摘要:小水電的開(kāi)發(fā)建設(shè)是一項(xiàng)技術(shù)性較強(qiáng)的工作?？茖W(xué)合理地建設(shè)、改造和管理小水電,對(duì)于確保電站效益的發(fā)揮至關(guān)重要。本文筆者歸納了目前小型水電站建設(shè)和改造中存在的主要問(wèn)題,并提出了相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵詞:水電站建設(shè);問(wèn)題;探討

1 小型水電站建設(shè)中應(yīng)注意的問(wèn)題

根據(jù)不同類(lèi)型電站特點(diǎn),選擇合適的水輪機(jī)機(jī)型及電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)。利用水力發(fā)電,水輪機(jī)是關(guān)鍵。如何根據(jù)不同

的水力參數(shù),選擇合適的水輪機(jī),是一座電站建設(shè)成功與失敗的關(guān)鍵所在。水輪機(jī)根據(jù)水力作用的不同,可分為反擊式水輪機(jī)和沖擊式水輪機(jī)兩大類(lèi)。兩大類(lèi)中,又可分為混流式、軸流式、貫流式、水斗式、斜擊式和雙擊式六種型式。在這六種型式水輪機(jī)中,不同的型式有不同的適應(yīng)水頭、流量和高效率區(qū)域。農(nóng)村小型水電站的建設(shè)必須按不同型式水輪機(jī)的固有特性來(lái)選擇水輪機(jī)及裝機(jī)臺(tái)數(shù),在進(jìn)行投資比較時(shí),首先應(yīng)滿(mǎn)足技術(shù)上的要求。如低水頭電站選擇軸流定漿式水輪機(jī),因其高效率區(qū)比較窄,在同樣的裝機(jī)容量下,有調(diào)蓄性能,額定流量能保證的水庫(kù)電站可選擇一臺(tái)機(jī)組以節(jié)省投資;流量不能保證的徑流式電站應(yīng)選擇二臺(tái)或二臺(tái)以上機(jī)組,以適應(yīng)不同流量情況下機(jī)組高效率運(yùn)行的需要。對(duì)于適用于高水頭電站的沖擊式機(jī)組,因其高效率區(qū)較寬,為節(jié)省投資,應(yīng)盡量選擇裝機(jī)一臺(tái)。

修建梯級(jí)電站旁通引水渠,以適應(yīng)上級(jí)電站檢修時(shí),下級(jí)電站發(fā)電的需要,避免棄水損失。農(nóng)村小型梯級(jí)電站中,下級(jí)電站一般都是直接引用上級(jí)電站的尾水發(fā)電,而我國(guó)農(nóng)村小型梯級(jí)水電站興建中,往往忽視上下級(jí)電站檢修用旁通渠的修建,因此在上級(jí)電站進(jìn)行常規(guī)性檢修或臨時(shí)性搶修時(shí),上游來(lái)水就無(wú)法進(jìn)入下級(jí)電站引水渠,下級(jí)電站不得不停發(fā),從而造成棄水損失。這種損失,對(duì)于沒(méi)有龍頭電站調(diào)蓄水庫(kù)調(diào)節(jié)的多級(jí)開(kāi)發(fā)徑流式梯級(jí)電站來(lái)說(shuō)尤為明顯。而修建一條旁通渠,一般距離都較短,技術(shù)上也不難解決,所需投資在整個(gè)電站的建設(shè)投資中所占的比例并不大。因此,為充分利用寶貴的水力資源,發(fā)揮小流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)電站的整體效益,修建梯級(jí)電站旁通引水渠,是必須加以考慮和重視的問(wèn)題。

因地制宜,選擇合適類(lèi)型的電站壓力水管。壓力水管是水電站的重要輸水設(shè)備,如選擇不當(dāng),容易引發(fā)電站重大事故。壓力水管選擇,除了滿(mǎn)足承受水壓的需要外,還必須考慮電站所在地的自然條件,選擇合適的類(lèi)型。如定型制造的鋼絲網(wǎng)水泥管,因其連接后的伸縮調(diào)節(jié)范圍小,根據(jù)建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),只適應(yīng)日夜溫差不大的地區(qū)和200米以下水頭電站。否則,將會(huì)因?yàn)閴毫艹锌谙鹌ぶ顾Φ钠趽p壞或過(guò)量拉伸導(dǎo)致滲水、漏水甚至崩管事故。

盡量擴(kuò)大徑流式電站前池容量,增加調(diào)蓄性能。為鼓勵(lì)建設(shè)具有庫(kù)容和調(diào)峰能力的電站,目前各地對(duì)小水電的上網(wǎng)電價(jià)正在逐步實(shí)行豐枯季節(jié)差價(jià)和峰谷電價(jià),這無(wú)疑是對(duì)徑流式電站發(fā)展的一種限制。因此,為充分開(kāi)發(fā)當(dāng)?shù)氐乃Y源,并使所建電站有較好的經(jīng)濟(jì)效益,在不具備建造調(diào)蓄水庫(kù)的地區(qū)建設(shè)徑流式水電站,其前池容量應(yīng)打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)定,盡可能擴(kuò)大,建成具有日調(diào)節(jié)或不完全日調(diào)節(jié)眭能的前池,豐水期降低谷電系數(shù),枯水期夜蓄日發(fā),增加峰電電量。

