印度尼西亞卡雷貝工程概況

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1 概 述

經過大量的可行性研究和規劃，在遵循印度尼西亞有關法律法規要求的前提下，2011年年底，卡雷貝(Karebbe)壩投入運行。該工程裝機容量90 MW，年發電量736 GW·h，工程可向印度尼西亞國際鎳業公司的鎳礦冶煉提供充足的電力，同時可造福于公司員工和周邊的社區。

工程選址在蘇拉威西島南部的東魯勿地區(Luwu Timur)，該地區有3個相互連通的湖泊，水流流入拉羅納(Larona)河后最終匯入烏蘇(Ussu)灣。該地區總面積約為2 800 km2，是重要的雨水集水區。

卡雷貝壩建在拉羅納河上，距蘇拉威西省以南的卡雷貝·哈姆雷特( Karebbe Hamlet)河上游約2 km。源頭來自3個湖泊，分別為馬塔諾(Matano)湖(海拔390)、馬哈羅納(Mahalona) 湖(海拔325)和托武蒂(Towuti)湖 (海拔320)。大壩建在現有兩座梯級大壩巴都貝西(Batubesi)壩和巴蘭巴諾(Balambano)壩的下游。巴蘭巴諾壩位于卡雷貝壩上游約5 km處，而巴都貝西壩約在卡雷貝壩上游20 km處，這3座大壩都是印度尼西亞國際鎳業公司為其煉鎳廠而修建的。

1995年，卡雷貝壩與巴蘭巴諾壩的可行性研究同時開展，由PWR咨詢公司負責完成。2003～2004年，重新計算了建設成本，更新了水文資料，并對下游河段進行了整治和恢復，隨后對設計方案進行了改進。

根據最初設計，卡雷貝壩高66 m，為碾壓混凝土壩，在壩體中設有一溢洪道，溢洪道以下、壩體內建有一廠房，廠房安裝有兩臺水輪發電機，其裝機容量為2×65 MW。2009年12月，承包方施工受阻，受空間限制，廠房內發電設備的配置出現問題。為解決這一問題，專家建議在幾處用低水泥用量的常規混凝土(L-LVC)來代替原設計中的RCC。卡雷貝壩技術參數如下。

水庫

集水面積:53.4 km2

最大庫容 (FSL):2 200萬m3

死庫容:1 203萬km3

最高設計洪水位:85.6 m

2010年校核的最高洪水位:88.2 m

正常水位(FSL):79 m

正常運行的最低水位(MOL-N):77.5 m

最低水位(MOL-Min):76 m

壩前泥沙淤積設計高程:26 m

正常水位時淹沒面積(FSL):62.4 hm2

年平均入流量:154 m3/s

大壩

類型:混合混凝土(碾壓混凝土-低水泥用量混凝土)

壩頂最低高程:79.5 m

河床高程:12.6 m

基礎最深處高程:5.5 m(趾板)

壩頂長度:202 m

壩頂最小寬度:6 m

從河床到壩頂高度:66.9 m

壩高:79 m

溢洪道

總數量:3座(1座運行溢洪道，2座備用溢洪道)

入流量(最大可能洪水流量)

2010年驗算結果:6 900 m3/s

出流量(最大可能洪水流量)

2010年驗算結果:6 830 m3/s

工程建設方印度尼西亞國際鎳業公司擁有多個裝備有水輪發電機組、火電發電機組和柴油發電機組的發電廠房。目前，公司除卡雷貝電站以外還擁有2座水電站，1座是配有3×65 MW 混流式機組的拉羅納電站，每臺機組連續發電能力為55 MW。另一座是裝有2×70 MW 混流式機組的巴蘭巴諾電站，每臺機組連續發電能力也為55 MW。

在今后的5 a內，印度尼西亞國際鎳業公司將通過一系列戰略性工程來提高年發電量。這將保障巴胡多皮(Bahudopi)新增的熔鎳爐和煉鎳廠的電力供應，目標是使鎳的總產量達到12萬t。

2 工程效益

工程的各種效益如下：

(1) 增加了發電量，達到了生產鎳所需要的增加裝機370 MW的目標。

(2) 利用水力發電，生產成本低。

(3) 卡雷貝工程將使鎳的生產成本降低，例如，生產1磅(0.000 454 t)鎳銃，采用火力發電需要2.06美元，而采用水力發電，生產同樣數量鎳銃成本只需1美分。

(4) 卡雷貝工程電站增容130 MW，公司每年將因此而額外獲得約736 GW·h的發電量。

(5) 目前，印度尼西亞國際鎳業公司通過國家電力公司為當地社區提供5 MW的電力。按照印度尼西亞國際鎳業公司和東魯爾地區政府在合作備忘錄中達成的協議，卡雷貝電站將向東魯勿地區政府提供3 MW的額外電量。

