厄瓜多爾計劃在保特河上興建索布拉電站

[厄瓜多爾]C.D.哈科梅 F.哈拉

劉洪斌 譯自英刊《水電與大壩》2009年第 3期

2009年5月底,厄瓜多爾電力公司(CELEC SA)就融資興建索布拉電站進行了公開招標。CELEC SA享有興建保特綜合利用水電樞紐的特許權,該樞紐包括 4座電站:馬扎爾(Mazar)電站(163 MW)、莫利諾(Molino)電站(1075 MW)、索布拉電站(487 MW)和卡爾德尼洛(Cardenillo)電站(500MW)。所有這些電站都建在或將建在厄瓜多爾西南部、距昆卡(Cuenca)市約100km的保特(Paute)河上。為招標準備的基本設計已由工程咨詢集團完成,該集團由巴西萊馬公司、厄瓜多爾 Cam inosca公司、法國科因 -貝利埃公司和智利 MN公司組成。設計考慮了許多重要技術問題。

馬扎爾電站(將于2010年投入運行)和莫利諾電站(已于1982年投運)均有一座水庫。下游電站,即索布拉電站(即將招標)和卡爾德尼洛電站(設計中)將利用上游電站下泄的流量發電(表1和圖1)。目前,唯一運行的水電工程是莫利諾電站,在2008年,它是為厄瓜多爾供電的主要電站,所提供的電力占全國總耗電量的 38%。

馬扎爾水電工程(在建)在莫利諾電站上游,始建于2005年 4月。該工程將增強系統的調節容量。其主要建筑物是160m高的混凝土面板堆石壩,坐落在不對稱河谷上(特征值 A/H2=1.89,式中 A為混凝土面板面積,H為壩高)。正在地下廠房安裝2臺81.5MW混流式水輪發電機機組。

1 新開發工程

開發的索布拉水電工程的高程在1314 m與929m之間,目前正處于研究之中。該工程將在總水頭 385m下運行,利用2條保特 -莫利諾尾水隧洞的水流發電 (圖2)。

由于地形復雜,山高坡陡,存在巖坡失穩問題,因此除交通道路以外,所有工程均設計在地下。其主要技術特征見表2。

除以下區域外,就地質學的觀點來說,隧洞和廠房所處地區的巖石材料是穩定的:

(1)已證明,約有1/3長的隧洞存在不確定性,可能需要進行重型支護(鋼支架、錨桿、鋼絲網、噴混凝土和移除松動巖石);

(2)保特河底下的水下跨河洞段,這一洞段必須設在 40m或更深處的含有大塊石的沖積河床材料內。

位于保特河左岸的保特 -索布拉電站進水口包括:

(1)始于莫利諾電站尾水隧洞的隧道掘進系統;

(2)位于洞室內的連接莫利諾電站與索布拉電站的互連室;

圖1 馬扎爾-莫利諾-索布拉-卡爾德尼洛梯級電站

表1 馬扎爾、莫利諾和索布拉水電站主要特征

圖2 索布拉電站設計示意

表2 索布拉電站主要建筑物

(3)將互連室與上游引水隧洞連接起來的垂直豎井。

索布拉引水工程包括:

(1)引水隧洞,它包括保特河下貫通左右岸的橫穿隧洞;

(2)上游調壓豎井,下端有一個束窄孔口,上部為坡度13%的閘室;

(3)20m長、2m高的攔石坑;

(4)水平和垂直跨度的壓力鋼管;

(5)直徑4.7、3.8 m和2.9m的多叉管。

始于水輪機尾水管的索布拉尾水設施包括:

(1)下調壓井,位于與地下廠房平行的洞室內;

(2)尾水隧洞;

(3)將水回泄到保特河的泄水建筑物,距保特河與卡爾德尼洛河流匯合處上游500m。

利用現有的 Guarumales-Mendez E40國家級公路可通往工地。2條進場交通公路由這條國家公路分岔,1條通向開關站區,另1條通向尾水隧洞工地。這2條公路目前正在施工中,預計可在電站主體工程計劃開工日期以前完工。

由于植被遮蔽了陡坡和復雜的地形,導致公路路線的選擇和公路設計過程很復雜。

該地區多霧和多雨天氣使進場公路施工受到影響。

2 裝機容量的優化

對于索布拉工程而言,選擇最佳裝機容量是 3期工程設計第2階段的目標。

在這一過程中,對于沖擊式水輪機和混流式水輪機,水力系統是根據100～200m3/s的5種設計流量設計的。針對每種方案,對每座建筑物的設備和土建工程都進行了設計,以獲得建筑工程量清單和總工程費用。還確定了運行費用和維護費用。同時在考慮了從哥倫比亞輸入電力的情況下,通過模擬所有現有電站和將來電站的小時經濟調度進行了效益計算(出售電力)及經濟分析。考慮了將保特樞紐作為峰荷電站樞紐和馬扎爾水庫、莫利諾水庫(阿馬魯扎水庫)的優化調度。這些模擬為決策的制定提供了經濟參數。

研究推薦設計流量為150m3/s,這是根據 3臺混流式水輪機的總裝機容量為 487 MW來確定的。

3 互連系統

為了獲得最大回報和確保工程安全,該設計主要的難題之一是莫利諾電站與索布拉電站的連接設計。建筑物所處的地形和地質環境對以合理的造價修建一座大壩并將莫利諾電站泄放的尾水引到索布拉電站十分不利。

為此,選擇了直接連接方式。互連建筑將攔截莫利諾電站排泄的尾水(攔截位置在目前尾水回放到保特河的那一點的上游),并將其引入左岸的地下壓力洞室或互連室。由于索布拉工程位于右岸,碰到一個新難題,因為水下跨河洞段必須建在狹窄而陡峭的河段,地質調查表明,該河段存在塊狀沖積基巖材料,厚度超過100m。

在這種情況下,互連建筑物成為咨詢公司、承包商、電站控制設備制造商的一個具有挑戰性的問題,因為互連室內可供兩座電站同步調度的水量較少。為了進行水力設計,必須開發合適的軟件,以確保精確模擬整個水力系統的工況。目前,已通過1∶20物理模型試驗修改了最終布置。

為了進行土工設計,進行了詳細地質勘測,這種勘測需要攀山設備。除了用于工程可行性設計階段的鉆孔外,還打了更多鉆孔。在一些地方必須使用直升機運輸鉆孔設備。

除了索布拉工程的具體設計(包括電站的機電、控制設備)外,還研究了包括索布拉和卡爾德尼洛工程之間采用的互連方法(或者是利用一座大壩,或者是用諸如為莫利諾 -索布拉工程交界面設計的那種互連系統),結果表明,即使可以利用莫利諾(阿馬魯扎)壩與索布拉泄水建筑物之間的區間入流,建一座壩的投資回報率仍然較低,因此推薦采用互連系統方案,該方案還可避免大壩對環境的影響。

4 工程招標

索布拉水電工程投運后將給厄瓜多爾帶來巨大效益,因此得到政府贊同。業已完成的基本設計的有效性、可靠的工程量清單以及詳細的技術規范(當前世界上只有極少數工程具備這些條件)將會使施工期間的意外風險減至最小,投標人可在維護其自身利益的前提下提交具有競爭力的報價。

CELEC SA經濟利益也應得到切實保障,因為預計施工期間工程量清單會發生少量的改變,這可能造成費用增加。CELEC SA即將發出的招標要求報價包括用于工程投資的長期貸款。