南非諾伊斯小水電工程的發(fā)展

[澳大利亞]　R.范德克萊 等

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設(shè)計(jì)與施工

南非諾伊斯小水電工程的發(fā)展

[澳大利亞]R.范德克萊 等

摘要：諾伊斯多目標(biāo)應(yīng)用的小水電工程是南非可再生能源獨(dú)立電力生產(chǎn)采購(gòu)計(jì)劃框架下的第一座徑流式小水電站。簡(jiǎn)要介紹了該電站的概況，闡述了該工程的技術(shù)特點(diǎn)與綜合效益，并明確了該工程的建設(shè)帶來(lái)的諸多益處，即為當(dāng)?shù)靥峁┝朔€(wěn)定電力，促進(jìn)了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，還為當(dāng)?shù)靥峁┝讼∪钡木蜆I(yè)機(jī)會(huì)，可為其他小型水電項(xiàng)目的投資提供借鑒。

關(guān)鍵詞：小水電站；徑流式水電站；REIPPPP框架下施工技術(shù)；綜合效益；諾伊斯水電站；南非

1工程概況

諾伊斯(Neusberg)徑流式水電站位于南非北開普省卡卡馬斯(Kakamas)附近的奧蘭治(Orange)河上。該項(xiàng)目是在南非可再生能源獨(dú)立電力生產(chǎn)采購(gòu)計(jì)劃框架(REIPPPP)下進(jìn)行的，將為南非能源市場(chǎng)提供10 MW的電力基荷，相當(dāng)于可為約5 000戶家庭提供充足電力。REIPPPP由能源部和財(cái)政部聯(lián)合制定，以便于政府實(shí)現(xiàn)3 725 MW的可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量，旨在促進(jìn)該國(guó)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

諾伊斯水電站裝機(jī)12 MW，主要利用奧蘭治河在滿足灌溉、魚梯以及環(huán)境需求流量外的剩余水量發(fā)電。該電站的建設(shè)施工對(duì)灌溉用水的供應(yīng)無(wú)影響。電站2013年1月開工，2015年3月投運(yùn)，由南非卡卡馬斯水電(KHEP)公司擁有。塔斯馬尼亞水電公司及其咨詢商安圖拉(Eutura)公司全程參與了諾伊斯水電站的設(shè)計(jì)施工過程，并將繼續(xù)為電站的后期運(yùn)行維護(hù)提供服務(wù)。

鑒于南非水務(wù)與衛(wèi)生部(DWS)和KHEP公司之間良好的合作關(guān)系，在實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量和灌溉供水的同時(shí)，還確保將一部分水用作發(fā)電。KHEP為DWS和卡卡馬斯用水協(xié)會(huì)提供實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)，以便利益相關(guān)者可實(shí)時(shí)了解電站運(yùn)行狀況。

依靠奧蘭治河的灌溉用水，卡卡馬斯地區(qū)大力發(fā)展水果種植業(yè)。該河處于豐水期時(shí)，正值農(nóng)作物收獲季節(jié)，農(nóng)業(yè)企業(yè)的大型冷庫(kù)開始運(yùn)行，諾伊斯水電站將能緩解用電需求高峰對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)帶來(lái)的巨大壓力，并確保對(duì)灌溉和其他用途的能源供應(yīng)。

2技術(shù)特點(diǎn)

諾伊斯水電站安裝了3臺(tái)單機(jī)為4 010 kW的臥式轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，利用現(xiàn)有高10 m的諾伊斯壩形成的水頭發(fā)電，通過水庫(kù)將水分流到奧蘭治河左右河岸的灌渠。3臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)利用凈水頭15.3 m，額定流量為30 m3/s。

該項(xiàng)目的重點(diǎn)工程包括1座長(zhǎng)75 m的水下迷宮堰，堰頂高程低于水庫(kù)最低水位700 mm。水庫(kù)泄流處和1條長(zhǎng)1 550 m的渠道連接，渠底寬7.7 m，開挖于堅(jiān)硬巖層中，用混凝土襯砌，豐水期最大水深達(dá)7.5 m。洪水期，通過上游進(jìn)水弧形閘門控制水庫(kù)泄流量，防止水庫(kù)水位降低太快。渠道通向1座大型前池，池內(nèi)設(shè)有沖刷設(shè)備、進(jìn)水閘門以及閘門前的攔污柵等。

6條4 m×4 m的鋼筋混凝土管道從前池取水口穿過灌溉渠道，為3臺(tái)機(jī)組供水。電站廠房長(zhǎng)31.8 m、寬15.9 m，3臺(tái)機(jī)組安裝在廠房?jī)?nèi)深18 m的機(jī)窩內(nèi)，機(jī)組周圍回填混凝土。

3條尾水管和長(zhǎng)440 m、寬20~30 m的尾水渠連接，通過尾水渠將尾水排入奧蘭治河。尾水渠內(nèi)的克倫普堰可在非洪水期測(cè)定水電站的流量。

