美國(guó)利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施新建4座水電站的規(guī)劃

[美國(guó)] P.布拉茲齊克 等

戰(zhàn)略與規(guī)劃

美國(guó)利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施新建4座水電站的規(guī)劃

[美國(guó)] P.布拉茲齊克 等

美國(guó)市政電力公司是一家非盈利性能源供應(yīng)機(jī)構(gòu)，2007年開始著手研究能源組合深度多元化戰(zhàn)略。該機(jī)構(gòu)對(duì)不斷變化的美國(guó)能源和環(huán)境政策有較深理解，正試圖尋求一種既能保證多種形式電力平衡，又能靈活適應(yīng)未來電力需求的電網(wǎng)解決方案。經(jīng)過研究，該機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)層已將目光轉(zhuǎn)向水電項(xiàng)目，因?yàn)樗娛且环N最普遍且長(zhǎng)期的可再生能源方案。

水電項(xiàng)目；可再生能源；開發(fā)規(guī)劃；美國(guó)

1 現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢(shì)

俄亥俄河發(fā)源于美國(guó)東北部的賓夕法尼亞州，流向西南匯入密西西比河，是密西西比河的最大支流。它是全美第二繁忙的河流，承擔(dān)了沿線大量的貿(mào)易和運(yùn)輸任務(wù)。美國(guó)陸軍工程師團(tuán)(USACE)沿河修建了一系列閘壩，并負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)。這些大壩和船閘主要用來協(xié)助航運(yùn)及防洪。

仿效俄亥俄河上所建的貝爾維爾(Belleville)水電站，美國(guó)市政電力公司(AMP)將利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和大壩修建4座水電站，以為該地區(qū)增加309 MW的可再生清潔電力，這足夠?yàn)?5萬個(gè)家庭提供1 a的用量，相當(dāng)于美國(guó)在建水電項(xiàng)目的72%。美國(guó)能源部已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種水電開發(fā)模式潛力巨大，但遺憾的是，目前美國(guó)只有3%的大壩為水電壩。經(jīng)鑒定，300多個(gè)壩址(大部分位于中西部地區(qū))具有開發(fā)潛力，項(xiàng)目建成后水電裝機(jī)容量可增加8 000 MW。

2 初步開發(fā)規(guī)劃

AMP決定修建4座水電站的原因很多，但最初是出于對(duì)清潔穩(wěn)定電力的需求和同期開發(fā)可能會(huì)大大降低成本的考慮。這項(xiàng)宏偉計(jì)劃依靠實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)節(jié)約了整個(gè)項(xiàng)目的成本，并促使50多家承包商和供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)了成本最優(yōu)化。結(jié)果顯示，整個(gè)項(xiàng)目做到了風(fēng)險(xiǎn)最小、成本最優(yōu)，且作為國(guó)內(nèi)最大的新建水電項(xiàng)目之一，其設(shè)計(jì)優(yōu)良。

這些項(xiàng)目在很多方面都很相似。新鋼筋混凝土廠房將建在非船閘一側(cè)的壩肩部位，都是通過在現(xiàn)有河岸開挖引水渠將上游水庫(kù)的水引至發(fā)電廠房，再通過在現(xiàn)有河岸開挖的尾水渠將尾水排至下游。這些項(xiàng)目將利用由閘壩沿水流方向產(chǎn)生的水頭差發(fā)電。項(xiàng)目設(shè)計(jì)上都應(yīng)滿足以下要求：

(1) 航運(yùn)影響最小化；

(2) 洪水影響最小化；

(3) 維護(hù)要求最簡(jiǎn)單；

(4) 能源輸出最大化；

(5) 多年持續(xù)發(fā)電。

所有項(xiàng)目都位于現(xiàn)有閘壩的左岸，并采用直徑7.7 m轉(zhuǎn)輪的臥軸燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

