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加拿大卡斯爾溪徑流式水電站概況

[加拿大] J.惠勒

加拿大不列顛哥倫比亞省的卡斯爾溪徑流式水電站由卡斯爾山水電公司開發(fā)，于2015年6月開始運營?；仡櫫嗽摴镜膭?chuàng)立過程及股東組成，并從發(fā)電與輸電設備、電力用途、環(huán)境保護、工程建設、社區(qū)關系、項目運營和業(yè)主投入等方面對該項目進行了介紹。

徑流式水電站；水電項目；卡斯爾溪；加拿大

BC水電公司是一家電力公用事業(yè)公司，主要服務于加拿大不列顛哥倫比亞省(簡稱BC省)，自20世紀90年代末起協助私營企業(yè)售電給綜合電力系統。卡斯爾山水電公司(CMHL)最初的創(chuàng)立者在之前的15 a里分別在不同公司工作，而后決定一起做項目，其中有3人目前仍是CMHL的股東。2005年，團隊開始收集資料，考察BC省麥克布萊德(McBride)南部25 km處的一條溪流。2010年，CMHL公司成功與BC水電公司達成能源購買協議。接下來的4 a里，團隊完成了工程設計、許可審批、融資等工作，使卡斯爾溪(Castle Creek)水電項目達到了開工條件。 新的投資者加入該團隊之后，項目的施工和融資能力得到提高。D.科爾以及第一民族(勒塔克和魯斯庫茲)之后也作為投資者加入了該團隊。

1 項目概況

卡斯爾溪水電項目位于卡斯爾溪的一條支流上，是一座利用290 m水頭的徑流式水電站(卡斯爾溪是弗雷澤河的支流)。項目離電力輸送設施較遠，且由于該地區(qū)輸電線的容量有限，該項目實際裝機容量小于可利用的水電資源，但該電站的容量系數高(約為75%)，對現有輸電線路的利用率較高。設備每年可足額運行約7個月，在短暫的極寒天氣時，流量最小，可以額定功率的20%運行，大多數年份最小流量出現在3月中旬。水庫集水區(qū)面積約167 km2，包括25 km2的冰川。

取水口位于2條大小相當的支流交匯處。2條支流的徑流都來自于12 km以外的昆士特倫(Quanstrom)山冰川融水。其中，東側一條較小，由于上游彎多水緩，全年大多數時候泥沙含量極低；南側一條通常含有大量泥沙，只有在秋、冬季較少。為了處理泥沙，取水口在2條支流上都設置了閘門，夏季水流量大時，關閉泥沙量大的南支流閘門，只利用東支流；10月流量減小，電站需要同時利用2條支流的徑流，以達到額定功率，而此時南支流泥沙含量較低。

2 發(fā)電及輸電設備

該電站采用2臺BC省薩里(Surrey)市可信渦輪公司(Dependable Turbines)生產的雙噴嘴沖擊式水輪機，與5 MVA發(fā)電機相連，發(fā)電機由美國俄亥俄州曼斯菲爾德(Mansifield)市現代理想電氣(Hyundai-Ideal Electric)公司制造。工程中運用了總長 4.6 km的引水管，大多采用美國路易斯安那州扎克里(Zachary)市全美復合管業(yè)有限責任公司(Flowtite)生產的直徑 1.1 m和 1.2 m的玻璃纖維增強聚合物(GRP玻璃纖維)。高壓段采用直徑1.2 m的鋼管，取水系統下方的600 m采用高密度聚乙烯(HDPE)管。

電站安裝了2臺單機4 MW的發(fā)電機組，但是由于BC水電公司電力線路容量的約束，限制輸出容量為6 MW。如果電力線路容量足夠大，水電站可以達到額定出力。BC水電公司利用自有的25 kV輸電線沿著卡斯爾溪森林便道輸電至羅伯森(Robson)河谷(即弗雷澤河的源頭)。線路全長22 km，采用傳統的336MCM ACSR木質桿架設。

2臺發(fā)電機各設計有一個升壓變壓器，無需人工切換。變電所采用2個特瑞德(Tavrida)OSM25-630斷路器提供保護和切換控制。發(fā)電廠房內沒有斷路器或者其他開關，使員工維護和操作更加安全。采用施偉策(Schweitzer)工程公司SEL700G繼電器為發(fā)電機-變壓器組合提供差動保護。SEL311和SEL387繼電器通過單模光纖中繼通信為輸電線提供線路差動保護。在與BC水電公司線路連接處的變電所設置有第三個特瑞德斷路器、電量統計系統、用于管理電力質量的SEL751繼電器以及BC水電公司線路保護裝置。整個工程采用施耐德莫迪康(Schneider Modicon)M340 PLC光纖網絡通信。輸水管沿線均裝有光纖線路用以監(jiān)測和控制輸水系統。

