[土耳其]S.屈曲卡利

土耳其屬于發(fā)展中國家,其電力需求量的增長也很迅速。為了增加土耳其的發(fā)電量,減少對進口能源的依賴,各級政府一直在嘗試加強自然能源的利用和促進可再生能源的利用。據(jù)統(tǒng)計,世界總電能的22%來自水電,且其中有許多來自小水電站(SHP)。對于小水電的定義國際上并未達成共識,然而,將裝機總容量定在10MW以內正在成為歐洲小水電協(xié)會(ESHA)普遍接受的準則。無論是在歐盟還是在世界范圍內,小水電站都在電力生產中得到了廣泛的應用,而且在不久的將來這一應用還會增強?？紤]到其巨大的經濟可行潛力,小水電站在土耳其理應得到特別的關注。普尼斯(Punys)和伯利坎(Pelikan)指出,在歐盟(EU)成員國和申請加入歐盟的國家中,小水電站的利用已有超過100a的歷史。他們還指出,土耳其只利用了小水電潛力中非常小的一部分。根據(jù)世界能源委員會(WEC)的調查,2005年,土耳其共開發(fā)利用了其全部小水電潛力(8.7TW?h/a)的7.7%。

此外,也可以在其過去不是主要用來發(fā)電的一些水工建筑物上開發(fā)小水電,這些水工建筑物包括:供水水壩、灌溉水渠、污水處理廠、堰以及火電廠水冷卻系統(tǒng)等。瑞士國家市政供水系統(tǒng)就修建了 80座此類小型水電站。與河流型水電站相比,其優(yōu)點可歸納如下:

(1)所有土建工程都是現(xiàn)成的,不必重建,這無疑將使投資成本降低50%;

(2)它的設備容量利用系數(shù)約為 85%,這提供了比其具有相同裝機容量的河流型水電站高1倍的年發(fā)電量;

(3)生產的電能將用于水處理廠,多余的電能將依據(jù)第5784號法令可直接出售給政府;

(4)沒有土地購置和運營成本。

在此背景下,本文旨在探討用于土耳其城市市政供水的小水電資源狀況。

1 可再生能源的政策

土耳其是歐洲第六大電力市場,也是全球增長最快的電力市場之一。土耳其是申請加入歐洲聯(lián)盟(歐盟)的國家之一,因此,預計土耳其的法律必須與歐盟的法律和政策保持一致。在2000年初,土耳其政府在其能源市場最重要的部分開始進行一場雄心勃勃的改革計劃,以滿足日益增長的電力需求。這項改革計劃要求該行業(yè)必須私有化、自由化,并通過重組以提高競爭力。在土耳其,2001年 3月頒布的電力市場法(4628號法案)促使成立了電力市場監(jiān)督管理局,從而使私營業(yè)主必須獲得該管理局頒發(fā)的許可證才可以興建及經營電廠。

此外,2005年5月頒布的土耳其《再生能源法》(第5346號法令),旨在使土耳其政府擴大利用可再生能源來進行發(fā)電,以安全、經濟和合理的方式從這些資源中獲益,減少溫室氣體排放,保護環(huán)境和發(fā)展實現(xiàn)這些目標的相關制造業(yè)。在土耳其的可再生能源中,小水電被認為是最穩(wěn)定、經濟和清潔的可再生能源來源之一。因此,土耳其正在計劃通過建設更多的小型水電站來開發(fā)其全部的水電資源。此外,有關法令表明:利用可再生能源發(fā)電,其裝機容量小于500kW的合法實體無需申請許可,并且政府保證會以5.5歐分/kWh的價格收購多余的電量。預計該法案將吸引企業(yè)家來投資小型和微型水電站的建設。土耳其出臺的所有法律法規(guī),尤其是在過去10a中所頒布的,對其進入歐盟內部能源市場非常重要。

2 水電資源和小水電站狀況

土耳其擁有歐洲最大的水電潛能,其技術上可開發(fā)的水電資源高達216TW?h/a。2005年,土耳其僅開發(fā)利用了其技術上可開發(fā)的水電資源總量的18.3%(39.6TW?h)。然而,其他歐洲國家在經濟上可行的水電資源的利用范圍卻高達 65%～100%。在過去的幾十年里,土耳其在經濟上可行的水電資源有一個上升的趨勢。與1960年相比,土耳其2006年的經濟上可行的水電資源增加了2倍。土耳其境內有26個流域,但 97%的水電資源卻分布在位于山區(qū)的14個流域中。2006年,土耳其擁有的 36750MW的水電資源總量中,已有35%得到了利用,已有9%正在建設中。此外,總裝機容量為20765MW的573個水力發(fā)電廠已經列入計劃。流淌在該國的幼發(fā)拉底河,其流域面積為127304km2,高程在500m至5000m范圍內,蘊藏著該國 30%的水電資源。

土耳其為山區(qū)地形,平均高程達1132m,大約是歐洲平均高程的 3倍。這種地形有利于形成高梯度溪流,是小水電開發(fā)的合適地點。在土耳其,2006年有38座總裝機容量為51MW的小型水電站、31座總容量為179MW的微型水電站在運行?？稍偕茉捶ㄒ褜ν炼渌娬镜陌l(fā)展起到明顯效果。與2006年相比,2007年在經濟上可開發(fā)的水電資源增加了15%。此外,水電站的建設增加了 3倍,而且計劃修建的水電站數(shù)量大概多了一倍(表1)。新建項目大多是小水電站,因為與2006年相比,計劃裝機容量只增加了7%。據(jù)屈曲卡利(Kucukali)和巴里斯(Baris)報道,與其他可再生能源相比,修建小水電站是最廉價的選擇,而相對于其他歐洲國家,土耳其小水電站的投資成本也是很低的。

