烏東德水電站施工能耗分析與節(jié)能措施

(長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

2011年12月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部與國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢藥總局聯(lián)合發(fā)布了水利水電工程有關(guān)節(jié)能設(shè)計(jì)的規(guī)范[1]。2013年水利部頒布了相關(guān)的編制規(guī)范[2]。2014年11月1日《水電工程節(jié)能降耗分析設(shè)計(jì)導(dǎo)則》(NB/T 35022-2014)開(kāi)始實(shí)施。水利水電工程施工期的能耗分析與評(píng)價(jià)有著十分重要的意義，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)政府制定的節(jié)能減排目標(biāo)有著積極的推動(dòng)作用[3-10]。根據(jù)《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查暫行辦法》以及有關(guān)節(jié)能的規(guī)程規(guī)范要求，水利水電工程需對(duì)其施工期能耗進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，達(dá)不到節(jié)能要求的項(xiàng)目不能開(kāi)工建設(shè)。本文以烏東德水電站施工為例，介紹了大型水電工程施工節(jié)能的措施。

1 工程概況

金沙江下游干流河段上共建設(shè)有烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩4座梯級(jí)電站。烏東德壩址右岸屬云南省昆明市祿勸縣，左岸隸屬四川省會(huì)東縣。電站開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪、航運(yùn)和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。壩址控制流域面積 40.61萬(wàn)km2，多年平均流量3 830 m3/s，多年平均徑流量1 207億m3。

烏東德水電站正常蓄水位975 m，防洪限制水位952 m，死水位945 m，防洪高水位975 m；設(shè)計(jì)洪水位 979.38 m，校核洪水位 986.17 m；總庫(kù)容 74.08億m3，預(yù)留防洪庫(kù)容 24.4億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容 30.20億m3，庫(kù)容系數(shù) 2.50%，具有季調(diào)節(jié)能力。電站裝機(jī)容量10 200 MW，多年平均發(fā)電量 389.1億kW·h。

烏東德水電站為1等大(一)型工程，樞紐主體由擋水建筑物、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。壩址處河谷狹窄、地形地質(zhì)條件較好。擋水壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高270 m，壩頂弧長(zhǎng)326.95 m。泄洪設(shè)施由壩身泄洪孔和岸邊泄洪洞組成，壩下設(shè)碾壓混凝土重力式二道壩，形成水墊塘消能。引水發(fā)電系統(tǒng)采用兩岸對(duì)稱(chēng)布置，左右岸分別安裝6臺(tái)單機(jī)容量850 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。電站主要工程量見(jiàn)表1。

2 能耗種類(lèi)、數(shù)量及指標(biāo)

2.1 土石方施工

該工程土石方施工項(xiàng)目主要包括明挖、洞挖、支護(hù)、填筑、基礎(chǔ)處理及滲控工程等項(xiàng)目。主要施工機(jī)械設(shè)備有：鉆機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)、自卸汽車(chē)、振動(dòng)碾、混凝土噴射機(jī)、抓斗、灌漿機(jī)等。土石方施工耗電量2.152億kW·h，柴油消耗量 41 120.41t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤128 351 tce。

表1 烏東德水電站主要工程量

2.2 混凝土施工

擋水泄洪建筑物及地下電站主要采用常態(tài)混凝土，二道壩及廠泄導(dǎo)墻采用碾壓混凝土。混凝土施工主要設(shè)備為纜機(jī)、履帶吊、塔機(jī)、混凝土泵及混凝土振搗設(shè)備等?；炷潦┕て诤碾娏? 591.12萬(wàn)kW·h，柴油消耗量14 591.97 t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤35 862 tce。

2.3 輔助生產(chǎn)系統(tǒng)

2.3.1 砂石加工系統(tǒng)

烏東德水電站共設(shè)置2套砂石加工系統(tǒng)，大壩砂石加工系統(tǒng)用電設(shè)備總裝機(jī)容量8 458.8 kW，下白灘砂石加工系統(tǒng)用電設(shè)備總裝機(jī)容量9 408.3 kW。砂石系統(tǒng)施工期總能耗為1.639億kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤52 127 tce。

2.3.2 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)

