張金承
(水利部新疆水利水電勘測設(shè)計研究院,烏魯木齊 830000)
阿圖什市工業(yè)園區(qū)供水工程,水源為烏瑞克河河水,供水方向為阿圖什市工業(yè)園區(qū)。該工程從2009年開始進(jìn)行可研分析,目前已進(jìn)入招標(biāo)階段。工程分兩期建設(shè)。該工程管道全長55.819km,一期工程年引水量725萬m3/s,引水流量為0.7m3/s。在可研階段經(jīng)比較推薦單管供水,管道在46.437km處將水引入到麻扎爾塔格水庫進(jìn)口,然后再從水庫放水涵下游引水至工業(yè)園區(qū)調(diào)節(jié)水池,水庫下游段管道長9.382km。工程取水建筑物處烏瑞克河河道高程為2328.0m,末端調(diào)節(jié)池處地面高程為1603.0m,總落差725m。管道0+000~15+800段為倒虹吸地形,其下游段基本是上游高下游低的地形,從倒虹吸地形的下游端至末端調(diào)節(jié)水池地形落差為708m。從地形看沿線落差大,縱坡陡,具有利用地形落差進(jìn)行水力發(fā)電的條件,為此可研階段提出了利用管道沿線水壓發(fā)電的設(shè)想,并進(jìn)行了多種方案研究。
根據(jù)管道沿線消能方式比較結(jié)論,管道沿線共劃分七段,采用分段末端設(shè)消能閥再輔以消能井的方案。管道沿線建電站從第二段開始,按以下三種方案分析研究:方案一,按管道推薦分段方案不變,從首先滿足供水附帶發(fā)電考慮;方案二,相對方案一,管道分段減至五段,管徑不變;方案三,管線分段按方案二不變,充分考慮發(fā)電,擴(kuò)大管道直徑,減小管道沿程水損,增加管道分段末端發(fā)電水頭,增加發(fā)電量。
該方案一期工程設(shè)計引水流量為0.7m3/s,按照供水規(guī)范管道引水流速不宜大于3.0m/s的要求,可選的供水管徑有三種:
當(dāng)管徑DN=600mm時,流速v=2.48m/s;
當(dāng)管徑DN=700mm時,流速v=1.82m/s;
當(dāng)管徑DN=800mm時,流速v=1.39m/s。
以上三種管徑的設(shè)計流速均在經(jīng)濟(jì)流速范圍之內(nèi),且均滿足大于不淤流速0.6m/s的要求。根據(jù)工程比選,管材的工作壓力一般選擇中壓較經(jīng)濟(jì),通過經(jīng)濟(jì)比較后,在首先考慮供水、附帶考慮發(fā)電情況下,選管道直徑為DN600較經(jīng)濟(jì),即在管道樁號15+800以下分為六段較經(jīng)濟(jì),在該六段上建電站(一用一備),該方案總裝機容量1195kW,年發(fā)電量1519萬kW·h。見表1。
表1 方案一電站特性
按表1在不建電站的情況下,僅建管道、構(gòu)(建)筑物、交叉建筑物、防洪建筑物、取水建筑物及末端調(diào)節(jié)水池等,經(jīng)計算管道工程投資為20661萬元;僅電站 (不包括上網(wǎng)輸電線路投資)投資5245萬元,管道加電站的投資為25906萬元。
由于方案一中管道的分段高差最大122m,最小110m,而玻璃鋼管的最大工作壓力為2.5MPa,相比管道分段落差還可以提高,管道分為五段后最大落差233m,管材壓力相對2.5MPa還有一定的壓力余量,合并后管道從樁號15+800下游共有四段 (不包括上游倒虹吸段),在管道直徑不變情況下,前兩個電站的裝機水頭增加了,電站數(shù)量僅剩四座,電站機組采用一用一備,同時也減少了電站及沿線構(gòu)筑物的投資。
管道從15+800下游分為四段時,建電站四處,總裝機容量1120kW,年發(fā)電量1496萬kW·h。在不建電站的情況下管道、構(gòu) (建)筑物、交叉建筑物、防洪建筑物、取水建筑物及末端調(diào)節(jié)水池等工程總投資為21061萬元;建電站后僅電站投資 (不包括上網(wǎng)輸電線路投資)3664萬元,管道投資加電站投資為24724萬元。見表2。
表2 方案二電站特性
該方案引水流量0.7m3/s不變,當(dāng)管道直徑變?yōu)?00mm時,流速為1.39m/s,經(jīng)水力計算后,僅管道工程總投資為23745萬元,建電站后僅電站投資 (不包括上網(wǎng)輸電線路投資)5243萬元,管道投資加電站投資為28988萬元。