3 許可證問題的解決

為了解決美國(guó)復(fù)雜的許可證審批問題，美國(guó)美華咨詢公司(MWH)前期便已介入。新建水電項(xiàng)目需要獲得工程所在州及聯(lián)邦政府的批準(zhǔn)，如手續(xù)辦理不妥，將會(huì)導(dǎo)致一項(xiàng)工程拖延幾年。為了解決復(fù)雜的審批問題，美國(guó)市政電力公司和美華咨詢公司同聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)(FERC)及USACE的領(lǐng)導(dǎo)層建立了良好關(guān)系，再加上公司內(nèi)部的積極努力，推動(dòng)了項(xiàng)目的進(jìn)展。

表1 4個(gè)新建水電項(xiàng)目的主要特征

許可證審批環(huán)節(jié)中最難的是獲得USACE 408條款的批準(zhǔn)。盡管對(duì)USACE來說，這一審批過程并不陌生，但是對(duì)這些新建水電項(xiàng)目來說是第一次，無形當(dāng)中給許可證的獲得制造了障礙，但是管理團(tuán)隊(duì)?wèi){借其豐富的經(jīng)驗(yàn)、良好的關(guān)系和不懈的努力，在美華咨詢公司的支持下，AMP最終成功地通過了極其困難和富有挑戰(zhàn)性的許可證審批，促進(jìn)了公司制度改革及水電開發(fā)程序的完善。

4 計(jì)劃同期建造的4座電站

盡管每個(gè)項(xiàng)目有很多相似點(diǎn)，AMP可通過同期開發(fā)4個(gè)項(xiàng)目而節(jié)約大量成本，但由于每個(gè)項(xiàng)目的巖土工程條件(水文條件和現(xiàn)場(chǎng)條件)差別較大，各項(xiàng)目實(shí)施期間，仍然需要面對(duì)特殊的技術(shù)難題，所以其設(shè)計(jì)方案各不相同。

威洛艾蘭(Willow Island)水電站位于西維吉尼亞州俄亥俄河上，賓夕法尼亞州匹茲堡點(diǎn)橋(Point Bridge)下游約 260.2 km處，毗鄰現(xiàn)有的威洛艾蘭閘壩。該項(xiàng)目由岸坡加固結(jié)構(gòu)(碾壓水泥土與鋼筋混凝土結(jié)合)和河岸防護(hù)結(jié)構(gòu)(常規(guī)混凝土)組成，電站廠房及防護(hù)結(jié)構(gòu)均建在基巖上。

梅爾達(dá)爾(Meldahl)水電站位于俄亥俄河肯塔基州河岸上，威洛艾蘭水電項(xiàng)目下游約 442.6 km處，靠近現(xiàn)有的C.A.梅爾達(dá)爾閘壩。盡管該電站規(guī)模龐大，但其電站廠房及防護(hù)結(jié)構(gòu)與威洛艾蘭電站類似。

坎內(nèi)爾頓(Canneltom)水電站位于肯塔基州的霍斯維爾(Hawesville)，鄰近俄亥俄河上現(xiàn)有的坎內(nèi)爾頓閘壩。

史密斯蘭(Smithland)水電站位于坎內(nèi)爾頓水電站下游，距上游俄亥俄河和密西西比河交匯處約100.6 km。

坎內(nèi)爾頓和史密斯蘭電站的廠房和防護(hù)結(jié)構(gòu)均建在沖積層上，均由岸坡加固結(jié)構(gòu)(碾壓水泥土與鋼筋混凝土結(jié)合)和河岸防護(hù)結(jié)構(gòu)(水泥土)組成。4座新建電站主要特征見表1。

5 展 望

水電作為主要清潔能源及長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的能源基礎(chǔ)的重要組成部分，其重要性與日俱增。事實(shí)上，在美國(guó)可再生能源中水電占比最大，約占全國(guó)總發(fā)電量的17%，但因制度和資金問題，新建水電項(xiàng)目在很大程度上受到限制。無論如何，AMP的成功經(jīng)驗(yàn)已為美國(guó)未來水電開發(fā)提供了范例。俄亥俄河上的水電項(xiàng)目將有助于AMP及沿線居民享受廉價(jià)、穩(wěn)定的電力。

龔 真 孫 言 譯

(編輯：朱曉紅)

2016-11-30

1006-0081(2017)04-0001-02

TV512

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龔 真，女，黃河水利委員會(huì)，翻譯。)