[危地馬拉] J.克雷勒 等

危地馬拉喬洛馬創(chuàng)新性小水電工程

[危地馬拉] J.克雷勒 等

在危地馬拉喬洛馬河上進(jìn)行水電開發(fā)沒有適合建壩的壩基條件，為此，開發(fā)商制備了一巨大的鋼制水箱充當(dāng)蓄水水庫，以容納多條小河的來水。利用該水箱，危地馬拉日峰荷時段每天可4 h近滿負(fù)荷發(fā)電。介紹了具有創(chuàng)新性的喬洛馬水電工程的設(shè)計與施工過程。

小水電;創(chuàng)新性;危地馬拉

在危地馬拉東北部圣克魯斯山(Santa Cruz Mountains)山坡的一村莊附近，具有豐富經(jīng)驗的水電開發(fā)商——喬洛馬水電(Choloma)公司，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)?shù)貥O具水電開發(fā)潛力的一瀑布，其近 500 m的落差為建水電站的理想水頭。不過該地區(qū)主要的水源為喬洛馬河，可用水頭的裝機(jī)充其量只不過是3～4 MW，經(jīng)濟(jì)上并不可行。

其他幾條很小的河，朝喬洛馬河以西6 km順流而下。如建水電站，可在6條小溪上建6個進(jìn)水口，并讓水流沿6 km長的HDPE(高密度聚乙烯)管線(直徑7.2～14.4 m)、穿過蜿蜒的碎石路坡匯集在一起。此方案的初衷是采用所有小水庫(水壩可作為工程的渠首)匯集的水發(fā)電。通過水力學(xué)計算，確定壩頂高程為647 m，因此，喬洛馬河為建電站的唯一適合位置。 土工勘查表明，此處建壩的基礎(chǔ)條件很差，沒有基巖，只有大量的粘土、砂和地下水。針對這一情況，開發(fā)商提出了一種方案：清理出附近山脊的一個場地，爆破方式開出基巖，并在647 m高程上建一個巨大的鋼水箱，擬定水箱的直徑為60 m，高約10 m。 如此大的水箱可謂當(dāng)時中美洲最大的鋼水箱(見圖1)。電站廠房裝一臺9.7 MW的雙噴嘴沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組。水庫有效庫容為 2萬 m3，運(yùn)用該水箱，能每天在危地馬拉日峰荷時段4 h近滿負(fù)荷發(fā)電，即使在旱季也是如此。在旱季，電站每天只能從下午6時至10時運(yùn)行，然后關(guān)閉電站，給水箱充水。在雨季，電站可整天滿負(fù)荷運(yùn)行。

1 開發(fā)詳情

2010年，喬洛馬水電公司的副總裁R.雅各布與美國華盛頓西雅圖的EESC咨詢公司簽署了一項設(shè)計治理方案的合同，即如何在擬建的工程場地以西約6 km范圍內(nèi)治理流經(jīng)幾條小河的水。兩家公司共同開發(fā)了一項設(shè)計方案，在6條小溪上建6座小壩，布置6個進(jìn)水口。水沿6 km長的HDPE(高密度聚乙烯)管線，穿過蜿蜒的碎石路坡匯集在一起。有了水源，就可建成9.7 MW的電站而得到經(jīng)濟(jì)且潔凈的能源，甚至在峰荷時都可為危地馬拉的電網(wǎng)助一臂之力。

此方案的初衷是匯集所有小水庫(水壩可作為工程的渠首)的水，而水壩攔蓄的水庫，其容量需使電站在水庫蓄滿一整天而達(dá)到充足的蓄水量時滿負(fù)荷地運(yùn)行。這樣，電站就可以實現(xiàn)4 h的日峰荷運(yùn)行，即使在旱季也是如此。對進(jìn)水口和集水管位置進(jìn)行的水力學(xué)計算表明，壩頂高程應(yīng)為647 m，因此唯一適合建壩的壩址是在喬洛馬河。但遺憾的是沒有適合建壩的壩基條件。喬洛馬水電公司研究人員并沒有因這些困難而停滯不前，而是提出了為電站蓄水的另一解決方案。

方案如上所述，由TIPIC SA (中美洲最大的鋼水箱制造商)制備一直徑60 m、高10.5 m的水箱。這是中美洲最大的鋼水箱，用它作為工程的水庫，容納來自攔蓄6條小河的水庫的水。通過長2 950 m、直徑12.5 m的管道將水從水箱輸送到電站，管道沿陡坡敷設(shè)，下至460 m處的電站廠房。管道施工采用纜索式起重機(jī)，將鋼管沿陡坡自下而上吊裝敷設(shè)。工程總承包商CONASA負(fù)責(zé)建壓力鋼管和電站廠房，并負(fù)責(zé)敷設(shè)沿路管線。電站裝有一臺9.7 MW的雙噴嘴沖擊式水輪機(jī)組，于2011年10月 5日投運(yùn)。

