池電站為純抽水蓄能、日調(diào)節(jié)電站，主要承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻及事故緊急備用等任務(wù)；電站新建有上、下兩個(gè)水庫，均無天然徑流，其中下水庫位于滹沱河左岸邊龍池溝溝腦部位，為典型的岸邊式懸?guī)欤业貐^(qū)多年平均蒸發(fā)量大于降雨量，干旱性氣候，為提高水電轉(zhuǎn)換效率、滿足電網(wǎng)的出力需求以及節(jié)約水資源、提高水資源利用效率對(duì)電站而言顯得尤為重要；目前，經(jīng)過建設(shè)期、運(yùn)行期的設(shè)計(jì)及不斷優(yōu)化，電站共建成有下水庫補(bǔ)水系統(tǒng)、下水庫滲漏水回收系統(tǒng)、庫底廊道滲漏水回收系統(tǒng)、廠房滲漏及機(jī)組運(yùn)行水回收系統(tǒng)、自流排水洞滲漏水回收系統(tǒng)、排煙豎井滲漏水回收系統(tǒng)、空調(diào)水回收系統(tǒng)7套系統(tǒng)。另外，結(jié)合下水庫滲漏處理，除水庫蒸發(fā)量無法控制外，電站最大限度地保證了水資源的回收利用，成為了環(huán)保節(jié)能方面的亮點(diǎn)。

純抽水蓄能電站；岸邊式懸?guī)?；水資源寶貴；利用效率；滲漏處理；水回收

1 概況

山西西龍池抽水蓄能電站為純抽水蓄能、日調(diào)節(jié)電站，電站裝機(jī)容量為1200MW（4×300MW），額定水頭640.00m，年發(fā)電量18.05×108kW·h，年抽水電量24.07×108kW·h，電站以500kV電壓并入山西電網(wǎng)，擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)。電站新建有上、下兩個(gè)水庫，均無天然徑流，其中下水庫位于滹沱河左岸邊龍池溝溝腦部位，為典型的岸邊式懸?guī)?，且電站所處地區(qū)多年最大降雨量684.7mm，多年平均最大蒸發(fā)量974.3mm/760.5mm，干旱性氣候，水庫的水損失主要由蒸發(fā)、滲漏及機(jī)組設(shè)備運(yùn)行排水組成。

建設(shè)期，電站便開始研究水資源回收利用及保證發(fā)電庫容措施。首先，采取了將施工期下水庫供水系統(tǒng)改造為運(yùn)行期下水庫補(bǔ)水系統(tǒng)，以便于庫容不足時(shí)補(bǔ)充水量；其次，在廠房檢修排水廊道設(shè)一集水井主要用于回收機(jī)組設(shè)備運(yùn)行排水及廠房洞室滲漏水；再次，新建空調(diào)水回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將生活區(qū)、辦公區(qū)空調(diào)用水回收的措施。

此外，下水庫自2008年開始蓄水時(shí)便發(fā)現(xiàn)存在滲漏量較大的問題，運(yùn)行期也有針對(duì)性地建設(shè)下水庫滲漏水回收系統(tǒng)。為保證最大程度的回收，同期還建有庫底廊道滲漏水回收系統(tǒng)、排煙豎井滲漏水回收系統(tǒng)，但各系統(tǒng)運(yùn)維成本較高?？紤]到水庫長期如此運(yùn)行不僅直接影響到電站的綜合效率及經(jīng)濟(jì)效益，而且若水庫滲漏問題長期不能解決，更是會(huì)威脅到大壩和水庫的安全穩(wěn)定運(yùn)行，2011～2014年，電站通過遞進(jìn)式處理思維、逐點(diǎn)攻破了下水庫滲漏處理難題，經(jīng)過2014年近兩個(gè)多月的施工處理，有效地解決了下水庫滲漏量偏大問題，進(jìn)一步減少了水資源流失；另外，隨著電站運(yùn)行強(qiáng)度加大、生產(chǎn)生活用水量日益增加，每年電站上繳地方政府相關(guān)部門的水資源費(fèi)用過高的問題凸顯，為更全面地實(shí)現(xiàn)水資源的回收利用，2015年電站又新建了“自流排水洞滲漏水回收系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了廠房滲漏及機(jī)組側(cè)排水的二次回收，實(shí)現(xiàn)了最大程度的回收利用水資源，為同類無天然來水的抽水蓄能電站提供了參考和借鑒。

圖1 下水庫滲漏水回收系統(tǒng)平面圖

2 系統(tǒng)及下水庫滲漏處理情況介紹

2.1 下水庫補(bǔ)水系統(tǒng)

