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        雅康高速二郎山隧道斜井引水發(fā)電可行性淺析

        2021-09-15 10:09:39鄭建國林國進(jìn)李玉文陳行
        四川建筑 2021年4期
        關(guān)鍵詞:斜井節(jié)能減排

        鄭建國 林國進(jìn) 李玉文 陳行

        【摘要】二郎山隧道長13.4 km,是雅安至康定高速公路的控制性工程之一。隧道運(yùn)營能耗高,結(jié)合二郎山隧道運(yùn)營通風(fēng)方案,充分利用隧址區(qū)地形、水文、氣象等條件,運(yùn)用開拓性思維,奇思妙想,在公路交通行業(yè)創(chuàng)造性的首次提出了利用康定端斜井引水發(fā)電進(jìn)行節(jié)能減排的新舉措,有效降低隧道運(yùn)營費(fèi)用,具有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

        【關(guān)鍵詞】二郎山特長隧道; 節(jié)能減排; 引水發(fā)電; 斜井

        【中國分類號(hào)】TV74【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

        1 二郎山隧道

        隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,中西部及少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展差距縮小的需求,帶動(dòng)了我國西部地區(qū)大型工程項(xiàng)目的蓬勃發(fā)展[1-3],然而極其復(fù)雜和脆弱的地質(zhì)環(huán)境致使我國西部交通工程橋隧比高、運(yùn)營耗能大、供電困難,對(duì)交通、新能源、環(huán)保提出了新課題和發(fā)展機(jī)遇[4-5]。同時(shí),我國西部水資源十分豐富,水能是一種取之不盡、用之不竭、可再生的清潔能源[6-7]。水力發(fā)電對(duì)環(huán)境影響較小,且有利于改善交通、電力供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,促進(jìn)節(jié)能減排[8]。為此,充分利用建設(shè)工程地形地貌、水文、氣象條件,合理開發(fā)工程區(qū)水能進(jìn)行引水發(fā)電成為推進(jìn)西部地區(qū)綠色發(fā)展的重要途徑[9]。本文以雅康高速公路二郎山隧道為例,探討“隧道斜井引水發(fā)電”實(shí)現(xiàn)其節(jié)能減排的可行性。

        雅安至康定高速公路通往我國及四川省西部藏族地區(qū),是《國家公路網(wǎng)規(guī)劃》高速公路G42橫線“上?!啥肌奔癎4218聯(lián)絡(luò)線“雅安—葉城”的重要組成部分,是連接成都至康定的重要通道,是通往藏區(qū)的重要國防線和生命線,在區(qū)域路網(wǎng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的地位和作用。

        二郎山隧道是雅安至康定高速公路重大控制性工程之一,長約13.4 km,埋深超過1 500 m,具有極其復(fù)雜的地形條件、極其復(fù)雜的地質(zhì)條件、極其敏感的環(huán)境條件等特點(diǎn)。

        二郎山隧道通風(fēng)采用三區(qū)段送排式通風(fēng)方案,分段長度為(3 680+5 320+4 406) m,雅安端風(fēng)井:右線為平導(dǎo)(2 153 m/-0.33 %)+斜井(885 m/+14.67 %),左線為斜井(2 280 m/+13.37 %);康定端斜井:右線斜井(1 710 m/+10.56 %),左線斜井(1 734 m/+11.09 %)。

        2 二郎山隧道運(yùn)營能耗分析

        二郎山隧道運(yùn)營能耗較大,主要為隧道運(yùn)營通風(fēng)和照明系統(tǒng),設(shè)備功率8 600 kW,每年耗電量約1 400×104 kW/h,電費(fèi)約98 070元,因此運(yùn)用新能源、新技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排意義重大(表1)。

        根據(jù)交通部《公路水路交通運(yùn)輸節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》,“在公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營領(lǐng)域,積極組織開展先進(jìn)適

        用節(jié)能減排技術(shù)的推廣應(yīng)用工作,降低能耗與排放水平”,“公路隧道節(jié)能減排技術(shù)改造與應(yīng)用,大力推進(jìn)太陽能、風(fēng)能等可再生能源應(yīng)用”。切實(shí)響應(yīng)國家節(jié)能減排政策,二郎山隧道利用康定端斜井進(jìn)行引水發(fā)電,有效降低隧道運(yùn)營費(fèi)用,具有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

