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        基于新形勢下YL 水利樞紐工程水電站開發(fā)方式的研究

        2020-11-20 08:48:40
        陜西水利 2020年8期
        關(guān)鍵詞:開發(fā)方式河段電站

        熊 偉

        (新疆水利水電勘測設(shè)計研究院,新疆 烏魯木齊 830000)

        0 引言

        作為TLM 河的重要支流,HT 河承擔(dān)著向TLM 河供水的任務(wù),以維持和改善TLM河流域的生態(tài)環(huán)境。目前HT 河兩大支流中KLKS 河已建成具備一定調(diào)節(jié)能力的WLWT 水庫,因此YLKS 河上修建控制性水利樞紐工程時必須通過與WLWT水利樞紐聯(lián)合調(diào)度,在保證向TLM河下泄生態(tài)水量目標的前提下,以調(diào)控生態(tài)輸水、城鄉(xiāng)供水與灌溉、防洪為主,同時結(jié)合下游工農(nóng)業(yè)用水,進行水能資源開發(fā),為當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)提供電力電量需求,緩解供電矛盾。該水利樞紐工程在水電規(guī)劃階段,以充分利用水頭落差最大程度的開發(fā)利用水能資源為原則[1~3],推薦水電站采用混合式長引水系統(tǒng)開發(fā)。隨著新形勢下國家對環(huán)境保護意識理念的不斷加強,混合式長引水系統(tǒng)開發(fā)減水河段較長,為滿足壩址以下河段生態(tài)基流流量的環(huán)保要求,仍然采用長引水系統(tǒng)開發(fā)可設(shè)置生態(tài)電站,來保障減水河段生態(tài)基流要求,同時長隧洞工程投資較大[4~6]。為滿足國家環(huán)境保護政策要求的同時追求工程經(jīng)濟效益最大化,對該水利樞紐工程水電站進行開發(fā)方式比選,通過對地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置、施工條件、環(huán)境影響、動能指標、經(jīng)濟效益等方面進行綜合對比分析,選定最優(yōu)的水電站開發(fā)方式[7~10]。

        1 工程概況

        YL 水利樞紐工程位于新疆HT 地區(qū)HT 縣的喀什塔什鄉(xiāng)境內(nèi),工程壩址位于HT 河支流YLKS 河中游河段上,距位于布亞達里亞溝口上游約5.0 km,距HT 地區(qū)HT 市約95 km。該工程是YLKS 河山區(qū)河段的控制性工程。工程主要建筑物有攔河壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水洞、電站廠房等,壩址斷面多年平均流量64.90 m3/s,多年平均年徑流量20.47 億m3,水庫正常蓄水位2170 m,水庫設(shè)計洪水位1983 m,校核洪水位1984.5 m,死水位2080 m??値烊?.36 億m3,電站裝機容量300 MW,多年平均年發(fā)電量7.05 億kW·h,裝機年利用小時數(shù)2350 h,工程為Ⅱ等大(2)型工程。該工程通過與WLWT 水利樞紐聯(lián)合調(diào)度,在保證向TLM 河下泄生態(tài)水量目標的前提下,以調(diào)控生態(tài)輸水、城鄉(xiāng)供水與灌溉、防洪為主,兼顧發(fā)電等綜合利用效益,建成后,到2030 年經(jīng)水庫調(diào)蓄供水,可保證向TLM 河干流的生態(tài)供水,并將完成HT 河玉河灌區(qū)的灌溉供水任務(wù),同時利用水能資源進行發(fā)電,為HT 電網(wǎng)提供可靠的電量支持。

        2 比選方案擬定

        該工程水電規(guī)劃階段推薦水電站采用混合式長引水系統(tǒng)開發(fā),電站利用落差390 m,電站裝機容量435 MW,多年平均年發(fā)電量10.995 億kW·h。考慮到引水發(fā)電系統(tǒng)及減水河段的長度,結(jié)合環(huán)保政策的要求和工程總體布置,以發(fā)電引水系統(tǒng)長度為自變量,擬定了混合式開發(fā)方案和堤壩式開發(fā)方案共兩組方案?,F(xiàn)對兩組方案分述如下:

        (1)混合式開發(fā)方案

        混合式方案主電站廠房位于壩后約27 km 的河道左岸,電站利用落差390 m,發(fā)電引水洞長14.1 km,壩后布置生態(tài)電站,總裝機435 MW,該方案減水河段長約27 km。

        (2)堤壩式開發(fā)

        堤壩式方案選擇壩后左岸古河槽階地上作為堤壩式開發(fā)方案廠址位置,該方案電站廠房位于壩后,電站利用落差207 m,發(fā)電引水洞長1.22 km,總裝機300 MW,不存在減水河段,生態(tài)基流發(fā)電后下泄河道。