2 別具一格的創(chuàng)新工程

從小水電工程來看，喬洛馬工程是相當(dāng)復(fù)雜的。材料得從美國、法國和英國訂購和運(yùn)送；發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)機(jī)殼等大重型部件，以及成百上千種管材，都必須十分小心地運(yùn)過小木橋和窄壁陡巖的礫石路。約180車的鋼管，得從大西洋港口進(jìn)口到工地；水輪機(jī)機(jī)殼(18 t)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(22 t)和定子(29 t)等重要大型部件，必須極小心地運(yùn)輸。

必須監(jiān)測6條小河的水流情況，將水匯集并輸送到水箱。必須仔細(xì)地監(jiān)控水箱水位，防止水溢出，但要確保水滿箱，為峰荷運(yùn)行做好準(zhǔn)備。盡管該電站位于危地馬拉的鄉(xiāng)村叢林中，但電站完全是通過計算機(jī)編程邏輯控制器(PLCs)控制的。電站設(shè)備控制系統(tǒng)和廠房內(nèi)的PLCs保護(hù)繼電器與光纖局域網(wǎng)互連。電站還通過衛(wèi)星線路連接至因特網(wǎng)，因此在危地馬拉城乃至美國，都可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控，例如，如果需要，阿爾斯通電力公司可改動該電站的控制系統(tǒng)程序。

3 注重環(huán)境

喬洛馬水電工程使用的是可再生資源，不會對全球氣侯變暖有更多的影響，發(fā)電時也不產(chǎn)生二氧化碳。電站在設(shè)計上都超過了保護(hù)鄉(xiāng)村地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境的不利影響已減至最低。

例如，6座小壩和進(jìn)水口，各自都從上游很小的范圍匯水，形成一小水塘，其中3個水塘的面積均小于0.1 hm2, 因此涉及影響的區(qū)域非常小。

工程開發(fā)商已完成了環(huán)境影響研究，以幫助確定和減小對魚類和野生動植物的影響。6座小壩全都位于各溪流瀑布的上游，不會對旅游和漁業(yè)生產(chǎn)造成影響。

4 工程經(jīng)驗與效益

已完建的喬洛馬工程目前運(yùn)行良好，并引發(fā)了連鎖反應(yīng)。TIPIC報告指出，工程采用的水箱結(jié)構(gòu)是一種創(chuàng)新的思路，中美洲的其他開發(fā)商也對這一技術(shù)展開研究，以在其工程中加以利用。盡管水箱不像水電站水庫那樣常見，但它在適合的環(huán)境下，能以成本比傳統(tǒng)大壩水庫低的情況下更好地滿足日峰荷需求?；趩搪羼R電站的運(yùn)行經(jīng)驗，利用水箱來獲取高水頭，人們正在研究枯水期的發(fā)電方案。借用這種方案來解決枯水期的發(fā)電問題應(yīng)該是可行的。

危地馬拉以前的工程還沒有廣泛運(yùn)用HDPE管線。由于HDPE管運(yùn)用靈活，現(xiàn)場焊接方便，造價低等優(yōu)點，使得HDPE管制造商在危地馬拉和鄰國哥斯達(dá)黎加的其他水電站開發(fā)中贏得了市場。

該小水電工程還為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造了大量的就業(yè)機(jī)會，一年可雇用當(dāng)?shù)?00人以上，并為極其蕭條的經(jīng)濟(jì)注入了所需的資金。

5 結(jié) 語

喬洛馬工程的設(shè)計與施工滿足國際通行的“綠色電力”的標(biāo)準(zhǔn)。該工程的建成，不僅有助于危地馬拉當(dāng)?shù)鼐用?，同時通過取代燃燒煤和石油產(chǎn)品這兩大主要的電力來源，減少了溫室氣體的生產(chǎn)。喬洛馬工程例證了是如何通過創(chuàng)新與協(xié)調(diào)配合來創(chuàng)建一個造福于當(dāng)?shù)鼐用?，并有利于環(huán)保的別具一格的工程。

喬洛馬電站自從2011年第三季度開始投運(yùn)以來，運(yùn)行狀況良好，并吸引了大量的游客到工地旅游參觀。電站在發(fā)電的同時，幫助當(dāng)?shù)鼐用窠鉀Q了環(huán)境問題，促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、就業(yè)、教育的發(fā)展甚至生活質(zhì)量的提高。

(郭 欣 付湘寧 編譯)

2015-01-30

設(shè)計與施工

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