        3 利用康定端斜井引水發(fā)電

        3.1 建設(shè)條件

        二郎山呈南北走向,為大渡河和青衣江的分水嶺。東、西坡分屬青衣江和大渡河流域。二郎山隧道進(jìn)出口分別位于東坡的長河壩和西坡的五里溝。

        五里溝為大渡河支流,受大氣降水(雨、雪)及冰雪融化水、地下水補(bǔ)給,其中主要為大氣降水補(bǔ)給。本流域降水量主要集中在5~10月,占年降雨量的75 %~80 %,其中又以6~9月最多,降雨日達(dá)180 d以上。

        二郎山隧道出口位于五里溝溝口,康定端斜井位于五里溝上游支溝,支溝流域面積19 km2。支溝坡降大,兩岸陡峭,切割較深,呈“V”字型,因此具有“易漲易落”的特點(diǎn),雨季流量大于0.8 m3/s;平水期流量較穩(wěn)定,約0.5 m3/s。旱季枯水期水量小于0.5 m3/s。

        瀘定地處四川盆地到青藏高原過渡帶上,受東南、西南季風(fēng)和青藏高原冷空氣雙重影響,氣候垂直差異明顯,海拔1 800 m以下地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候,為有名的干熱河谷地區(qū)。瀘定氣候冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,冬季干燥溫暖,季均溫度7.5 ℃;夏季溫涼濕潤,季均溫度22.7 ℃;年平均氣溫16.5 ℃,年平均無霜期279 d,年均降雨量664.4 mm。

        3.2 裝機(jī)容量測(cè)算

        根據(jù)五里溝支溝徑流情況以及徑流式小型水電站特點(diǎn)[10-13],利用斜井可修建徑流式小型水電站,水頭高差H=192 m。采用直徑500 mm的引水管,引水管坡度11 %,水管水流速5.55 m/s,滿管流量Q=1.09 m3/s。

        理論裝機(jī)容量:

        N=AQH

        A:出力系數(shù)A=0.6~8.5,取7.5,

        則N=7.5×1.2×245=1570 kW。

        此為滿管發(fā)電裝機(jī)容量,根據(jù)支溝雨季流量流量大于0.8 m3/s計(jì)算,因此實(shí)際裝機(jī)容量可確定為1 100 kW。

        3.3 年發(fā)電量測(cè)算

        五里溝主要接受大氣降雨補(bǔ)給,降雨主要集中在5~10月,占年降雨量的75 %~80 %,降雨日達(dá)180 d以上,年均降雨量664.4 mm。斜井口支溝處流域面積19 km2,年降雨量1 262×104 m3。雨季支溝流量大于0.8 m3/s。滿負(fù)荷發(fā)電天數(shù)150 d,年發(fā)電量:

        E=N×T=1100×24×150=396×104 kWh。

        隧道運(yùn)營期間,隧道照明系統(tǒng)設(shè)備功率為600 kW,因此利用斜井引水發(fā)電可全部滿足隧道照明用電和部分滿足隧道通風(fēng)用電。

        3.4 投資估算

        同類型小型水電站投資為1.0萬元/kW,其中土建費(fèi)用0.6萬元/kW,機(jī)電費(fèi)用0.4萬元/kW。本水電站為利用斜井進(jìn)行引水發(fā)電,土建費(fèi)用僅為地下發(fā)電廠房和變電廠房土建費(fèi)用,因此本水電站應(yīng)比同類型水電站工程規(guī)模要大大降低,按0.5萬元/kW進(jìn)行估算,需投資550萬元。

        發(fā)電為自用電,省去上網(wǎng)審批等程序及相關(guān)費(fèi)用,暫按用電0.7元/kWh計(jì)算,每年隧道運(yùn)營可減少電費(fèi)277萬元,2.5年即可收回投資。

        根據(jù)《交通運(yùn)輸節(jié)能減排專項(xiàng)資金管理暫行辦法》,根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)、投資總額、實(shí)際節(jié)能減排量以及產(chǎn)生的社會(huì)效益等綜合測(cè)算確定補(bǔ)助額度。本項(xiàng)目爭(zhēng)取申請(qǐng)交通運(yùn)輸節(jié)能減排專項(xiàng)資金。

