川藏第一隧 綠色自發(fā)電

文/圖 四川雅康高速公路有限責(zé)任公司 陶偉 洛絨達(dá)哇 何書濤

公路隧道運營階段的碳排放源，主要由隧道照明、交通指示標(biāo)識、監(jiān)控設(shè)施及隧道通風(fēng)等機電設(shè)施造成。雅康高速二郎山隧道秉承綠色發(fā)展理念，利用消防取水通道，設(shè)置綠色自發(fā)電設(shè)備，減少耗電產(chǎn)生的碳排放，具有較好的應(yīng)用價值與推廣價值。

雅康高速二郎山隧道

2019年9月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《交通強國建設(shè)綱要》，其中綠色發(fā)展節(jié)約集約、低碳環(huán)保章節(jié)明確提出，把生態(tài)環(huán)保理念貫穿交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)、運營和養(yǎng)護(hù)全過程；2021年2月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，其中也再次要求促進(jìn)交通能源動力系統(tǒng)清潔化、低碳化、高效化發(fā)展。

項目概況

雅康高速公路位于深山峽谷，植被茂密、溪流支溝眾多，水資源極為豐富。其中，二郎山隧道建設(shè)工程設(shè)置了自發(fā)電設(shè)備，作為隧道日常用電的重要補充。清潔能源的使用，減少了日常用電導(dǎo)致的有害氣體排放。

雅康高速是四川省“十三五”綜合交通運輸發(fā)展規(guī)劃“八射三聯(lián)”中，以成都為起點，輻射西藏綜合運輸通道中的一條重要線路。線路全長約135公里，東起雅安市對巖鎮(zhèn)，經(jīng)天全縣、瀘定縣，西至康定市爐城鎮(zhèn)，呈近東西向條帶狀展布。雅康高速沿線環(huán)境敏感區(qū)域多，包括貢嘎山國家級風(fēng)景名勝區(qū)、四川大熊貓棲息地世界遺產(chǎn)、二郎山國家森林公園、二郎山省級風(fēng)景名勝區(qū)、周公河珍稀魚類省級自然保護(hù)區(qū)和天全河珍稀魚類省級自然保護(hù)區(qū)，施工、運營生態(tài)保護(hù)要求高。

二郎山超特長隧道是雅康高速控制性工程，橫穿有著“天塹”之稱的二郎山，隧道左線長13.459公里,右線長13.406公里,被譽為“川藏第一隧”,隧道穿越多條區(qū)域性斷裂帶，存在斷層破碎帶、巖爆、瓦斯、大變形、高壓突泥突水等不良地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。

二郎山隧道采用雙回路供電，負(fù)荷中監(jiān)控負(fù)荷、照明系統(tǒng)為經(jīng)常性負(fù)荷，每小時負(fù)荷為568千瓦。依據(jù)不完全統(tǒng)計，2019年至2021年隧道運營期間，二郎山隧道用電量平均每月為28萬至30萬千瓦·時。

發(fā)電方案

雅康高速公路二郎山隧道自備電源供電項目位于雅康高速二郎山隧道地下風(fēng)機房內(nèi)，項目總裝機為630千瓦，年平均發(fā)電量可達(dá)385萬千瓦·時。

二郎山隧道自備電源為引水式開發(fā)，利用隧道消防用水在上游設(shè)置的取水點，在斜井內(nèi)布設(shè)引水管道，利用取水點與地下風(fēng)機房的高差，把水的位能和動能轉(zhuǎn)換成電能。取水點正常水位高程為1788米，二郎山隧道地下風(fēng)機房發(fā)電機組高程為1595米，落差193米，具有極高的水資源價值。

五里溝為大渡河干流左岸的一條小支溝，位于瀘定縣城附近，其主溝由東向西流，于九叉樹匯入大渡河，流域面積41平方公里，河長13.1公里，比降131‰。因隧道運營消防用水需要，從五里溝上游高程約1793米處新建取水壩取水，自備電源利用消防取水點，通過引水明渠沿五里溝左岸引水至沉砂池，沉砂池后接壓力明鋼管，通過壓力鋼管沿二郎山隧道通風(fēng)斜井，引水至高程1595.82米處的隧道內(nèi)廠房發(fā)電。

二郎山隧道用電負(fù)荷表(單位：千瓦)

二郎山隧道用電負(fù)荷表(單位：千瓦)

2019-2021雅康高速二郎山隧道國網(wǎng)用電量（單位：萬千瓦·時）

2019-2021雅康高速二郎山隧道國網(wǎng)用電量（單位：萬千瓦·時）

雅康高速二郎山隧道自備電源進(jìn)展情況

五里溝引水點航拍圖

二郎山隧道供電項目利用消防水源攔水壩筑壩建設(shè)，在滿足生態(tài)保護(hù)需要和流量的前提下，充分利用剩余水資源，結(jié)合通風(fēng)斜井布置壓力鋼管，基本不新增永久占地，節(jié)約征地成本。