每臺(tái)臥式轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)組裝有1個(gè)直徑為2.5 m、轉(zhuǎn)速750 r/min的轉(zhuǎn)輪，與1個(gè)變速箱和4 720 kVA WEG、6.6 kV發(fā)電機(jī)連接。電站向Eskom公司配電網(wǎng)輸電前，通過3座變電站將輸出電壓升至33 kV，再輸送至長(zhǎng)21 km、33 kV的專用輸電線路。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)須確保以下幾點(diǎn)：①保證卡卡馬斯灌溉項(xiàng)目的供水；②保留諾伊斯壩作為測(cè)量站點(diǎn)的流量觀測(cè)功能；③建設(shè)活動(dòng)對(duì)DWS以及用水協(xié)會(huì)建筑物的影響降至最小。最后一點(diǎn)尤為重要，灌溉渠道直接穿過電站廠房，除允許短暫斷流外，需保持水流不間斷。這需要在建筑物交叉位置增加1條臨時(shí)的PVC連接管道，使廠房和前池分2個(gè)階段修建。在電站廠房、取水口和引水管道建成后再恢復(fù)渠道，這樣前池建成后正好位于交叉處。

在諾伊斯水電站建設(shè)期間，采用許多創(chuàng)新設(shè)計(jì)，為業(yè)主節(jié)約了成本。設(shè)計(jì)創(chuàng)新主要包括以下幾個(gè)方面：①排水渠堰設(shè)計(jì)，在庫(kù)水位較低時(shí)，保證有足夠的水量進(jìn)入引水渠；②引水渠優(yōu)化，減少水頭損失和降低投資；③移除水輪機(jī)室地面上的構(gòu)筑物，為大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)提供便利，從而降低建設(shè)成本；④在尾水渠設(shè)置克倫普測(cè)流堰，滿足流量測(cè)量功能，設(shè)置柵欄，以防止魚類游向流入電站廠房的水流；⑤周密的建設(shè)計(jì)劃，以確保灌溉供水不間斷。

3工程效益

因發(fā)電量穩(wěn)定，水電是一種極具吸引力的能源供應(yīng)方式。一直以來(lái)，該地區(qū)主要依靠燃煤發(fā)電，這是其首次采用水力發(fā)電。根據(jù)與南非國(guó)家電力公司(Eskom)簽訂的購(gòu)電協(xié)議，諾伊斯水電站將為KHEP提供20 a的收益。同時(shí)，該工程為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)提供急需電力，通過社區(qū)信托確保工程的資金分紅，并為偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民提供就業(yè)機(jī)會(huì)。

電站建設(shè)期間，約50%的建設(shè)者來(lái)自于卡卡馬斯或凱穆斯地區(qū)，其余來(lái)自海外分包商。在建設(shè)高峰期，超過350人在現(xiàn)場(chǎng)工作。當(dāng)?shù)仄髽I(yè)也從電站建設(shè)中獲益，業(yè)主承諾將在南非購(gòu)買商品和服務(wù)，建設(shè)期間，整個(gè)工程超過70%的消費(fèi)發(fā)生在當(dāng)?shù)亍Ｔ摴こ踢€將繼續(xù)促進(jìn)該地區(qū)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

REIPPPP歡迎當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)及居民積極參與項(xiàng)目建設(shè)，以確保周邊社區(qū)能夠公平參與該計(jì)劃框架下的各個(gè)項(xiàng)目，以及當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)在項(xiàng)目開發(fā)中獲得經(jīng)濟(jì)效益。

REIPPPP還規(guī)定當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)在項(xiàng)目中的所有權(quán)不得小于2.5%。塔斯馬尼亞水電公司將15%的所有權(quán)保留給項(xiàng)目所在地50 km范圍內(nèi)的社區(qū)，并由南非工業(yè)開發(fā)公司平均分配出資數(shù)額。根據(jù)購(gòu)電協(xié)議的條款，各社區(qū)將依據(jù)其所有權(quán)比例獲得相應(yīng)的收益。

4結(jié)語(yǔ)

通過多年的努力，諾伊斯水電站按期完工。期間克服了一系列的挑戰(zhàn)，尤其是用水許可證申請(qǐng)、各所有權(quán)人之間的合作、土建和機(jī)電承包商之間的協(xié)調(diào)等。該工程還通過購(gòu)買當(dāng)?shù)厣唐泛头?wù)支持當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的發(fā)展，當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)占有的15%的股權(quán)將可確保其長(zhǎng)期受益。

諾伊斯項(xiàng)目的成功建設(shè)重新喚起了對(duì)小水電項(xiàng)目作為可持續(xù)、可再生能源的投資興趣。REIPPPP提供了極具吸引力的稅收政策，小水電投資也將迎來(lái)快速發(fā)展。

駱雪方麗杰譯

(編輯：唐湘茜)

應(yīng)用程序基于功能圖譜開發(fā)，并遵循IEC61131-3[2013年]標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于一些特定的專用功能，比如用于保護(hù)、勵(lì)磁和準(zhǔn)同期的應(yīng)用程序，代碼庫(kù)擴(kuò)展了一些用戶自定義(二次開發(fā))的程序組織單元，以實(shí)現(xiàn)某些專用功能(特殊需求)。

中圖法分類號(hào)：TV747

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-0081(2016)02-0027-02

收稿日期：2016-01-04