        3.5 引水發(fā)電建筑物布置

        二郎山隧道供電項(xiàng)目壩址在高速公路通風(fēng)斜井出口,位于白沙溝匯入五里溝的匯合點(diǎn)下游150 m處。首部樞紐建筑物主要由攔河取水建筑物、暗涵、沉礫池組成。攔河壩由進(jìn)水閘、沖沙閘、溢流壩建筑物組成。進(jìn)水閘采用寬頂堰取水,進(jìn)口寬1.5 m,設(shè)有攔污柵與進(jìn)水閘門各一扇。進(jìn)水閘末端后緊接暗涵,長20.0 m,為矩形箱涵結(jié)構(gòu),底坡i=1/200,斷面尺寸b×h=1.0 m×1.5 m,采用30 cm厚的C20鋼筋混凝土襯砌。沉砂池位于箱涵末端,布置在壩址下游左岸階地上,沉砂池總長60 m,寬5 m(圖3)。

        廠址定于二郎山隧洞已開挖的洞內(nèi),為洞內(nèi)廠房。廠區(qū)建筑物主要有主廠房、高壓開關(guān)室、二次設(shè)備室、尾水渠等??紤]到進(jìn)廠公路與二郎山隧洞通風(fēng)斜井、壓力管道,從通風(fēng)斜井(壓力管道)進(jìn)入廠區(qū),并從端部進(jìn)入主廠房,安裝間布于主廠房左部,高壓開關(guān)室、二次設(shè)備室布置在主廠房右側(cè)。

        4 風(fēng)險(xiǎn)控制

        4.1 尾水排放

        發(fā)電站尾水流量最大流量0.8 m3/s(約6.9×104 m3/d),經(jīng)隧道主洞中央排水溝排出隧道。隧道縱坡0.5 %,中央水溝尺寸120×0.75 cm,單洞水溝最大流量1.69 m3/s(約14.6×104 m3/d),雙洞水溝最大流量3.04 m3/s(約29.2×104 m3/d),出口段隧道最大涌水量約0.61 m3/s(5.3×104 m3/d)。隧道中央排水溝排水能力約29.2×104 m3/d,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大涌水量和引水發(fā)電尾水量(共約12.2×104 m3/d)。

        為方便緊急情況下或洞內(nèi)某段維修左右洞交通轉(zhuǎn)換,二郎山隧道設(shè)置了2處大斷面洞內(nèi)聯(lián)絡(luò)道,聯(lián)絡(luò)道也設(shè)置了中央水溝。聯(lián)絡(luò)道中央水溝將左、右洞中央水溝連接起來,可調(diào)節(jié)左、右洞中央水溝流量,使左、右洞中央水溝流量更均衡,最大限度的發(fā)揮中央水溝的排泄能力。

        4.2 爆管風(fēng)險(xiǎn)控制

        為了有效避免引水管爆管,影響行車安全。在斜井底部設(shè)置蓄水池和導(dǎo)流洞,爆管水流進(jìn)入蓄水池,經(jīng)導(dǎo)流洞直接排入中央排水溝,不會(huì)導(dǎo)致爆管水流進(jìn)入地下風(fēng)機(jī)房和隧道主洞路面。

        4.3 運(yùn)營管理風(fēng)險(xiǎn)

        目前水電站發(fā)電、變電技術(shù)成熟,設(shè)備先進(jìn),不存在較大運(yùn)營管理風(fēng)險(xiǎn)。引水發(fā)電不會(huì)對(duì)隧道運(yùn)營安全產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

        5 結(jié)論

        為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策,利用康定端斜井引水發(fā)電工程可行,初步測(cè)算裝機(jī)容量1 100 kW,年發(fā)電量396×104 kWh,投資約550萬元,預(yù)計(jì)2.5年收回投資。引水發(fā)電可完全滿足隧道營運(yùn)照明用電和部分通風(fēng)用電,具有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

        利用斜井引水發(fā)電,運(yùn)用開拓性思維,奇思妙想,在公路交通行業(yè)創(chuàng)造性的首次提出了利用康定端斜井引水發(fā)電進(jìn)行節(jié)能減排的新舉措,將水電和公路交通建設(shè)聯(lián)系起來,有效降低隧道運(yùn)營費(fèi)用,具有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)為公路交通行業(yè)節(jié)能減排提供了新思路、新舉措。

        依此為鑒,打破常規(guī),開拓思維,希望能提出更多、更好的隧道建設(shè)新技術(shù)、新工藝。所有這一切都賦予了小水電新的歷史使命,為小水電的發(fā)展提供了廣闊的空間。

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