設(shè)置電站運(yùn)行自動(dòng)并網(wǎng)裝置,提高并網(wǎng)速度減少空載水耗?，F(xiàn)在建設(shè)的小型水電站,大部分都是與大網(wǎng)或地區(qū)小網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的電站。建成投運(yùn)電站的并網(wǎng)操作,除了事關(guān)電站和電網(wǎng)的安全外,其上網(wǎng)的快慢,還直接關(guān)系到機(jī)組空載水耗的多少。而目前農(nóng)村電站的運(yùn)行人員,特別是新建電站的運(yùn)行人員,操作水平還較低,手動(dòng)并網(wǎng)時(shí)間一般都在分鐘左右,有的甚至需30分鐘才能并上,這就造成了無(wú)謂的水量浪費(fèi),影響電站的發(fā)電效益。由于徑流電站來(lái)水的不穩(wěn)定(特別是枯水季節(jié)),開(kāi)停機(jī)比較頻繁,這種浪費(fèi)就更加明顯。而在電站建設(shè)時(shí)設(shè)置自動(dòng)并網(wǎng)裝置(一般使用ZmQ系列自動(dòng)準(zhǔn)動(dòng)期并網(wǎng)裝置即可),花費(fèi)不多(每臺(tái)約500元),卻能有效地減少機(jī)組并網(wǎng)空載水耗。根據(jù)實(shí)際電站的情況來(lái)看,未設(shè)置自動(dòng)并網(wǎng)裝置和設(shè)置自動(dòng)并網(wǎng)裝置的電站作過(guò)統(tǒng)計(jì)對(duì)比為例,后者并網(wǎng)操作時(shí)間一般只需前者正常操作時(shí)的三分之一,節(jié)水效果明顯。有條件的電站,可選擇小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置,以進(jìn)一步提高電站并網(wǎng)速度和電站生產(chǎn)的安全可靠性。

2 小型水電站改造中應(yīng)注意的問(wèn)題

上世紀(jì)六七十年代我國(guó)農(nóng)村建造的小水電站大部份為孤立運(yùn)行電站,其主要任務(wù)是就近解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)村、農(nóng)民的生產(chǎn)生活用電問(wèn)題,因此當(dāng)時(shí)電站設(shè)計(jì)時(shí)取的是高保證率,發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)高,電站裝機(jī)般都偏小,豐水期棄水較多。改革開(kāi)放后,隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展和電網(wǎng)的不斷完善,農(nóng)村、農(nóng)民用電已可由大網(wǎng)或地方電網(wǎng)解決,這些電站大都已由孤立運(yùn)行變?yōu)椴⒕W(wǎng)運(yùn)行,其任務(wù)已由保證當(dāng)?shù)剞r(nóng)村、農(nóng)民用電轉(zhuǎn)變?yōu)橄虼缶W(wǎng)或地方電網(wǎng)多供電。因此,原發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)較高的老電站可以進(jìn)行擴(kuò)機(jī)增容改造,以此來(lái)提高電站的來(lái)水利用率和經(jīng)濟(jì)效益。但是,改造中必須根據(jù)電站所處地的氣象水文等條件,采用長(zhǎng)系列水文資料,同時(shí)考慮當(dāng)?shù)啬暧秒娯?fù)荷的特點(diǎn),合理確定電站設(shè)計(jì)保證率和發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí),并進(jìn)行認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,切忌盲目從事,隨意擴(kuò)大裝機(jī)容量,造成設(shè)備利用率過(guò)低,改造效益不明顯甚至下降。此外,改造中還應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

必須重視電站輸水設(shè)施和機(jī)電設(shè)備的配套改造。機(jī)組擴(kuò)容后,運(yùn)行中須保證其引用流量的需要,因此,改造中切不可忽視電站輸水設(shè)施的改造。否則難于達(dá)到改造效果。

輸水設(shè)施改造,主要是對(duì)引水渠道和壓力管道的改造。

對(duì)引水渠道可采用:

擴(kuò)機(jī)容量不大,引用流量增加不多的,為節(jié)省投資,可用降低渠道糙率的辦法來(lái)提高渠道的過(guò)水能力;

擴(kuò)機(jī)容量較大,引用流量增加較多的,應(yīng)采用拓寬或加高的辦法來(lái)擴(kuò)大渠道過(guò)水?dāng)嗝?確保改造后機(jī)組引用流量的需要。對(duì)壓力管道可采用:流量增加不多的,在復(fù)核流速在允許范圍內(nèi),水頭損失增加比例較小的,高水頭電站可不更換壓力水管,低水頭、大流量電站則需作進(jìn)一步的比較論證,按投入產(chǎn)出比來(lái)確定是否更換;流量增加較多,復(fù)核流速超出允許范圍的,必須整體更換,其中對(duì)位處日夜溫差大的山區(qū)高水頭電站,最好用鋼制管取代水泥管,以提高壓力管道運(yùn)行的可靠性。