下水庫補(bǔ)水系統(tǒng)為原施工期下水庫供水系統(tǒng)，2002年建成投入使用，布置在滹沱河左岸水泉灣泉水水源處，現(xiàn)作為運(yùn)行期下水庫永久補(bǔ)水水源及生活水取水水源（包括空調(diào)用水）；系統(tǒng)安裝有四臺(tái)75kW、揚(yáng)程110m、額定流量350m3/h、350QJ320-55/2型水泵，三運(yùn)一備運(yùn)行。

2.2 下水庫滲漏水回收系統(tǒng)

下水庫滲漏水回收系統(tǒng)位于電站下水庫庫底外排廊道總出口處，主要用于回收下水庫庫盆滲漏水，保證電站的正常運(yùn)行需求；該系統(tǒng)于2010年10月建成投入使用，根據(jù)滲漏量及現(xiàn)場(chǎng)地形，泵房開挖有125m3集水池，沿右壩肩坡腳排水溝鋪設(shè)直徑φ150mm 無縫排水鋼管至庫盆，出口處庫盆面板設(shè)分流盒；系統(tǒng)安裝有兩臺(tái)55kW、揚(yáng)程110m、額定流量100m3/h、300JC/K100-110/9F型深井長軸泵，一主一備運(yùn)行。

2.3 庫底廊道滲漏水回收系統(tǒng)

庫底廊道滲漏水回收系統(tǒng)位于下水庫庫底進(jìn)出水口排水廊道區(qū)域，集水池容量為90m3，主要用于將庫底進(jìn)出水口區(qū)域的滲漏水回收至下水庫庫盆內(nèi)；系統(tǒng)于2007年建成投產(chǎn)，安裝有兩臺(tái)37kW、揚(yáng)程60m、額定流量140m3/h、YQS250-37型潛水泵，一主一備運(yùn)行。

2.4 廠房滲漏及機(jī)組運(yùn)行水回收系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于回收機(jī)組設(shè)備運(yùn)行時(shí)所需的水、地下廠房滲漏水及自流排水洞滲漏水，系統(tǒng)安裝有三臺(tái)31.8kW、揚(yáng)程140m、額定流量60m3/h、200JC/S60-140型深井泵，兩主一備運(yùn)行，集水池容量為 90m3。

2.5 自流排水洞滲漏水回收系統(tǒng)

自流排水洞滲漏水回收系統(tǒng)位于自流排水洞出口處，因自流排水洞與地下廠房檢修排水廊道連接，故可主要用于回收機(jī)組設(shè)備運(yùn)行排水未完全回收部分、地下廠房巖壁滲漏水及自流排水洞滲漏水，2015年系統(tǒng)建成投產(chǎn)，安裝有三臺(tái)5.5kW、揚(yáng)程64m、額定流量10m3/h的礦用潛水泵，采用DN100鋼管加壓將滲漏水回收至下水庫滲漏水回收泵房，兩用一備方式運(yùn)行，集水池容量為30m3。

2.6 排煙豎井滲漏水回收系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于回收廠房排煙豎井山體內(nèi)滲漏水，系統(tǒng)安裝有兩臺(tái)5.5kW、揚(yáng)程72m、額定流量10m3/h、QS-72/4-5.5型潛水泵，一主一備運(yùn)行，開挖有1.5m3集水池。

2.7 空調(diào)水回收系統(tǒng)

為保證地源熱泵的正常運(yùn)行，使空調(diào)水不被浪費(fèi)，2010年西龍池公司建成并投入使用空調(diào)水回收系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝有兩臺(tái)132kW、揚(yáng)程180m、額定流量155m3/h、D155-30×6型水泵，一備一用方式運(yùn)行，集水池容量為200m3，為電站運(yùn)行期下水庫主要補(bǔ)水源。

2.8 下水庫滲漏處理情況

西龍池抽水蓄能電站下水庫自2008年首次蓄水開始就發(fā)現(xiàn)有水庫滲漏量大的問題（水庫放空前最高水位約為788.0m，最大滲流量為4.6L/s），后經(jīng)2008、2009年兩次放空處理，效果雖明顯，但仍然超過設(shè)計(jì)理論計(jì)算值29.1L/s；2012年6月，西龍池抽水蓄能電站樞紐工程竣工安全鑒定專家組認(rèn)為水庫仍然存在滲漏量偏大且局部集中的問題，并于鑒定報(bào)告中提出建議：“下水庫滲流總量大，尤其是局部混凝土面板區(qū)域內(nèi)的排水廊道和進(jìn)出水口連接廊道內(nèi)滲水量較大，建議分析原因，結(jié)合檢修進(jìn)行檢查和必要的處理”。2014年1月28日實(shí)測(cè)水位在831.2m時(shí)，總滲漏量約為35.213L/s。

