法國羅訥河上的小水電開發

[法國 ]J.P.布瓦

蘇 燕 譯自英刊《水電與大壩》2009年第5期

為了促進可再生能源(RES)的開發并履行1997年 9月京都協議中的承諾,歐盟可再生資源的發電量必須從總耗電量的14%增長到22%。這就要求各個國家減少制度上的障礙,理順并改善管理程序。根據2005年7月13日頒布的法律,法國確定了目標,即到2010年,國內可再生能源發電量從耗電量的15%增長到21%。

為此,成立可再生能源部門并充分考慮環境需求是法國目前的一項首要任務。

根據歐盟水框架指令(WFD),制訂了水管理領域的公共政策,提出了水管理政策方面的主要革新,并鄭重承諾:到2015年,所有河道均達到優良水質標準。

法國水和水生環境法(LEMA)為所有利益相關者提供了法律依據,以確保適宜的水質并在2015年達到 WFD確定的目標。

羅訥河的目標是實現“良好的生態勢”,而 P.D.魯西永、棟澤爾、貝萊和布雷尼爾(Bregnier)-科登(Cordon)這些所謂的老羅訥河河段的目標則是實現“良好的生態狀況”。

CNR是法國主要的水電開發商,起著十分重要的作用。法國25%的電力由該公司提供。此外,從2002年起,該公司是法國唯一一家所有能源被認證為100%可再生能源的供電部門。

CNR意識到羅訥河流域經濟發展的重要性,并一直在努力改善其開展經濟活動所涉及地區的環境,它與法國政府共同承諾實施積極的改善環境措施。

CNR與當地利益相關者和政府合作,正在參與羅訥河水力和生態恢復10a計劃,2003年5月20日上羅訥河正式被納入該計劃。所有的合作者當天便簽定了旨在恢復老羅訥河生態和大量增加里昂河上游紹塔訥和貝萊壩址處儲備流量的公約。

LEMA法規(2006年12月 30日)水法第6條還規定了確保物種長期生存、移徒和繁殖的儲備流量。特別是羅訥河的最小流量不得低于其平均流量的5%。

該法規規定實現目標的最后期限為2014年1月1日。

這些協議對 9座隸屬 CNR的大壩造成了影響,其中,上羅訥河占2座,下羅訥河占7座。

在這些壩址處,與生態流量增加有關的電量損失如下:

(1)上羅訥河 88GW?h/a;

(2)下羅訥河284GW?h/a。

總計 372 GW?h/a,約為 CNR原發電量的2.5%。

最遲到2014年,水力和生態恢復10a計劃期間以及根據 LEMA羅訥河所采用的環境政策,將導致羅訥河上的所有電站的發電量相比原發電量減少2.5%左右。

1 CNR可再生能源的開發措施

為了限制發電潛能的損失,CNR正積極計劃通過建設小水電站來開發可再生能源。

計劃興建的這 9座小水電站將供電 391 GW?h/a:

(1)上羅訥河電站 61 GW?h/a;

(2)下羅訥河電站 330GW?h/a(根據最初假設,設計流量相當于河流平均流量的5%)。

利用這些環境流量運行小水電站,可補償環境流量增加所造成的能量損失。

因此,2008年7月,CNR向有關當局表示公司希望興建小水電站,意在維持當前的發電水平,實現水電潛能最大化并補償主要電站發電損失的目的。

建議在非典型壩址處興建小水電站,允許水輪機在 LEMA規定的最小流量下運行。

在具有戰略性生態重要地位的 P.D.魯西永和棟澤爾 -蒙德拉貢壩址處,其設計方案可以根據全球環境合作工程框架所確定的環境最小流量進行修改。

作為公司須履行的職責,CNR與羅訥河流域的主要成員合作,開始在紹塔訥和貝萊建設小水電站,并已就興建蒙特利馬和棟澤爾 -蒙德拉貢小水電站展開研究,工程已處于審批階段。還為 P.D.魯西永壩址規劃了1個小型方案。

