厄瓜多爾計(jì)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(jìn)行了公開招標(biāo)。CELEC SA享有興建保特綜合利用水電樞紐的特許權(quán),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?qū)⒔ㄔ诙蚬隙酄栁髂喜俊⒕嗬タ?Cuenca)市約100km的保特(Paute)河上。為招標(biāo)準(zhǔn)備的基本設(shè)計(jì)已由工程咨詢集團(tuán)完成,該集團(tuán)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(shè)計(jì)考慮了許多重要技術(shù)問題。

馬扎爾電站(將于2010年投入運(yùn)行)和莫利諾電站(已于1982年投運(yùn))均有一座水庫。下游電站,即索布拉電站(即將招標(biāo))和卡爾德尼洛電站(設(shè)計(jì)中)將利用上游電站下泄的流量發(fā)電(表1和圖1)。目前,唯一運(yùn)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(qiáng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)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(tái)81.5MW混流式水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組。

1 新開發(fā)工程

開發(fā)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(yùn)行,利用2條保特 -莫利諾尾水隧洞的水流發(fā)電 (圖2)。

由于地形復(fù)雜,山高坡陡,存在巖坡失穩(wěn)問題,因此除交通道路以外,所有工程均設(shè)計(jì)在地下。其主要技術(shù)特征見表2。

除以下區(qū)域外,就地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)來說,隧洞和廠房所處地區(qū)的巖石材料是穩(wěn)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(jìn)行重型支護(hù)(鋼支架、錨桿、鋼絲網(wǎng)、噴混凝土和移除松動(dòng)巖石);

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

位于保特河左岸的保特 -索布拉電站進(jìn)水口包括:

(1)始于莫利諾電站尾水隧洞的隧道掘進(jìn)系統(tǒng);

(2)位于洞室內(nèi)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(shè)計(jì)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(diào)壓豎井,下端有一個(gè)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(jī)尾水管的索布拉尾水設(shè)施包括:

(1)下調(diào)壓井,位于與地下廠房平行的洞室內(nèi);

(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(xiàn)有的 Guarumales-Mendez E40國家級公路可通往工地。2條進(jìn)場交通公路由這條國家公路分岔,1條通向開關(guān)站區(qū),另1條通向尾水隧洞工地。這2條公路目前正在施工中,預(yù)計(jì)可在電站主體工程計(jì)劃開工日期以前完工。

由于植被遮蔽了陡坡和復(fù)雜的地形,導(dǎo)致公路路線的選擇和公路設(shè)計(jì)過程很復(fù)雜。

該地區(qū)多霧和多雨天氣使進(jìn)場公路施工受到影響。

2 裝機(jī)容量的優(yōu)化

對于索布拉工程而言,選擇最佳裝機(jī)容量是 3期工程設(shè)計(jì)第2階段的目標(biāo)。

在這一過程中,對于沖擊式水輪機(jī)和混流式水輪機(jī),水力系統(tǒng)是根據(jù)100～200m3/s的5種設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)的。針對每種方案,對每座建筑物的設(shè)備和土建工程都進(jìn)行了設(shè)計(jì),以獲得建筑工程量清單和總工程費(fèi)用。還確定了運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)在考慮了從哥倫比亞輸入電力的情況下,通過模擬所有現(xiàn)有電站和將來電站的小時(shí)經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行了效益計(jì)算(出售電力)及經(jīng)濟(jì)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(yōu)化調(diào)度。這些模擬為決策的制定提供了經(jīng)濟(jì)參數(shù)。

研究推薦設(shè)計(jì)流量為150m3/s,這是根據(jù) 3臺(tái)混流式水輪機(jī)的總裝機(jī)容量為 487 MW來確定的。

3 互連系統(tǒng)

為了獲得最大回報(bào)和確保工程安全,該設(shè)計(jì)主要的難題之一是莫利諾電站與索布拉電站的連接設(shè)計(jì)。建筑物所處的地形和地質(zhì)環(huán)境對以合理的造價(jià)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(diǎn)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(gè)新難題,因?yàn)樗驴绾佣炊伪仨毥ㄔ讵M窄而陡峭的河段,地質(zhì)調(diào)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(shè)備制造商的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題,因?yàn)榛ミB室內(nèi)可供兩座電站同步調(diào)度的水量較少。為了進(jìn)行水力設(shè)計(jì),必須開發(fā)合適的軟件,以確保精確模擬整個(gè)水力系統(tǒng)的工況。目前,已通過1∶20物理模型試驗(yàn)修改了最終布置。

為了進(jìn)行土工設(shè)計(jì),進(jìn)行了詳細(xì)地質(zhì)勘測,這種勘測需要攀山設(shè)備。除了用于工程可行性設(shè)計(jì)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(jī)運(yùn)輸鉆孔設(shè)備。

除了索布拉工程的具體設(shè)計(jì)(包括電站的機(jī)電、控制設(shè)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(shè)計(jì)的那種互連系統(tǒng)),結(jié)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(qū)間入流,建一座壩的投資回報(bào)率仍然較低,因此推薦采用互連系統(tǒng)方案,該方案還可避免大壩對環(huán)境的影響。

4 工程招標(biāo)

索布拉水電工程投運(yùn)后將給厄瓜多爾帶來巨大效益,因此得到政府贊同。業(yè)已完成的基本設(shè)計(jì)的有效性、可靠的工程量清單以及詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范(當(dāng)前世界上只有極少數(shù)工程具備這些條件)將會(huì)使施工期間的意外風(fēng)險(xiǎn)減至最小,投標(biāo)人可在維護(hù)其自身利益的前提下提交具有競爭力的報(bào)價(jià)。

CELEC SA經(jīng)濟(jì)利益也應(yīng)得到切實(shí)保障,因?yàn)轭A(yù)計(jì)施工期間工程量清單會(huì)發(fā)生少量的改變,這可能造成費(fèi)用增加。CELEC SA即將發(fā)出的招標(biāo)要求報(bào)價(jià)包括用于工程投資的長期貸款。