西龍池公司一直以來高度重視下水庫滲漏問題，多次組織設(shè)計(jì)院及系統(tǒng)內(nèi)外專家對(duì)滲漏問題進(jìn)行會(huì)診，并委托相關(guān)單位對(duì)水庫進(jìn)行了檢查：

（1）由于下水庫廊道存在大量白色析出物，2012年3月31日，西龍池公司委托中國水利水電科學(xué)研究院進(jìn)行了《下水庫滲漏水水質(zhì)分析及其對(duì)混凝土面板影響研究》項(xiàng)目，通過對(duì)混凝土面板進(jìn)行取樣檢查以及對(duì)下水庫滲漏水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，認(rèn)為：①面板混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，但下水庫鋼筋混凝土面板局部存在鼓包、脫落、裂縫及止水破壞、表層聚氨酯涂層剝落的現(xiàn)象；②鋼筋混凝土面板局部有滲漏溶蝕問題，目前不會(huì)對(duì)面板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成影響，建議對(duì)面板混凝土裂縫進(jìn)行修補(bǔ)及對(duì)剝落聚氨酯涂層及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

（2）為了進(jìn)一步研究滲漏點(diǎn)，限于費(fèi)用計(jì)劃原因，2012年8～10月，西龍池公司委托青島太平洋海洋工程有限公司僅對(duì)下水庫進(jìn)出水口局部區(qū)域進(jìn)行了水下檢查，共發(fā)現(xiàn)了33處明顯滲漏點(diǎn)，且均為結(jié)構(gòu)縫處。

（3）為了進(jìn)一步便于決策，2013年6～7月，西龍池公司再次委托青島太平洋海洋工程有限公司開展大面積普查，包括：①局部混凝土面板；②結(jié)構(gòu)縫；③曾經(jīng)發(fā)生高邊坡落石造成面板受損的三區(qū)及其附近區(qū)域。通過本次普查發(fā)現(xiàn)：①有新增滲漏點(diǎn)10處；②同時(shí)發(fā)現(xiàn)攔污柵上游側(cè)混凝土面板存在裂縫?；谫M(fèi)用考慮下，對(duì)原有的33處和新發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)進(jìn)行臨時(shí)封堵，效果較為明顯，說明：結(jié)構(gòu)縫處的漏點(diǎn)處理后可以大幅堵塞滲漏源。

（4）為進(jìn)一步確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)初步數(shù)據(jù)的分析結(jié)構(gòu)并找出處置措施，2013年7月，于西龍池公司組織召開的“下水庫水下檢查階段成果分析會(huì)”上，與會(huì)領(lǐng)導(dǎo)專家經(jīng)過長時(shí)間的認(rèn)真分析討論，最終認(rèn)為造成滲漏的主要原因就是由于進(jìn)出水口區(qū)域及局部鋼筋混凝土面板區(qū)域結(jié)構(gòu)縫止水失效引起的，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)普查結(jié)果，電站運(yùn)行期局部混凝土面板產(chǎn)生的缺陷（裂縫、鼓包、脹裂等）也是影響滲漏的重要因素。

（5）為確保永久方案的可行性和效果預(yù)測(cè)，2013年8月，西龍池公司委托中國水利水電科學(xué)研究院對(duì)“西龍池電站下水庫滲漏分析及缺陷修補(bǔ)方案”進(jìn)行了咨詢研究，在國網(wǎng)新源控股有限公司組織下，邀請(qǐng)相關(guān)專家最終確認(rèn)了中國水利水電科學(xué)研究院提出的永久處理方案。

處理方案確定后，西龍池抽水蓄能電站下水庫滲漏處理計(jì)劃分《山西西龍池抽水蓄能電站下水庫810m高程以上面板滲漏水上處理》《山西西龍池抽水蓄能電站下水庫810m高程以下面板滲漏水下處理》兩個(gè)項(xiàng)目執(zhí)行，并于2014年4月分別開工，7月全部竣工，其中810m高程水下處理部分由青島太平洋海洋工程有限公司負(fù)責(zé)，810m高程水上處理部分由北京中水科海利工程技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)。水上、水下滲漏處理見圖2。經(jīng)處理，西龍池抽水蓄能電站下水庫滲漏量在810m水位下，滲漏量減少約79.09%，在835m水位下，滲漏量同比減少約51.4%，效果顯著。