(6) 利用可再生的水力資源為采礦業提供電力，可以降低發電所需的燃料消耗。而且每年可以減少碳排放約50萬t，響應了政府的節能減排號召。

(7) 卡雷貝工程的實施，預計每年可節省1 300萬桶的高硫燃油(HSFO)和大約30億L的柴油。

在卡雷貝工程規劃設計階段，開發商就獲得了所有相關許可并滿足了其他有關要求。

3 大壩建設成本

卡雷貝壩于2004年動工， 2006年1月由于許可審批問題而停工，直到2007年10月才恢復施工。工程最初預算為1.513億美元，后來又經過2次修改。2006年5月進行了第1次修改，預算達到2.517億美元，比最初的預算提高了66%。在第2次修改中，預算資金在第1次修改的基礎上再上漲63%，最終以4.1億美元達成協議，并于2008年1月獲批。這些費用包括辦理許可證期間中斷施工而造成的誤工費、不可預見費用，以及購置和更換設備的費用。

2009年11月，印度尼西亞國際鎳業公司作為授權的貸方，同日本三菱東京日聯銀行簽署了3億美元高級設備出口協議。日本瑞穗實業銀行為出借人和設備主要代理商，淡水河谷公司為擔保方。聯合銀行作為副代理商。出口設備需承擔6個月的拆放款利率加上1.5%年息。本金償還期限為7 a，起始時間為2012年2月。

工程于2011年9月竣工并全面投入運行。附加工程和后續工作也相繼開展，總費用150萬美元。此外，每年還有150萬美元的運行和維修費，其中包括為保障大壩安全而開展的維修工作、設備維護及運行等所涉及的費用。

4 設計方法與標準

卡雷貝壩最初由蘭萬靈公司起草設計，其中大壩、溢洪道和分流系統的設計概念都與巴蘭巴諾壩相似。RCC壩選用的骨料源自壩址附近采石場的橄欖巖。大壩上游面設計成垂直狀，并由土工膜襯砌。溢洪道由受3條弧形閘門控制的泄流槽構成，與壩體成為一體，閘門布置在泄流槽上方。通過一條直徑為6.4 m的混凝土襯砌的導流渠和高20 m的RCC上游圍堰進行導流，導流流量為500 m3/s。早期建造的初級圍堰為后來修建碾壓混凝土圍堰打下了基礎。到2003年，設計方法和標準被進一步審核，作出的設計變更如下：

(1) 將尾水渠挖深，以增加水輪發電機的容量。

(2) 將發電機布置在溢洪道正下方，配有水電設備。

(3) 將導流設施改為明渠和涵洞。

(4) 拆除3條溢洪道中的2條，以增大排泄量。

(5) 將導流渠改為導流隧洞。

(6) 將大壩導流建筑材料由RCC變為L-CVC。

(7) 將主壩的建筑材料由RCC變為L-CVC。

(8) 改進帷幕灌漿設備。

(9) 在壩段3處修建一交通隧洞。

(10) 修改了設計洪水標準。

5 壩體變形分析

經評價，壩體自重和蓄水荷載可造成卡雷貝壩的基礎結構變形。水庫上游的靜壓力可造成壩體下游面方向的變形。地震活動可造成壩體永久性變形。

5.1 由荷載引起的變形

借助CADAM軟件，采用有限元法，對荷載造成的壩身垂直和水平變形進行了二維分析。

通過測量安放在壩頂和壩肩處的標志樁，以及分布在壩段接縫處的銷子等參照測點的移動情況，對變形分析結果進行控制。

5.2 與地震相關的變形

由地震引起的變形，借助CADAM軟件，采用因素分析法進行分析。用于計算由地震活動造成的永久變形的地震荷載基于FSL蓄水高度和最大可信地震值得出。

計算地震荷載的最大復合荷載，采用設計基礎地震公式，這種百年一遇的地震出現的可能性為50%，地震地面運動最大加速度取0.24 g。計算極端綜合作用情況下的地震荷載，采用最大可信地震公式，地震地面運動最大加速度取0.45 g。

5.3 變形情況評價

盡管對地震引起的變形進行了分析計算，但其結果并未記錄在設計報告中或研究材料中。大壩的安全界限取決于最大變形結果，且不超過50%的保證率。而大壩的設計規范中還提到允許大壩出現漫頂，因為大壩的結構穩定性分析結果表明，在漫頂情況下大壩依然安全。

6 滲流與揚壓力

大壩上游面鋪設了一層Carpi防滲膜，防滲效果良好。在每個壩段還設計了垂直排水，以降低揚壓力。因此，實際的揚壓力可忽略不計。然而，在壩體穩定性分析計算中，還是考慮了揚壓力。

7 結 語

卡雷貝電站落成之后，拉羅納河流域總水電裝機容量達到365 MW，促進了鎳的生產，使鎳產量在今后5 a內能夠實現12萬t的目標。

隨著卡雷貝項目的成功實施，今后5 a內該地區將追加投資20億美元，這將有助于改善拉羅納河流域與東魯勿地區的經濟狀況和當地居民的生活水平。

(孟令欽朱曉紅編譯)