在消防水池與廠房之間采用壓力鋼管，并沿通風(fēng)斜井右側(cè)布置。通過設(shè)置在隧道斜井內(nèi)的引水管道相連，在風(fēng)機房內(nèi)發(fā)電，發(fā)電設(shè)施設(shè)計流量為每秒0.45立方米，流速為每秒2.2米。

二郎山斜井位置圖

二郎山地下風(fēng)機房設(shè)備室示意圖

沖擊發(fā)電電機組后的水量最大流量約為每秒0.45立方米，通過主線隧道的中央水溝排出隧道。中央水溝的排水能力約為每小時1.2167萬立方米，能保證隧道運營期間涌水及發(fā)電尾水引起的排水需要。

由于電網(wǎng)接入要求，二郎山隧道自備電源項目余電不能上網(wǎng)，考慮到節(jié)約投資、制造及運行方便，且滿足供電要求，擬裝設(shè)1臺630千瓦水輪發(fā)電機機組，采用沖擊式機型。

發(fā)電機組圖

根據(jù)水文、動能專業(yè)和二郎山隧道實際用電負(fù)荷確定的二郎山自發(fā)電設(shè)備，規(guī)模為一臺630千瓦的發(fā)電機組，送出線路電壓等級為1萬伏，電站發(fā)電機出口電壓為0.4千伏，一臺發(fā)電機出線0.4千伏與主變壓器采用單元接線方式，選配一臺S11-800/10三相雙線圈油浸式變壓器將發(fā)電機0.4千伏電壓升至1萬伏，1萬伏側(cè)采用單母線接線方式，以一回YJV-3X25-8.7/1萬伏的電力電纜沿二郎山隧道內(nèi)預(yù)留的強電電纜通道敷設(shè)約4公里線路接入二郎山隧道在康定端變電所的1萬伏母線，通過二郎山隧道原有的供電網(wǎng)絡(luò)向各用電負(fù)荷提供電源。

取得效益

自備電源項目用水為非耗水型，可提供優(yōu)質(zhì)、清潔能源，具有節(jié)約不可再生能源和減排溫室氣體量及其他污染物的優(yōu)點，工程具有較好的環(huán)境效益。

該項目每年將提供清潔電能385.3萬千瓦·時，將替代火電站燃煤的投入，考慮5%的火電廠用電，以標(biāo)煤耗每千瓦·時310克計算，則該項目運行每年可節(jié)省標(biāo)煤約0.16萬噸。此外，還能減少二氧化碳、二氧化硫等污染物排放量。

二郎山隧道自備電源減排效益

二郎山隧道自備電源減排效益

自發(fā)電量及占用電總量占比（單位：萬千瓦·時）

自發(fā)電量及占用電總量占比（單位：萬千瓦·時）

根據(jù)原交通部《公路水路交通運輸節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》，“在公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運營領(lǐng)域，積極組織開展先進(jìn)適用節(jié)能減排技術(shù)的推廣應(yīng)用工作，降低能耗與排放水平”，“公路隧道節(jié)能減排技術(shù)改造與應(yīng)用，大力推進(jìn)太陽能、風(fēng)能等可再生能源應(yīng)用”，利用水能資源進(jìn)行開發(fā)利用，具有綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的重大意義。雅康高速切實響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，二郎山隧道利用斜井進(jìn)行引水發(fā)電，為公路交通行業(yè)節(jié)能減排提供了新思路、新舉措。

二郎山隧道自備電源項目利用隧道消防取水點，不額外增加工程措施、不污染環(huán)境，每年能為二郎山隧道提供300余萬度的電量，具有極高的經(jīng)濟(jì)意義。

項目自2021年6月試運轉(zhuǎn)來，自備電源發(fā)電每月發(fā)電最多可達(dá)22.42萬千瓦·時，占整個隧道用電的75%。隨著自發(fā)電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，隧道日常用電將逐步由自備發(fā)電設(shè)備提供。

隨著高速公路向偏遠(yuǎn)地區(qū)延伸，偏遠(yuǎn)地區(qū)用電條件與高速公路需要之間的矛盾將日益突出，傳統(tǒng)的供電模式存在投資成本高、電能傳輸損耗大的局限；同時傳統(tǒng)發(fā)電模式帶來環(huán)境污染問題已愈發(fā)引起人們的關(guān)注。交通與分布式發(fā)電的結(jié)合，將從一定程度上解決這一局限，特別是在長大隧道及隧道群中，分布式發(fā)電可以就近設(shè)置發(fā)電設(shè)備，避免電能傳輸損耗；裝機容量小建設(shè)成本較低；作為動力電網(wǎng)的有益補充、提高用電的可靠度等。

為確保隧道安全和節(jié)約運營費用，沿線長大隧道均要設(shè)置高位消防池，結(jié)合隧道進(jìn)出口附近的沖溝，建設(shè)攔河壩，可通過沉砂池引水至高位消防池，根據(jù)水量調(diào)整消防管管徑，引水至變電所進(jìn)行發(fā)電，該方案可直接利用發(fā)動機及相關(guān)配電設(shè)備，對相對穩(wěn)定的照明設(shè)施進(jìn)行供電，解決主要電力負(fù)荷需求，最大限度降低建設(shè)及運營投資。