3 運(yùn)行指標(biāo)

3.1 下水庫補(bǔ)水系統(tǒng)

電站運(yùn)行期，下水庫補(bǔ)水系統(tǒng)一般只作為生活用水取水系統(tǒng)（包括空調(diào)用水）使用，水庫內(nèi)水損主要由空調(diào)水回收系統(tǒng)補(bǔ)充，只有在下水庫庫容突然大量減少時(shí)，方才使用下水庫補(bǔ)水系統(tǒng)直接給下水庫補(bǔ)水。

3.2 下水庫滲漏水回收系統(tǒng)及庫底廊道滲漏水回收系統(tǒng)

圖2 水上、水下滲漏處理

下水庫滲漏回收系統(tǒng)及庫底廊道滲漏水回收系統(tǒng)每日根據(jù)集水池水位情況自動(dòng)啟停水泵；根據(jù)日常運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該兩套系統(tǒng)回收了下水庫近98%以上的滲漏量，按照電站下水庫日均滲漏量864m3（10L/s）計(jì)算，日均回收生產(chǎn)用水845m3。

3.3 廠房滲漏及機(jī)組運(yùn)行水回收系統(tǒng)

廠房滲漏及機(jī)組運(yùn)行水回收系統(tǒng)每日根據(jù)集水池水位情況自動(dòng)啟停水泵；實(shí)際運(yùn)行過程中，水泵采取一主兩備方式，且基本上24h不間斷運(yùn)行，預(yù)估日均回收水量為1400m3。

3.4 自流排水洞滲漏水回收系統(tǒng)

自流排水洞滲漏水回收系統(tǒng)每日根據(jù)集水池水位情況自動(dòng)啟停水泵；根據(jù)日常運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，基本上水泵處于不間斷運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)估每日均回收水量約為 450m3。

3.5 排煙豎井滲漏水回收系統(tǒng)

排煙豎井滲漏水回收系統(tǒng)根據(jù)集水池水位情況自動(dòng)啟停水泵；日常運(yùn)行中水泵每日啟動(dòng)2.5h，每日均回收水量約為25m3。

3.6 空調(diào)水回收系統(tǒng)

空調(diào)水回收系統(tǒng)每日根據(jù)集水池水位情況自動(dòng)啟停水泵，回收水量與季節(jié)空調(diào)使用情況相關(guān)；根據(jù)多年水表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，多年日平均回收水量約為 3500m3。

4 結(jié)束語

經(jīng)過多年努力，西龍池抽水蓄能電站通過采取多種水回收措施并結(jié)合水庫滲漏處理，基本上實(shí)現(xiàn)了全方位節(jié)水的目的；經(jīng)合計(jì)，電站較無任何節(jié)水措施的情況下，回收水量約227萬m3/a，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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The Pumped-storage Power Station of Shore Type’s Recycling Water Measures Researching and Exploration

ZHANG Jianwei，ZHAO Lei，ZHOU Min
（Shanxi Xilongchi Pumped Storage Power Station Co.，Ltd.，Xinzhou 035503，China）

The xi long chi pumped and storage power station of shanxi，as a pure、daily regulation station，mainly undertake peak shaving、filling the valley、frequency adjustment and emergency using to grid.The station has upper and lower reservoirs，and no natural runoff.As a typical shore reservoir，the lower reservoirs is in the left bank of the “ HU TUO RIVER” and the middle of the“LONG CHI VALLEY”，and the area’s average evaporation more than rainfall，drought climate，to improve the efficiency of water、meet the demand of output of the power grid and save water for power plant is particularly important.Now.After construction、operation period and design optimization，the station has built the water supplement system，the recycling system for leakage water of lower reservoir、underground powerhouse、unit equipment、underground caverns、exhaust shaft and air conditioning water.In addition，after the reservoir leakage treatment， the reservoir evaporation can’t control still，the power station of utmost to ensure the water resources recycling，has been a highlight of environmental protection and energy saving.

pure pumped-storage power station；shore type reservoir；precious water resources；utilization efficiency；leakage treatment；water recovery

TV743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 學(xué)科代碼：570.35 DOI：10.3969/j.issn.2096-093X.2016.06.013

2016-05-01

張建偉（1982—），男，本科，工程師，主要從事水電站技術(shù)管理等。E-mail：88511745@qq.com

趙 磊（1987—），男，本科，助理工程師，主要從事水電站技術(shù)管理等。E-mail：819260392@qq.com

周 敏（1988—），女，本科，助理工程師，主要從事水電站技術(shù)管理等。E-mail：819260392@qq.com