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巴西圣羅克水電項目的主要特征

2014-09-10 02:53周榮,彭軍
水利水電快報 2014年10期
關鍵詞:取水口可行性研究變電站

1 工程概述

在2011年12月舉行的可再生能源特許經(jīng)營權A-5拍賣會上,圣羅克水電站建造的特許權被授予給了開發(fā)商SA圣羅克能源股份公司(S?o Roque Energy SA)。作為特許經(jīng)營權的所有者,圣羅克能源股份公司負責建造該水電站及其相關設施,反過來,該公司在整個特許經(jīng)營期將擁有電能銷售權,售價為A-5拍賣會上確定的電價。

巴西電力管理局(ANEEL)批準了該項目的可行性研究報告,這是舉行拍賣會所必須的先決條件。表1為該水電項目的主要技術參數(shù)。

表1 圣羅克水電項目技術參數(shù)

工程設計公司-SA能源資源工程股份公司(Engevix Engineering SA)負責可行性研究,拍賣結束后,SA能源資源工程股份公司與SA圣羅克能源股份公司簽訂了項目設計施工的工程總承包(EPC)合同,負責方案的初步設計、詳細設計以及項目竣工階段的驗收工作。

初步設計階段又被進一步劃分為以下幾個階段:初步設計階段、輸電線路初步設計階段以及綜合設計階段。

圣羅克水電項目已經(jīng)通過了可行性研究、初步設計、綜合設計和詳細設計階段。

2 總體設計的優(yōu)化

2.1 可行性研究

可行性研究結果表明,考慮到社會經(jīng)濟和環(huán)境方面的影響,該項目水庫的正常蓄水位應為高程760 m,而且大壩的壩軸線應布置在圣約翰(S?o Jo?o)河與卡諾阿斯河交匯處上游100 m處,以避免圣約翰達斯帕爾梅拉斯(S?o Jo?o das Palmeiras)地區(qū)被淹沒。

圣羅克水電項目將建在卡諾阿斯河上,水電站由一系列綜合建筑物組成,主要用途是發(fā)電,并通過一條230kV的輸電線將電送入國家電網(wǎng)。

大壩為碾壓混凝土壩,壩的上游為垂直面,下游面的坡比為1∶0.8。壩頂設計高程為765.50 m,壩頂寬度為 7.8 m;壩體內(nèi)設置2條排水廊道。碾壓混凝土主壩延伸至兩岸。

壩體上設置有泄洪道,并通過5個閘門來控制,每個閘門寬為 11.8 m,高為14.0 m;泄洪能力按萬年一遇洪水設計,入庫流量為11 952 m3/s(出庫流量為10 603 m3/s),水庫的最高洪水位為764.81 m。

取水口與右岸碾壓混凝土壩結合在一起,由2個寬為 15.40 m和1個寬為 16.80 m混凝土壩塊組成,沿著壩軸線方向的總寬度為 47.60 m。取水口位于長為145 m的引水渠前面。引水渠下游的輸水系統(tǒng)由3條完全相同的壓力管道組成,每條管道只為一臺機組供水;壓力管道的平均長度為175 m,每條壓力管道管由2條垂直曲線段和一條水平曲線段組成。

在右岸電站廠房下游約1 000 m處設置有一座230 kV的變電站,用來連接電廠與新變電站,新變電站將安裝在坎普斯諾武斯(Campos Novos)-畢沃奇(Bigua?u)輸電線中間,用于將電壓升變至525 kV。

圣約翰河的水流入大壩的下游,因此在可行性研究階段認為不需要設計永久性的生態(tài)放水設施。

該電站的總裝機容量為135 MW。

研究論證了實施圣羅克項目的可行性及可靠的實施方案。

2.2 初步設計方案研究

初步設計方案已經(jīng)提交給ANEEL。在初步設計階段,一些工程研究結果已被具體化,因此可以對可行性研究階段的工程布置進行改進和優(yōu)化。

優(yōu)化后,壩型選用碾壓混凝土壩,壩體上游面為垂直面,下游面的坡比為1∶0.75。壩頂高程被提高至766.40 m,壩頂寬度為6 m,壩體內(nèi)只設置一條排水廊道,兩岸壩肩段為粘土心墻堆石壩。

為了使引水渠更接近河底,對引水渠路線進行了移動,取水口被移至離壩65 m處。壓力管道的長度也由175 m縮短至55 m,這樣可以取消壓力管道的水平曲線段,并將壓力管道的直徑由 4.90 m改為4.50 m。

對電站廠房也進行了優(yōu)化,與設備的主要生產(chǎn)廠家進行了商議,考慮采用更輕更小的水輪發(fā)電機組,且新機組的發(fā)電效率和發(fā)電量不能變化。這意味著機器的尺寸變小,發(fā)電站廠房混凝土的體積也會減少,廠房尺寸由16.8 m 減小為 13.6 m。另外,由于壓力管道的間距減小,因此,對取水口也作了優(yōu)化。