方案三各分段電站額定水頭、裝機、年發(fā)電量及投資見表3。
表3 方案三建電站特性
對以上建水電站的三個方案,采用經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值法
進(jìn)行方案經(jīng)濟(jì)比選,對三個方案的計算結(jié)果見表4。
表4 經(jīng)濟(jì)評價結(jié)果
方案一總投資25906萬元,總裝機容量2.39MW,總發(fā)電量1519萬 kW·h,經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值7924萬元;
方案二總投資24724萬元,總裝機容量2.24MW,總發(fā)電量1496萬 kW·h,經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值8859萬元;
方案三總投資28988萬元,總裝機容量3.66MW,總發(fā)電量2231萬 kW·h,經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值7455萬元。
三者相比,方案二工程投資較少,經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值較高,具有建電站的優(yōu)勢,因此推薦方案二建電站管線分段方案。根據(jù)比較結(jié)果僅對方案二進(jìn)行財務(wù)分析評價。由于該工程投資主要為貸款修建,分析該工程的最大貸款比例,使得在還款期內(nèi)資本金內(nèi)部收益率不低于行業(yè)內(nèi)部收益率,在工程運行期內(nèi)使企業(yè)能正常運轉(zhuǎn)并實現(xiàn)盈利是分析的目的,分析結(jié)果見表5。
表5 推薦建電站方案財務(wù)評價結(jié)果
該工程建電站若按總投資的60%、70%、80%貸款,計算還本付息上網(wǎng)電價最低必須分別達(dá)到0.3938元/(kW·h)、0.4492元/(kW·h)、0.5052元/(kW·h)時,收益率才能大于行業(yè)收益率的8%的要求;按新發(fā)改能價 [2011]54號《關(guān)于5萬千瓦以下水電站上網(wǎng)電價問題的通知》:“自治區(qū)對小水電上網(wǎng)電價實行上限價格管理,上限價格水平暫定為0.235元/千瓦時 (含稅)”進(jìn)行計算時,收益率僅能達(dá)到2.66%,仍小于一般行業(yè)要求的8%要求。若按上網(wǎng)電價為0.235元/(kW·h)進(jìn)行計算,最大貸款比達(dá)到31%時,資本金內(nèi)部收益率僅能達(dá)到2.06%,投資效益仍較差。經(jīng)分析,工程效益差的基本原因有三個:一是該工程年供水量較小,年供水量僅725萬m3/s;二是工程輸水距離較長,投資相對較大;三是水電上網(wǎng)電價偏低。
通過以上分析,按自治區(qū)實行的不大于5萬kW的小水電上網(wǎng)電價0.235元/(k·Wh)上網(wǎng),電站不虧損的最大貸款僅占投資的31%,貸款比例大于31%后建電站就沒有效益,或者說自有資金必須不少于69%經(jīng)濟(jì)效益才可行。經(jīng)分析該項目建電站盈利能力有限,近期不宜建水電站。但該電站若能增加年供水量,降低供電成本單價,并積極申請國家以電代燃投資,使電站財務(wù)可行,或自有資金充裕時,管道沿線電站的建設(shè)還是有希望的。
重力式輸水管道工程,常會遇到地形陡、落差大、管道分段末端有很大的剩余水頭情況,如何利用好這些水壓轉(zhuǎn)化成電能,給我們提出了研究課題。特別是當(dāng)前大氣污染普遍嚴(yán)重的情況下,更應(yīng)該注重開發(fā)綠色能源。從該工程三個方案分析結(jié)果可以看出,利用供水工程建水電站,一是要選單位水成本低的工程;二是上網(wǎng)電價占供電電價比重較小。若能適當(dāng)提高小水電的上網(wǎng)電價占供電電價的比重,就會使更多小水電項目財務(wù)效益可行,造福于人類。