左岸設(shè)置2座混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，右岸設(shè)置1座混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)總裝機(jī)容量分別為12 000，5 000，11 000 kW，均配有制冷設(shè)備。混凝土系統(tǒng)施工期拌和混凝土總能耗1.61億kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤36 939 tce。預(yù)冷混凝土生產(chǎn)能力970 m3/h，其中7℃混凝土生產(chǎn)強(qiáng)度為400 m3/h，14℃混凝土生產(chǎn)強(qiáng)度為540 m3/h，主要耗能設(shè)備有螺桿制冷壓縮機(jī)組、氨泵、離心風(fēng)機(jī)、冷卻塔等。3座混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)制冷電機(jī)總功率約18 600 kW，施工期制冷總能耗為1.020億kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤32 445 tce。

2.3.3 綜合加工廠

綜合加工廠承擔(dān)鋼筋加工、木模加工、預(yù)制構(gòu)建加工、機(jī)械修配、機(jī)電設(shè)備安裝和金屬結(jié)構(gòu)拼裝等，施工期總能耗為2 567.16萬(wàn)kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤8 164 tce。

2.3.4 給 水

烏東德水電站施工期在左右兩岸設(shè)置水廠，左岸水廠規(guī)模 8.1萬(wàn)m3/d，右岸水廠規(guī)模 0.5萬(wàn)m3/d，左岸上游馬師傅河溝和右岸下游阿巧溝供水量達(dá)1.8萬(wàn)m3/d。

(1)電耗。兩座水廠的取水泵站、配水系統(tǒng)調(diào)節(jié)泵站等各種用電設(shè)備總裝機(jī)容量 6 752.02 kW，計(jì)算負(fù)荷 3 428.73 kW，整個(gè)施工期總電耗 7 476.05萬(wàn)kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤 23 774 tce。

(2)藥耗。兩座水廠采用的混凝劑均是聚合氯化鋁(PAC)，每座水廠均有兩個(gè)投藥點(diǎn)，每個(gè)投藥點(diǎn)最大投加量20 mg/L。右岸上游水廠消毒劑采用次氯酸鈉(NaClO)，投加量為2～3mg/L，左岸水廠出廠水不消毒。整個(gè)運(yùn)行期兩座水廠混凝劑總耗量4 260 t，消毒劑總耗量14 t。

(3)水耗。用于預(yù)沉池排泥、絮凝沉淀池排泥、濾池反沖洗等。由于金沙江水含沙量高，兩座水廠采用兩級(jí)混凝沉淀工藝，耗水量較大，占總供水量的10%～15%。工期水廠耗水量 2 744.7萬(wàn)m3。

2.3.5 排 水

(1)生產(chǎn)系統(tǒng)排水。砂石加工系統(tǒng)、混凝土系統(tǒng)產(chǎn)生的大量含泥沙廢水由廢水處理系統(tǒng)處理，該系統(tǒng)總裝機(jī)容量約2 600 kW，計(jì)算負(fù)荷2 141.05 kW，施工期總耗電3 370萬(wàn)kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤10 717 tce。

(2)基坑排水。大壩初期排水、上下游基坑經(jīng)常性排水以及其他部位經(jīng)常性排水設(shè)備總電耗2 729萬(wàn)kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤8 677 tce。

2.4 生產(chǎn)性建筑物

生產(chǎn)性建筑物主要為混凝土系統(tǒng)、砂石加工系統(tǒng)、綜合加工廠等生產(chǎn)用建筑物以及油庫(kù)、水泥倉(cāng)庫(kù)、粉煤灰倉(cāng)庫(kù)、炸藥庫(kù)、鋼筋鋼材倉(cāng)庫(kù)、機(jī)電設(shè)備倉(cāng)庫(kù)、綜合倉(cāng)庫(kù)等，均為臨時(shí)建筑物。施工期耗電量5 970.35萬(wàn)kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤18 986 tce。

2.5 生活性建筑物

生活性建筑物包括前期營(yíng)地、集中統(tǒng)建的新村管理營(yíng)地、施工作業(yè)面附近的施工單位自建臨時(shí)施工營(yíng)地等。施工期耗電量 9 047.43萬(wàn)kW·h，用水量 742.05萬(wàn)t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤28 771 tce。

