當前小水電站建設改造常見問題探討

摘要:小水電的開發建設是一項技術性較強的工作。科學合理地建設、改造和管理小水電,對于確保電站效益的發揮至關重要。本文筆者歸納了目前小型水電站建設和改造中存在的主要問題,并提出了相應對策。

關鍵詞:水電站建設;問題;探討

1 小型水電站建設中應注意的問題

根據不同類型電站特點,選擇合適的水輪機機型及電站裝機臺數。利用水力發電,水輪機是關鍵。如何根據不同

的水力參數,選擇合適的水輪機,是一座電站建設成功與失敗的關鍵所在。水輪機根據水力作用的不同,可分為反擊式水輪機和沖擊式水輪機兩大類。兩大類中,又可分為混流式、軸流式、貫流式、水斗式、斜擊式和雙擊式六種型式。在這六種型式水輪機中,不同的型式有不同的適應水頭、流量和高效率區域。農村小型水電站的建設必須按不同型式水輪機的固有特性來選擇水輪機及裝機臺數,在進行投資比較時,首先應滿足技術上的要求。如低水頭電站選擇軸流定漿式水輪機,因其高效率區比較窄,在同樣的裝機容量下,有調蓄性能,額定流量能保證的水庫電站可選擇一臺機組以節省投資;流量不能保證的徑流式電站應選擇二臺或二臺以上機組,以適應不同流量情況下機組高效率運行的需要。對于適用于高水頭電站的沖擊式機組,因其高效率區較寬,為節省投資,應盡量選擇裝機一臺。

修建梯級電站旁通引水渠,以適應上級電站檢修時,下級電站發電的需要,避免棄水損失。農村小型梯級電站中,下級電站一般都是直接引用上級電站的尾水發電,而我國農村小型梯級水電站興建中,往往忽視上下級電站檢修用旁通渠的修建,因此在上級電站進行常規性檢修或臨時性搶修時,上游來水就無法進入下級電站引水渠,下級電站不得不停發,從而造成棄水損失。這種損失,對于沒有龍頭電站調蓄水庫調節的多級開發徑流式梯級電站來說尤為明顯。而修建一條旁通渠,一般距離都較短,技術上也不難解決,所需投資在整個電站的建設投資中所占的比例并不大。因此,為充分利用寶貴的水力資源,發揮小流域梯級開發電站的整體效益,修建梯級電站旁通引水渠,是必須加以考慮和重視的問題。

因地制宜,選擇合適類型的電站壓力水管。壓力水管是水電站的重要輸水設備,如選擇不當,容易引發電站重大事故。壓力水管選擇,除了滿足承受水壓的需要外,還必須考慮電站所在地的自然條件,選擇合適的類型。如定型制造的鋼絲網水泥管,因其連接后的伸縮調節范圍小,根據建設實踐經驗,只適應日夜溫差不大的地區和200米以下水頭電站。否則,將會因為壓力管承口橡皮止水圈的疲勞損壞或過量拉伸導致滲水、漏水甚至崩管事故。

盡量擴大徑流式電站前池容量,增加調蓄性能。為鼓勵建設具有庫容和調峰能力的電站,目前各地對小水電的上網電價正在逐步實行豐枯季節差價和峰谷電價,這無疑是對徑流式電站發展的一種限制。因此,為充分開發當地的水力資源,并使所建電站有較好的經濟效益,在不具備建造調蓄水庫的地區建設徑流式水電站,其前池容量應打破傳統的設計規定,盡可能擴大,建成具有日調節或不完全日調節眭能的前池,豐水期降低谷電系數,枯水期夜蓄日發,增加峰電電量。

設置電站運行自動并網裝置,提高并網速度減少空載水耗。現在建設的小型水電站,大部分都是與大網或地區小網聯網運行的電站。建成投運電站的并網操作,除了事關電站和電網的安全外,其上網的快慢,還直接關系到機組空載水耗的多少。而目前農村電站的運行人員,特別是新建電站的運行人員,操作水平還較低,手動并網時間一般都在分鐘左右,有的甚至需30分鐘才能并上,這就造成了無謂的水量浪費,影響電站的發電效益。由于徑流電站來水的不穩定(特別是枯水季節),開停機比較頻繁,這種浪費就更加明顯。而在電站建設時設置自動并網裝置(一般使用ZmQ系列自動準動期并網裝置即可),花費不多(每臺約500元),卻能有效地減少機組并網空載水耗。根據實際電站的情況來看,未設置自動并網裝置和設置自動并網裝置的電站作過統計對比為例,后者并網操作時間一般只需前者正常操作時的三分之一,節水效果明顯。有條件的電站,可選擇小型水電站計算機監控裝置,以進一步提高電站并網速度和電站生產的安全可靠性。