另外,CNR還規劃在 B.L.諾伊夫、博查斯泰勒、L.瓦朗斯堡和瓦拉布格斯修建 4座水電站。

估計這一計劃的總投資額為2億歐元(不含稅)。

在上羅訥河(里昂河上游)已經啟動了這項開發計劃。下羅訥河河段的開發計劃及進度安排也已制定。

2 小水電站設計原則

2.1 總 則

為了優化施工,所有小水電站的基本設計都是標準化的,只有在必要時才做修改。

對于下羅訥河的7處壩址,設計流量設定為壩址處羅訥河平均流量的5%。

2.1.1 土建工程

只要可能,每座小水電站在主電站引水渠都設置了進水口,并在緊靠大壩下游處設置了尾水渠。這不但減少了相關工作量,而且從水力學觀點來看,這也是有益的。

這種布置可將漂浮物帶來的問題減至最小程度。電廠單元包括一道有支撐的混凝土側墻。上游進水口護坦有一20°左右的斜坡。側墻和鋼筋混凝土護坦一般設計為1 m厚。

由于建筑物內裝有2臺發電機組,考慮在進水口高程設置2 m厚的隔墻。進水口上端有一10m寬的平臺,便于操作攔污柵。

引水渠兩岸用錨固板樁建造。板樁的寬度根據平均流速1.2m/s計算得出。

緊接電廠內尾水渠段為板樁建造的1個連接段。

2.1.2 發電機組及其他機械設備

除了一座電站在下游裝備肘管 S形水輪機外,其他水輪機機組均為機坑式。

每臺機組由1臺軸流轉槳式水輪機或定槳式水輪機(具有固定葉片)組成,水平布置或略有傾斜,以較低轉速運行。水輪機和發電機之間有1臺倍速器。

2.2 魚類保護的相關建筑物

WFD中含有生態連續性的概念,魚類洄游是歐盟確定的一個戰略領域,特別是保護鰻魚。

CNR擁護保護魚類的政策,與其他各組織合作保護魚類。

由于興建小水電站,CNR提出建立合作關系,在某些戰略性壩址為洄游魚類(鯡魚、海七鰓鰻和鰻魚)修建過魚設施。

計劃采取的措施包括:

(1)結合羅訥河與德龍(Dr?me)河匯流處下游的幾個小水電工程建設,為魚類提供魚道和過魚裝置。這些工程是瓦拉布格斯、棟澤爾 -蒙德拉貢、蒙特利馬和羅吉斯 -諾伊夫工程。

(2)與下行移徒裝置有關的魚類攔擋系統集成在一些小水電工程中,如瓦拉布格斯、棟澤爾 -蒙德拉貢 、蒙特利馬和羅吉斯 -諾伊夫,以及博查斯泰勒和 L.瓦朗斯堡工程。

(3)目前,小柵格攔污柵被認為是最有效的。計劃末期興建的小水電將借鑒2009～2010年間魚類攔擋系統研究的成果。

3 上羅訥河小水電站

3.1 工程特征

貝萊工程(在建)和紹塔訥工程的特征值見表1。

表1 羅訥河貝萊工程和紹塔訥小水電工程的特征值

3.2 工程合同及進展

開展了環境影響研究以及根據性能數據征求公眾意見(包括環境研究評價)和建設許可的管理工作。2008年1月18日獲得建設審批。

紹塔訥小水電站始建于2008年春,目前仍在施工。為了優化各施工現場的物資供應和人員配置,貝萊工程的開發工作推遲 3個月。

這項工作基于2份分項合同,1份是現場土建工程合同,1份是機電設備供應合同。

紹塔訥工程建在深厚的河流冰川沖積層上。35m深處有一粘土層,因此,在沖積層內設計了一道混凝土墻以保護電站。

貝萊工程也是建在這種地質構造上,開挖底部有一層厚度不到 4m的粉質粘土材料。該粉質粘土層還包含一層地下水層,水層在厚約2m的粘土層下。采用了混凝土澆注墻技術,防護措施增強。

進水和泄水渠邊墻由板樁構成,其頂端錨固在反向板樁上。

目前,紹塔訥防滲鋪蓋已完工,正在澆筑混凝土水道;2009年11月底澆筑貝萊防滲鋪蓋。

施工正有序進行,2010年1月,紹塔訥工程開始安裝機座(機坑)、座環和尾水管鋼部件。

為了嵌入安裝上游攔污柵和圍堰、座環、下游閘門和圍堰所需的部件,墻體在水平校準時留有凹槽。

由于成本的原因,用支撐和臨時錨桿保證施工階段開挖工程的臨時穩定性。

在貝萊工地,粉砂層已經排水,連續進行壓力監測以確保有效排水。

用自澆混凝土對水力通道的特別加強部件進行灌漿。