烏東德水電站施工期能耗分析見(jiàn)表2。

表2 烏東德水電站施工期能耗分析

3 節(jié)能措施

烏東德水電站工程節(jié)能措施體現(xiàn)在大壩、泄水消能、引水發(fā)電建筑物的設(shè)計(jì)方面。

3.1 大 壩

充分利用壩址河谷狹窄、地質(zhì)條件優(yōu)良的特點(diǎn)，采用混凝土用量少的雙曲拱壩。上部拱推力小的部位利用弱卸荷巖體，中上部拱肩槽采用半徑向開(kāi)挖，開(kāi)挖量和混凝土澆筑量均有較大幅度減小。拱壩體形選擇對(duì)壩址河谷形狀適應(yīng)性好的拋物線拱，充分利用混凝土后期強(qiáng)度進(jìn)行壩體混凝土分區(qū)，且多采用4級(jí)配混凝土。

3.2 泄水消能建筑物

以壩身泄洪為主(5個(gè)表孔、6個(gè)中孔)，充分利用壩下天然水墊深厚、巖石抗沖能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)水墊塘采用護(hù)岸不護(hù)底方案，大大節(jié)省混凝土用量和運(yùn)行維護(hù)成本。水墊塘邊坡支護(hù)與混凝土邊墻錨固結(jié)合布置，邊坡排水與邊墻排水結(jié)合布置，可減少邊坡支護(hù)量。二道壩采用碾壓混凝土方案。泄洪洞3個(gè)工作閘室操作平臺(tái)以下保留巖埂，減少開(kāi)挖量和混凝土澆筑量；泄洪洞挑流鼻坎嵌入出口洞臉邊坡內(nèi)，以減少開(kāi)挖量。

3.3 引水發(fā)電建筑物

(1)合理利用壩址地形、地質(zhì)條件。地下廠房靠河側(cè)布置，與靠山內(nèi)側(cè)布置相比，單機(jī)輸水線路長(zhǎng)度縮短約200 m。將主廠房、主變洞和調(diào)壓室3大洞室平行布置，縮短發(fā)電機(jī)至主變壓器之間大電流離相封閉母線的長(zhǎng)度，減小電能損耗。將開(kāi)關(guān)站GIS配電裝置布置于主變壓器的上方，可降低輸電線路損耗、節(jié)省開(kāi)關(guān)站布置和運(yùn)行期維護(hù)工作。盡可能采取永久工程和臨時(shí)工程相結(jié)合的施工組織設(shè)計(jì)。

(2)盡可能壓縮地下廠房空間。①機(jī)電設(shè)備緊湊布置；②僅在廠房下游側(cè)布置運(yùn)行通道，取消廠房上游側(cè)通道，將風(fēng)罩緊貼上游邊墻布置；③采用巖錨吊車(chē)梁以減小主廠房跨度，并使得大橋機(jī)提前投入運(yùn)行；④蝸殼部位采用倒懸開(kāi)挖體型，避免蝸殼尺寸成為廠房跨度的控制因素；⑤利用數(shù)值分析技術(shù)優(yōu)選三大洞室間距、地下廠房洞室群施工開(kāi)挖順序及錨噴支護(hù)參數(shù)。

(3)加快機(jī)組安裝進(jìn)度。烏東德水電站裝機(jī)容量大，機(jī)組安裝過(guò)程中轉(zhuǎn)子及定子安裝耗時(shí)最長(zhǎng)，是控制機(jī)組安裝進(jìn)度的主要因素。通過(guò)在廠房另一端布置副安裝場(chǎng)，增設(shè)一個(gè)轉(zhuǎn)子安裝工位；集水井布置在副安裝場(chǎng)下部，使主安裝場(chǎng)盡早形成，為加快機(jī)組安裝進(jìn)度及早日投產(chǎn)提供必要條件。

4 結(jié) 論

(1)烏東德水電站為Ⅰ等大(一)型工程，施工期總能耗為423 992 tce。設(shè)計(jì)中因地制宜進(jìn)行樞紐布置和建筑物設(shè)計(jì)，節(jié)省了工程量，降低了項(xiàng)目的能源消耗量。與國(guó)內(nèi)其他同等規(guī)模的巨型水電站相比，如白鶴灘水電站施工期總能耗107.57萬(wàn) tce，烏東德水電站的能效水平處于先進(jìn)水平。

(2)烏東德水電站建成后，每年可減少標(biāo)準(zhǔn)煤用量1 220萬(wàn)t，減少CO2排放量3 050萬(wàn)t，減少SO2排放量10.4萬(wàn)t，減少NOx 排放量 9.0萬(wàn)t，環(huán)保效益顯著，與我國(guó)政府制定的2020年CO2排放量下降目標(biāo)一致。