每臺發(fā)電機組及其相關組件都獨立運行，只有在需要控制水流、平衡負荷以及處理故障和警報時才協同運行。系統一般不需要人工操作，但當警報和故障發(fā)生時，系統設計為可同時通知4名員工。與BC水電系統中斷連接后需要人工重啟發(fā)電機。在BC水電供應系統大面積中斷時，該發(fā)電站可通過孤網向山谷地區(qū)供電。

3 電力用途

卡斯爾溪水電站發(fā)出的電輸送到BC水電系統后，就成為BC省電力的一部分。由于該省電網屬于西部電力協同理事會區(qū)域，其電力將在北美西部電力市場上交易。BC水電系統通過連接該電站的發(fā)電機改善電壓調節(jié)，使區(qū)域內的社區(qū)受益。連接方式如下：該區(qū)域通過輻射半徑達300 km的139 kV線路與BC水電系統其他發(fā)電機連接，然后通過90 km的25 kV線路與麥克布萊德區(qū)域連接并向西延伸70 km。除該水電站外，還有4臺發(fā)電機與饋電線連接，所以夏天本地輸出電能，冬天則相反，本地用電負荷大于發(fā)電容量。所有新發(fā)電機(包括卡斯爾溪項目)都必須在電壓控制模式下運行，以便通過饋電線輸電在整個系統中保持電壓穩(wěn)定。

4 環(huán)境保護

卡斯爾溪項目位于無人居住的溪谷，由于100 a前鐵路開通，本區(qū)有不少伐木和鋸木廠。徑流式電站對環(huán)境的影響非常小，因為這類項目不需要超大水壩或者水庫。環(huán)保條例要求支流流域徑流量足夠保護水生物種。事實上在1a中大多數時間里，電站所需水量遠小于溪流總水量，所以水電站幾乎不影響溪流。然而，溪流交匯處和取水口附近的河邊區(qū)域不可避免受到影響，因此CMHL公司決定開發(fā)生態(tài)棲息地進行補償，并得到環(huán)保部的同意。項目工程師在卡斯爾溪谷規(guī)劃了一片區(qū)域作為魚類棲息地。

5 項目建設

CMHL公司即是該項目的建設總承包方，部分工程分包給分包商。公司作為業(yè)主進行總體規(guī)劃，詳細設計由BC省喬治王子城(Prince George)的DWB咨詢公司承擔。輸水管安裝施工分包給BC省甘露(Kamloops)市的甘哥(Kamco)建設公司。雷米勒(Ray Miller)建設公司承擔混凝土工程，克里登公司(Croydon)負責混凝土拌和，在現場有一臺移動式混凝土攪拌設備。豪爾溪能源公司(Hauer Creek Power Inc)提供施工機械，包括幾臺大型挖掘機、運輸車等。業(yè)主負責施工中的各項協調工作。

CMHL公司引進一臺破碎機來存儲混凝土和管道基床的骨料。由于2014年冬天在嚴寒天氣下施工，工程采用一套水暖裝置(在軟膠管中注入熱水)加熱骨料防止冰凍。除此之外，在混凝土澆筑前1 d，還采用了一個熱水池為混凝土保溫。澆筑完成之后，馬上鋪上保溫油布，并用水暖系統為混凝土養(yǎng)護提供適宜的保溫溫度。

6 社區(qū)關系

在2 a的建設期內，該項目為當地居民提供了大量就業(yè)崗位，解決了當時就業(yè)機會稀缺的問題，同時也促進了當地多家公司的發(fā)展，這些公司涉材料供應、設備維修、旅館和餐飲等服務。電站投運后，成為該區(qū)域內大型納稅企業(yè)之一，而且一直與維修公司保持業(yè)務往來。

7 電站運營

2015年6月16日，該電站開始運營。2016年，繼續(xù)開展了土地復墾、地表恢復(包括播撒草種、植樹、溝渠開挖和道路回填)、環(huán)境影響審查和工程建設的收尾工作。

業(yè)主投入了大量資產到該項目中，另一部分資金來自于蒙特利爾銀行提供的商業(yè)貸款。

8 業(yè)主投入

由于開發(fā)商不是大公司，該項目非常依賴于各業(yè)主的個人貢獻。業(yè)主表示，當決定開發(fā)這樣一個大型項目時，大家都必須有極大的熱情和奉獻精神。盡管他們希望項目能成功，但其過程非常漫長，需要每個業(yè)主付出巨大的努力。事實上，所有業(yè)主及其家人在項目開發(fā)的幾年時間里，的確投入了大量精力和資源。他們也期待電站投運后能運行良好，并帶來豐厚收益。

馬雅文譯

(編輯：陳紫薇)

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2017-06-02

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