表1 土耳其水電站狀況(2006和2007年)

3 市政供水的小水電資源

2008年,土耳其人口為7050萬,按年平均增長率為1%計算,預計在2030年人口將達到 9100萬。因此,經濟的增長和人口的增加將使電力和水的需求量更大。2007年,土耳其水資源的實際消費量達401億 m3,相當于水資源蘊藏量總值的17%。從圖1可以看出,大部分的水被用于灌溉,這不僅是土耳其耗水量中的最大組成部分,而且是水資源最大的資金分配項目。預計生活用水需求量將由2007年的 62億 m3增至2030年的260億 m3。還應當注意,2006年生活用水中,36%由水庫提供,井水和泉水分別占27.1%和26.7%。

根據(jù)國際大壩委員會(ICOLD)的標準,如果從基礎算起,壩高超過15m或者庫容等于或超過 3 hm3,則稱之為大壩。根據(jù)這一定義,2008年有45座用于城市供水的水庫大壩運行。這些用于城市供水的大壩主要分布在23個城市,其中大部分位于像安卡拉(Ankara)、伊斯坦布爾(Istanbul)和伊茲密爾(Izmir)這樣的大城市。這些水壩大多是堆石壩。丘布克Ⅰ號壩(CubukIDam)是建于土耳其共和國時代的第1座壩,它是為首都安卡拉提供生活用水而修建的。20世紀 60年代以后,該國供水大壩建設規(guī)模更引人注目。

水電仍是最有效的發(fā)電方式?，F(xiàn)代水輪機可將高達 90%的有效能量轉化為電能,相比之下,最好的化石燃料電廠也只有大約50%的效率。水電是可再生的,因為它從太陽,尤其是從水文循環(huán)中吸收基本能量。水電站裝機容量 P(kW)按照下式計算:

圖1 土耳其各行業(yè)需水量

式中 r是水的容重,Q是流量,m3/s;H是水頭,m;ΔH是水頭損失,m;η是水輪機和發(fā)電機的工作效率之和。一座水電站的年發(fā)電量 E(kW?h/a)由下式求出:

式中 t是1a的工作時間。水處理廠年運行時間取為7300h,于是,電站流量(m3/s)計算方法是

將電廠的設計水頭選為水庫平均水位對應的水頭。在2009年,土耳其的電價約為10歐分/kW。這個值可用于確定水電站的經濟效益。

4 實例分析

烏盧坦(Ulutan)大壩位于土耳其西北部宗古爾達克地區(qū)(Zonguldak)。該壩于1986年開始運行,其經濟壽命將在2036年結束。大壩的水庫集水面積為22.4km2、年平均流量為20.6hm3/a、年輸沙率為17920m3。該壩壩高57.5m。烏盧坦大壩為宗古爾達克地區(qū)提供1800m3/h(0.5m3/s)的生活用水。當?shù)厮瘑T會(DSI)負責大壩管理,而水處理廠的運營由宗古爾達克市政聯(lián)盟負責。該水處理廠已于1993年開始運行。水處理廠的功能是通過以下步驟使處理過的水可以按飲用水水質標準接受:

(1)級聯(lián)曝氣;

(2)采用沉淀和過濾方法使固體分離;

(3)加入氯消毒。

處理后的水借助于 4個水泵提升到一個 62m水頭高的儲罐。每個泵的功率為160kW,水處理廠年用電量為5400GW?h。圖2為烏盧坦大壩總體布置方案;圖 3為烏盧坦水庫大壩高程示意;圖 4為烏盧坦小水電開發(fā)示意。

圖2 烏盧坦大壩總體布置方案

圖3 烏盧坦水庫水位 -庫容關系示意

水通過直徑為1m的鋼管從水庫輸送到水處理廠,取水口設置在大壩上游面的右側。水庫運行水位在河谷底線以上14.5～56m之間的范圍內變化。35m的平均水位作為設計水頭,設計流量選定為0.5m3/s。該水電站的設計特征參數(shù)見表2。水電站裝機容量按150kW計算,該系統(tǒng)預計每年將產生電能1089GW?h。建議的水力發(fā)電廠將削減水廠20%的用電,其回收期僅為1.8a。

圖4 烏盧坦水廠小水電開發(fā)示意

表2 用于烏盧坦水處理廠的小水電特征參數(shù)

5 結 語

根據(jù)政府政策和經濟狀況,對土耳其目前小水電站的情況進行了討論,對用于全國市政供水的小水電潛力進行了評價。據(jù)估計,用于土耳其市政供水水壩的水電資源蘊藏量大約為173GW?h/a,相當于1700萬歐元/a的經濟效益。從這些系統(tǒng)生產出的電力可以用于水處理廠,多余的電能將根據(jù)法律(第5784號法令)出售給政府而無需申請許可證。為了進行實例研究,已對宗古爾達克省的烏盧坦壩及水處理廠進行了詳細調查。結果表明,在上述系統(tǒng)中修建水電站經濟上是可行的,并受到土耳其政府能源政策的支持。