在所有結構中,泄洪道的變更設計改動最大,對拍賣會公告中公示的設計泄洪能力進行了設計變更。如表1所示,該泄洪道的泄洪能力是按照可能最大洪水(PMF)為13 147 m3/s(下泄流量為12 928 m3/s)而設計,此時水庫的最高洪水位為 765.91 m。在初步設計階段,泄洪道的形式由可行性研究中的5座泄洪閘(每座泄洪閘寬為11.80 m,高為14 m)改為了長為390 m的開敞式溢流壩。對泄洪道下游的消能系統(tǒng)也進行了優(yōu)化,優(yōu)化后的消能系統(tǒng)為淹沒式水躍消能形式,以此來最大限度地減少水力侵蝕。

泄洪道的變更涉及到需要將里約·馬隆巴斯的BR-470高速公路橋遷移,并保證該橋在百年一遇的洪水中不會被淹沒。另外,還需要將右岸230 kV變電站遷至電站廠房下游200 m處,該變電站用來連接電廠和一座新的變電站,新變電站將安裝在坎普斯諾武斯至畢沃奇輸電線路上,用于將電壓升高至525 kV。

這些工程布置的變更,使該項目的設計、實施以及施工順序都得到了最優(yōu)化,同時也使該項目的預算也得到了最優(yōu)化。對設計方案進行優(yōu)化以后,項目的常規(guī)混凝土及碾壓混凝土的工程量都有所減少。

2.3 初步設計方案的統(tǒng)一

在方案的初步設計階段結束后,投資方認為有必要重新開展現(xiàn)場調(diào)查,以對可行性研究成果進行更新和完善。該階段旨在提高初步設計階段中所用數(shù)據(jù)的可靠性和安全性,并確規(guī)定EPC合同中所需要的綜合工程量。

在該階段所開展的現(xiàn)場調(diào)查,旨在提高對當?shù)貤l件及特征的深入了解,以減少相關風險和不確定性因素。這些現(xiàn)場檢測并不是強制性的,不過確實可以有助于減少該項目的風險。

現(xiàn)場調(diào)查包括以下幾個要素:

(1) 對該項目附近區(qū)域進行地形測量;

(2) 對壩址處的地形及水深進行調(diào)查;

(3) 對尾水區(qū)進行水文調(diào)查;

(4) 對建筑物所在區(qū)和采石場區(qū)域的地基進行地質(zhì)調(diào)查。

除了現(xiàn)場調(diào)查外,還使用二維(RIVER 2D)(和)三維(FLOW 3D)CFD軟件進行了水力學研究。借助于這兩種軟件,可以更精確地估算建筑物(如泄洪道、導流工程、輸水系統(tǒng)以及尾水渠)周邊的水力學現(xiàn)象。利用這些研究成果可以對樞紐建筑物的設計參數(shù)進行精確微調(diào)。

在對初步設計方案進行統(tǒng)一的過程中所做的補充和優(yōu)化調(diào)整,使工程總體布局與初步設計方案基本上相符合。主要優(yōu)化變更內(nèi)容如下。

(1) 由于圣若澤(S?o José)河地區(qū)巖石出露較少,對壩軸線進行了適當調(diào)整,將引水廊道偏轉(zhuǎn)了10.7°,并將壩址確定在左岸海拔更高的巖石上。

(2) 對取水口的尺寸也作了優(yōu)化,由2個寬為13.55 m的側邊塊和一個寬為 13.6 m的中間塊組成,沿大壩方向的總寬度為 40.7 m。

(3) 為提高卡諾阿斯河的泄流量,對尾水渠的開挖工程進行了變更處理,增大了尾水渠與河流交叉口處的尾水出口體型,并抬高了尾水管出口斜坡下游的底部高程。

(4) 由于施工方面的原因,泄洪道的臺階由 0.9 m抬升至 1.2 m。

除了這些變更以外,在統(tǒng)一初步設計方案階段,還考慮到了在施工階段需要增加的一些具體細節(jié)內(nèi)容,例如:對左岸、采石場、土堆和巖石堆等處進行改造,同時還會對施工場地的環(huán)境進行改善。

2.4 詳細設計方案

在對方案進行詳細設計之初,即與水輪機制造商進行了協(xié)商,并制定了一項關于發(fā)電機組的解決方案,使發(fā)電機組的裝機容量增加了5.11%。因此,對建筑物的布局重新進行了調(diào)整,以適應這些變更后的新條件。主要變更內(nèi)容歸納如下。

(1) 為適應和維持與水輪機組額定設計流量相同的水頭損失,對輸水系統(tǒng)進行了調(diào)整。

(2) 為維持水輪機組額定流量下的下游水位,對尾水渠的長度作了加長處理。

(3) 為了適應新的設備布局,對發(fā)電廠房也作了相應調(diào)整。

3 結 語

本文介紹了圣羅克水力發(fā)電廠的設計方案在工程實施不同階段的演變過程。變更方案設計的主要動機可以歸納為以下幾個方面:新的現(xiàn)場勘查、來自水輪機制造商的最新資料、新的項目設想以及對與項目相關的各類問題作進一步的綜合處理。

為了提高工程的安全性、可靠性和經(jīng)濟效益,以及盡最大可能地滿足業(yè)主的要求,對該工程的設計方案仍在進行不斷的完善和優(yōu)化。

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