2 小型水電站改造中應注意的問題

上世紀六七十年代我國農村建造的小水電站大部份為孤立運行電站,其主要任務是就近解決當地農村、農民的生產生活用電問題,因此當時電站設計時取的是高保證率,發電設備利用小時高,電站裝機般都偏小,豐水期棄水較多。改革開放后,隨著我國電力工業的發展和電網的不斷完善,農村、農民用電已可由大網或地方電網解決,這些電站大都已由孤立運行變為并網運行,其任務已由保證當地農村、農民用電轉變為向大網或地方電網多供電。因此,原發電設備年利用小時較高的老電站可以進行擴機增容改造,以此來提高電站的來水利用率和經濟效益。但是,改造中必須根據電站所處地的氣象水文等條件,采用長系列水文資料,同時考慮當地年用電負荷的特點,合理確定電站設計保證率和發電設備年利用小時,并進行認真的技術經濟比較,切忌盲目從事,隨意擴大裝機容量,造成設備利用率過低,改造效益不明顯甚至下降。此外,改造中還應注意以下幾個問題。

必須重視電站輸水設施和機電設備的配套改造。機組擴容后,運行中須保證其引用流量的需要,因此,改造中切不可忽視電站輸水設施的改造。否則難于達到改造效果。

輸水設施改造,主要是對引水渠道和壓力管道的改造。

對引水渠道可采用:

擴機容量不大,引用流量增加不多的,為節省投資,可用降低渠道糙率的辦法來提高渠道的過水能力;

擴機容量較大,引用流量增加較多的,應采用拓寬或加高的辦法來擴大渠道過水斷面,確保改造后機組引用流量的需要。對壓力管道可采用:流量增加不多的,在復核流速在允許范圍內,水頭損失增加比例較小的,高水頭電站可不更換壓力水管,低水頭、大流量電站則需作進一步的比較論證,按投入產出比來確定是否更換;流量增加較多,復核流速超出允許范圍的,必須整體更換,其中對位處日夜溫差大的山區高水頭電站,最好用鋼制管取代水泥管,以提高壓力管道運行的可靠性。

改造中應盡可能采用新技術、新設備,避免以“舊”換舊。老水電站所使用的機電設備,目前大部份屬于淘汰產品,且經過多年的運行,存在機組效率低、安全性能差等毛病。因此,改造中切忌貪圖便宜而購買使用年限在20年以上,別的老電站換下的“二手貨”,以“舊”換舊,特別是關鍵設備水輪機,因其效率的高低直接關系到機組單位千瓦時水耗的大小,故改造中要盡量選擇目前效率較高的機型,以保證改造后電站的經濟效益。此外,有條件的電站,還可以采用小型電站計算機技術來提高電站的自動化水平,以適應電力生產科技發展的需要。

梯級電站改造,要考慮上、下級電站的流量適配,避免上級電站改造后增效,下級電站因棄水增加而減效。山區小流域梯級開發電站,下級電站的發電用水一般都來自上級電站發電尾水,上下級發電效益息息相關,因此這些電站擴容改造時必須考慮流域整體效益,統籌規劃,以避免水資源的浪費。但由于歷史的原因,建于20世紀六七十年代的電站,一般都是鄉或村集體建造,所有權相對獨立,電站利益各不相干,實際改造時往往只考慮電站的效果而忽視改造后對下級電站的影響,因此在梯級電站改造實例中,常出現上級電站改造后增了效,而下級電站因“吃”不了來水而減效,使得流域整體發電效益不增加或減少的現象。針對這一問題,可采用兩種方法來妥善處理梯級老電站擴容改造中兼顧小流域整體效益的問題:一是改變管理模式,采用股份制的方式組建小流域水力發電公司,對梯級電站統一管理、統一核算,改造時按上下級電站流量適配、流域整體效益最大的原則來制定最佳實施方案;二是不改變原有管理模式,采用工程措施,或上下級電站同時擴容,或由改造電站和下級電站共同投資,將改造電站尾水渠適當擴大為下級電站的蓄水調節池,以減少棄水,盡可能保證下級電站的發電效益。

對原選機型不合理的電站,應考慮更換機型,降低單位電能耗水量。某些老電站,由于當時技術和制造水平等原因,機型選擇不合理,造成效率低、耗水量大,電站效益得不到充分發揮。如原來20m以下中低水頭小型水電站,可選機型一般為軸流定漿式,該機型高效率區較窄,非額定出力時機組效率下降幅度較大,造成單位電能水耗大幅度增加,發電效益低。目前該水頭段可選機型除軸流定漿式外,還有貫流式機組(目前己較好地解決了機組密封止水和絕緣問題)和混流式機組可供選擇。因此,改造中應充分考慮這一因素,對于流量變化較大的引水式中低水頭徑流電站,經充分比較后以更換機型為好。

3 結語

近年來,經濟快速發展,受電力緊缺影響,再加上我國對環保能源開發的重視和小水電開發建設優惠政策的進一步落實,我國各地特別是水力資源豐富的山區縣市,掀起了一股開發建設小水電的熱潮。水電是一種清潔可再生能源,小水電的開發,不但能給山區群眾帶來經濟上的收益,加快脫貧致富步伐,而且能夠有效地促進當地生態環境的改善和保護。開發小水電,是山區經濟可持續發展的一條重要措施。

作者簡介:楊紅才(1997.06-)畢業于武漢水利電力大學,1997年7月開始在大理供電局從事大壩監測、安全管理工作,2004年從事水電站開發、施工、管理工作。