[美 ]R.賴特

王曉棠 譯自英刊《水力發(fā)電與壩工建設》2009年第4期

在可再生能源領域,抽水蓄能和風力發(fā)電正在發(fā)揮并將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。雖然抽水蓄能電站在經濟、環(huán)境和運行方面都暴露出不少問題,但抽水蓄能仍被認為是通過蓄能、穩(wěn)定電網和利用間歇性可再生能源創(chuàng)造價值的一種證明有效和環(huán)保的方法。

Symbiotics是一家總部設在猶他州的公司,它負責開發(fā)的北伊登(NorthEden)抽水蓄能工程處于預備階段,該工程將使猶他州依靠煤炭的能源組合發(fā)生改變,并穩(wěn)定電網。

1 猶他州能源狀況

猶他州的能源狀況與綠色能源相差甚遠。該州盛產煤炭,其能源生產一直嚴重依靠燃煤電站。2006年,90%電力為煤電?；尚枨罅磕暝鲩L穩(wěn)定在2.6%,峰荷需求量年增長為5.4%。雖然當?shù)孛簝r低廉,且供應可靠,但不能應付電力需求的日波動。雖然修建了天然氣電站來滿足增長的峰荷需求,但這樣會增加 CO2排放。而且,燃氣電站建設成本高昂,只應付1a內很少出現(xiàn)的尖峰負荷,大部分時間被閑置。

在猶他州發(fā)展抽水蓄能效益顯著。目前猶他州應對峰荷需求沒有采用抽水蓄能,而是依賴峰荷電站。當該州開發(fā)太陽能和風能時,抽水蓄能提供了一種儲存這些間歇性能源的方法,能夠取代火電站承擔電網調峰。

2 工程組成

北伊登工程位于里奇縣,緊靠熊湖東側。熊湖是位于愛達荷州東南部和猶他州東北部的休閑勝地。上庫將建于布萊克山東緣,下庫位于北伊登峽谷。

目前該工程正處于聯(lián)邦能源管制委員會(FERC)審核階段,所有工程數(shù)據(jù)是概念性的和初步的。在遞交最終許可證申請之前,將完成詳細設計。工程裝機容量為700MW。上庫蓄滿時最大水頭為283m,最小水頭為227m。上庫的最大流量約為373m3/s。

上庫壩稱為布萊克山壩,為粘土心墻分區(qū)土石壩,心墻兩側的壩殼料來自工程區(qū)的巖層露頭。壩高約 31m,非常溢洪道向東延伸到北伊登峽谷。溢洪道底寬 9m,兩側邊坡為2∶1,縱坡為5%。溢洪道最大泄水能力約為75m3/s。布萊克山壩形成的水庫在最高水位為2148m時,其水面面積為53 hm2,總庫容為1350萬 m3,有效庫容為1300萬m3。庫底與邊坡將采用多層結構,在厚0.6m的粘土層上覆一層未加強的三元乙丙橡膠(EPDM)土工膜,再鋪設厚0.6m的土層。進水口為碗形建筑物,用閥門將進水口與壓力鋼管隔離。

下庫及其大壩離北伊登峽谷口1.6km。下庫壩高約52m,基礎面高程為1846m,采用與上庫壩類似的方法建造,在不透水粘土心墻周圍包以透水性較好的壩殼。非常溢洪道最大泄水能力為283 m3/s,將延伸到北伊登峽谷中壩肩處。溢洪道底寬18m,邊坡為2∶1,縱坡為5%。

在最高庫水位1891m時,下庫水面面積為101 hm2,總庫容為1700萬 m3,有效庫容為1470萬 m3。壩基低于進水/出水建筑物,死庫容約120萬 m3。邊坡和庫底與上庫類似,為粘土、EPDM土工膜和土壤的多層復合物。水輪機泄水將進入位于最低庫水位以下約24m的消力池。將進水/出水建筑物布置在此處可減輕運行期間發(fā)生空化的可能性。

上下庫之間用一條長792m、直徑 9m、縱坡為32%的隧洞連接。采用漸變的壓力鋼管將主隧洞連接到水泵水輪機組。發(fā)電廠房將布置在下庫南側,可容納多達7臺的變速水泵水輪機和一個控制室。

北伊登河將是下庫初次充水的主要水源。水權需要得到保障,用于初次充水和補充每年的蒸發(fā)耗水。該系統(tǒng)的優(yōu)點在于,一旦完成初次充水,只需少量的水便可補償上下庫的年蒸發(fā)量。

目前,建議修建一條長約14km的230kV輸電線,通到工程現(xiàn)場以東太平洋電力公司現(xiàn)有的230kV輸電線。初步規(guī)劃包括在上庫壩址附近修建一座開關站/變電站,可能還需要修建第2座開關站/變電站。為了盡量減少對景觀的影響,變電站將布置在上庫東側。第2座變電站可能用于互連。