改造中應(yīng)盡可能采用新技術(shù)、新設(shè)備,避免以“舊”換舊。老水電站所使用的機(jī)電設(shè)備,目前大部份屬于淘汰產(chǎn)品,且經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行,存在機(jī)組效率低、安全性能差等毛病。因此,改造中切忌貪圖便宜而購(gòu)買(mǎi)使用年限在20年以上,別的老電站換下的“二手貨”,以“舊”換舊,特別是關(guān)鍵設(shè)備水輪機(jī),因其效率的高低直接關(guān)系到機(jī)組單位千瓦時(shí)水耗的大小,故改造中要盡量選擇目前效率較高的機(jī)型,以保證改造后電站的經(jīng)濟(jì)效益。此外,有條件的電站,還可以采用小型電站計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)提高電站的自動(dòng)化水平,以適應(yīng)電力生產(chǎn)科技發(fā)展的需要。

梯級(jí)電站改造,要考慮上、下級(jí)電站的流量適配,避免上級(jí)電站改造后增效,下級(jí)電站因棄水增加而減效。山區(qū)小流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)電站,下級(jí)電站的發(fā)電用水一般都來(lái)自上級(jí)電站發(fā)電尾水,上下級(jí)發(fā)電效益息息相關(guān),因此這些電站擴(kuò)容改造時(shí)必須考慮流域整體效益,統(tǒng)籌規(guī)劃,以避免水資源的浪費(fèi)。但由于歷史的原因,建于20世紀(jì)六七十年代的電站,一般都是鄉(xiāng)或村集體建造,所有權(quán)相對(duì)獨(dú)立,電站利益各不相干,實(shí)際改造時(shí)往往只考慮電站的效果而忽視改造后對(duì)下級(jí)電站的影響,因此在梯級(jí)電站改造實(shí)例中,常出現(xiàn)上級(jí)電站改造后增了效,而下級(jí)電站因“吃”不了來(lái)水而減效,使得流域整體發(fā)電效益不增加或減少的現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題,可采用兩種方法來(lái)妥善處理梯級(jí)老電站擴(kuò)容改造中兼顧小流域整體效益的問(wèn)題:一是改變管理模式,采用股份制的方式組建小流域水力發(fā)電公司,對(duì)梯級(jí)電站統(tǒng)一管理、統(tǒng)一核算,改造時(shí)按上下級(jí)電站流量適配、流域整體效益最大的原則來(lái)制定最佳實(shí)施方案;二是不改變?cè)泄芾砟Ｊ?采用工程措施,或上下級(jí)電站同時(shí)擴(kuò)容,或由改造電站和下級(jí)電站共同投資,將改造電站尾水渠適當(dāng)擴(kuò)大為下級(jí)電站的蓄水調(diào)節(jié)池,以減少棄水,盡可能保證下級(jí)電站的發(fā)電效益。

對(duì)原選機(jī)型不合理的電站,應(yīng)考慮更換機(jī)型,降低單位電能耗水量。某些老電站,由于當(dāng)時(shí)技術(shù)和制造水平等原因,機(jī)型選擇不合理,造成效率低、耗水量大,電站效益得不到充分發(fā)揮。如原來(lái)20m以下中低水頭小型水電站,可選機(jī)型一般為軸流定漿式,該機(jī)型高效率區(qū)較窄,非額定出力時(shí)機(jī)組效率下降幅度較大,造成單位電能水耗大幅度增加,發(fā)電效益低。目前該水頭段可選機(jī)型除軸流定漿式外,還有貫流式機(jī)組(目前己較好地解決了機(jī)組密封止水和絕緣問(wèn)題)和混流式機(jī)組可供選擇。因此,改造中應(yīng)充分考慮這一因素,對(duì)于流量變化較大的引水式中低水頭徑流電站,經(jīng)充分比較后以更換機(jī)型為好。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái),經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,受電力緊缺影響,再加上我國(guó)對(duì)環(huán)保能源開(kāi)發(fā)的重視和小水電開(kāi)發(fā)建設(shè)優(yōu)惠政策的進(jìn)一步落實(shí),我國(guó)各地特別是水力資源豐富的山區(qū)縣市,掀起了一股開(kāi)發(fā)建設(shè)小水電的熱潮。水電是一種清潔可再生能源,小水電的開(kāi)發(fā),不但能給山區(qū)群眾帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的收益,加快脫貧致富步伐,而且能夠有效地促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的改善和保護(hù)。開(kāi)發(fā)小水電,是山區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一條重要措施。

作者簡(jiǎn)介:楊紅才(1997.06-)畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué),1997年7月開(kāi)始在大理供電局從事大壩監(jiān)測(cè)、安全管理工作,2004年從事水電站開(kāi)發(fā)、施工、管理工作。