        3 各方案設(shè)計及動能經(jīng)、濟指標成果

        兩個方案通過對地形地質(zhì)條件選擇、樞紐建筑物布置、施工組織設(shè)計、工程投資計算、經(jīng)濟評價,各方案動能經(jīng)濟指標成果見表1。

        表1 各方案動能、經(jīng)濟指標成果表

        4 開發(fā)方式比選

        4.1 各方案地形地質(zhì)條件比較

        方案一發(fā)電引水洞前半部巖體條件較好,后半部洞線洞身穿越規(guī)模相對較大的斷層有F21 和F22,斷層走向與洞線大角度相交,穿越?jīng)_溝及較大斷層段可能存在線狀流水,基巖裂隙水對普通水泥具中度~嚴重或強,對混凝土中鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。方案二發(fā)電洞主要巖性以二云母石英片巖為主,夾黑云母斜長片麻巖和絹云母石英片巖,局部分布二云母斜長變粒巖脈,均屬硬質(zhì)巖,地質(zhì)條件較好。通過對比分析,方案二地質(zhì)條件優(yōu)于方案一。

        4.2 各方案樞紐建筑物布置、施工條件比較

        從樞紐建筑物布置分析,兩個方案中攔河建筑物利用當(dāng)?shù)夭牧咸钪?,壩體采用砼面板防滲,設(shè)計、施工簡單;發(fā)電引水隧洞基本沿河傍山穿行,施工支洞布置方便,可采用常規(guī)鉆爆法施工成洞。方案一發(fā)電引水系統(tǒng)較方案二長。

        從施工條件分析,方案一及方案二壩址處施工條件基本相同,方案一發(fā)電洞長14.1 km,場內(nèi)交通道路共43.3 km,交通洞及施工支洞13 條,總長8.93 km,施工條件相對較差;方案二發(fā)電洞長1.22 km,場內(nèi)交通道路共36.4 km,交通洞及施工支洞9 條,總長5.96 km,工程施工簡單,施工條件相對較優(yōu)。

        通過對比分析,從樞紐建筑物布置來看,方案二引水線路布置難度較小,施工條件較優(yōu),工程量也較小,相對較優(yōu)。

        4.3 各方案環(huán)境影響性質(zhì)及程度比較

        兩個方案中方案一減水河段長度為27 km,電站開發(fā)時設(shè)置生態(tài)電站,保障減水河段下泄生態(tài)基流要求,開發(fā)方案符合國家環(huán)境保護政策。方案二采用堤壩式開發(fā),無減水河段。兩個方案實施均不會產(chǎn)生新的污染源,不會對河水環(huán)境功能產(chǎn)生大的影響,能夠滿足流域水功能區(qū)劃對該河段的水質(zhì)保護目標要求,且均具有灌溉、防洪、發(fā)電等綜合效益。由于受大壩阻隔和發(fā)電引水的影響,河道水文情勢將有一定改變,但兩組方案電站廠房尾水以后河段水文情勢影響均相同。從陸生生態(tài)影響角度,方案一占地面積大于方案二占地面積,方案一造成的生物量損失略大。綜上所述,三組方案環(huán)境影響差異主要體現(xiàn)在減水河段及陸生生態(tài)影響,方案二無減水河段,且占地面積較小,相對較優(yōu)。

        4.4 各方案動能指標比較

        兩個方案總利用落差分別為390 m、207 m,隨著利用落差增大,電站動能指標增大。從動能指標比較可以看出,方案一裝機容量435 MW,多年平均年發(fā)電量10.995 億kW·h;方案二裝機容量300 MW,多年平均年發(fā)電量7.05 億kW·h。方案一利用落差最大,動能指標最優(yōu)。

        4.5 各方案經(jīng)濟效益比較

        從工程投資分析,各方案投資差異主要體現(xiàn)在發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房投資,隨著發(fā)電引水系統(tǒng)長度的增長,投資增大。兩個方案中方案一投資較方案二大。

        從各方案的經(jīng)濟凈現(xiàn)值和經(jīng)濟內(nèi)部收益率來看,各方案經(jīng)濟內(nèi)部收益率均大于社會折現(xiàn)率8%,說明兩組方案均是經(jīng)濟的,其中方案二經(jīng)濟內(nèi)部收益率較大,較方案一要優(yōu)。兩個方案經(jīng)濟凈現(xiàn)值均大于零,說明兩組方案均是經(jīng)濟合理的,其中方案二的經(jīng)濟凈現(xiàn)值較方案一大,優(yōu)于方案一。因此,從經(jīng)濟評價角度分析,方案二堤壩式開發(fā)方式相對較優(yōu)。

        5 結(jié)論

        新形勢下水電站開發(fā)方式,不能再僅僅以最大程度的開發(fā)利用水能資源為原則,還應(yīng)緊密結(jié)合新法規(guī)、新政策,尤其應(yīng)符合國家環(huán)境保護政策,根據(jù)地形地質(zhì)條件、結(jié)合工程總體布置和施工方法擬定出合理比選方案,并對各擬定方案進行技術(shù)、經(jīng)濟綜合比較。通過定性和定量的優(yōu)劣分析,在權(quán)衡各種因素的基礎(chǔ)上,選擇最優(yōu)的開發(fā)方式。本工程通過對各開發(fā)方案在地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置、施工條件、環(huán)境影響、動能指標、經(jīng)濟效益等方面進行綜合對比分析,方案二相對較優(yōu),該方案無重大生態(tài)環(huán)境影響制約性因素,其技術(shù)經(jīng)濟指標較優(yōu)、綜合效益較好,并有利于開發(fā)實施。綜上所述,選定方案二堤壩式方案作為該工程水電站的開發(fā)方式既滿足環(huán)保政策的要求,又實現(xiàn)了工程經(jīng)濟效益最大化。

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