北伊登工程將位于擬建的用于互連的輸電線路附近。接近輸電建筑物的優(yōu)勢在于,公用事業(yè)公司或線路業(yè)主可通過增加、減少或拉掉系統(tǒng)的負荷有效地穩(wěn)定能源。工程建成后,將能更加有效地利用大型輸電線路的容量穩(wěn)定西部電力協(xié)調委員會(WECC)的基礎設施。WECC是負責美國整個西部與加拿大不列顛哥倫比亞省配電的能源委員會。

3 工程運行

在日循環(huán)開始時,將1293萬 m3水量從下庫泵送到上庫。在日循環(huán)后期,反過來將相同的水量從上庫下泄流經水輪機發(fā)電。其結果是下庫水位變幅為20m,上庫為29m。預期該工程每天抽水14h,發(fā)電 8h,2h作為緊急情況下的備用。有效發(fā)電容量為700MW,每天最多發(fā)電10h。工程的線 -線效率為75%～76%,年發(fā)電量可達2027GW?h。

4 環(huán)境問題

Symbiotics公司尋求開發(fā)一項對環(huán)境影響最小的工程。但是,建兩座水庫涉及陸地與河岸生境的淹沒和更替。該公司已經在其基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的初步申請文件(PAD)中確定了與工程有關的潛在影響和問題。將對工程潛在的環(huán)境影響和需要采取的緩解措施展開研究。在申請許可證的下一步中,公司將提交一份研究計劃,供 FERC、資源管理機構和公眾審查。該計劃將通告未來的研究方向和為減輕環(huán)境影響所開展的工作。

北伊登工程將淹沒5km的北伊登河河段,因此不能把它看作一個閉合的環(huán)路系統(tǒng)。此外,這5km河段中有3km是“高質量水域”,某些河魚生境將永久性喪失。由于享有使用所有現(xiàn)有水流的灌溉水權,目前北伊登河在夏季不再與熊湖連通。對于水權持有者,該系統(tǒng)的現(xiàn)有蓄水權為 493376m3,附加0.11m3/s的河流引水權。Symbiotics公司將維持下游的灌溉和市政水權。作為一項緩解措施,正在調查改善與維持工程下游北伊登河水質的可能性。

工程涉及大量的土方工程,包括水庫開挖、基巖以上的壩基清理、大壩填筑料的開挖與填筑,以及壓力鋼管、溢洪道和發(fā)電廠房的開挖。已提出建議,修建與改造道路,以通達工程主要建筑物處。所有這些施工活動均有可能向附近的熊湖排放泥砂。為了滿足水質論證,Symbiotics公司將制訂土壤侵蝕控制計劃,以解決與工程建設有關的所有問題。

5 漁業(yè)、野生動物和植物資源

某些河岸生境將因該工程的開發(fā)而將永久喪失。邦尼維爾切喉鱒是北伊登河中的當?shù)匚锓N,工程對該物種生境的影響已引起高度關注,正在研究緩解措施。

建議方案之一是恢復在工程與熊湖之間2km的北伊登河河道。用圍欄將河岸生境與牲畜隔離、恢復河流的形態(tài)與功能,并重新引進邦尼維爾切喉鱒。另一個可能性是利用魚梯恢復河流與熊湖的連通。這將便于邦尼維爾切喉鱒的自然恢復。

工程施工將永久性置換162hm2的灌木 -草原生境和改變北伊登峽谷作為熊河高地野生動物走廊的價值。工程將會使該地區(qū)狩獵鹿、鷓鴣和鷸的某些休閑活動受到一定影響。在施工開始之前,將調查該地區(qū)的野生動物狀況,劃定敏感物種的生境,這將有助于生境恢復和緩解措施的開展。在工程區(qū)受到較多關注的物種有較大的鷸、侏儒兔、紅海龜百舌鳥、洞穴貓頭鷹、柳鹟和西部大蟾蜍。敏感植物物種調查和有害雜草調查將為施工和施工后的綠化工作提供資料。

6 景觀資源

預計從公眾休閑地熊湖看不到該工程的建筑物 。已建議進行一項研究,用文件(文字、照片、錄像等)記錄當?shù)鼐坝^的現(xiàn)時特征,調查和確保在更大范圍的熊湖區(qū)域內看不見工程建筑物。此外,工程建筑物的設計得與周圍景觀融為一體。

國家史跡名錄和猶他州確認,在工程區(qū)沒有任何重要的文化或歷史遺址。但是,在開始所有破土工作之前,先要進行文化資源調查,以防破壞寶貴的文化資源。

7 工程進展

目前,北伊登工程正處于工程開發(fā)的許可證申請階段。2008年12月,Symbiotics公司取得了FERC的初步許可。2009年1月,提交了介紹擬建工程初步計劃和環(huán)境影響的預申請文件,以及常規(guī)許可證的申請。一經批復,公司將舉行公開的評估會議,并將開始第1a的環(huán)境研究。最早將于2010年12月提交最終的許可證申請報告,工程將于2013年開工。