危地馬拉喬洛馬創(chuàng)新性小水電工程

[危地馬拉] J.克雷勒 等

危地馬拉喬洛馬創(chuàng)新性小水電工程

[危地馬拉] J.克雷勒 等

在危地馬拉喬洛馬河上進行水電開發(fā)沒有適合建壩的壩基條件，為此，開發(fā)商制備了一巨大的鋼制水箱充當蓄水水庫，以容納多條小河的來水。利用該水箱，危地馬拉日峰荷時段每天可4 h近滿負荷發(fā)電。介紹了具有創(chuàng)新性的喬洛馬水電工程的設計與施工過程。

小水電;創(chuàng)新性;危地馬拉

在危地馬拉東北部圣克魯斯山(Santa Cruz Mountains)山坡的一村莊附近，具有豐富經驗的水電開發(fā)商——喬洛馬水電(Choloma)公司，發(fā)現了當地極具水電開發(fā)潛力的一瀑布，其近 500 m的落差為建水電站的理想水頭。不過該地區(qū)主要的水源為喬洛馬河，可用水頭的裝機充其量只不過是3～4 MW，經濟上并不可行。

其他幾條很小的河，朝喬洛馬河以西6 km順流而下。如建水電站，可在6條小溪上建6個進水口，并讓水流沿6 km長的HDPE(高密度聚乙烯)管線(直徑7.2～14.4 m)、穿過蜿蜒的碎石路坡匯集在一起。此方案的初衷是采用所有小水庫(水壩可作為工程的渠首)匯集的水發(fā)電。通過水力學計算，確定壩頂高程為647 m，因此，喬洛馬河為建電站的唯一適合位置。 土工勘查表明，此處建壩的基礎條件很差，沒有基巖，只有大量的粘土、砂和地下水。針對這一情況，開發(fā)商提出了一種方案：清理出附近山脊的一個場地，爆破方式開出基巖，并在647 m高程上建一個巨大的鋼水箱，擬定水箱的直徑為60 m，高約10 m。 如此大的水箱可謂當時中美洲最大的鋼水箱(見圖1)。電站廠房裝一臺9.7 MW的雙噴嘴沖擊式水輪發(fā)電機組。水庫有效庫容為 2萬 m3，運用該水箱，能每天在危地馬拉日峰荷時段4 h近滿負荷發(fā)電，即使在旱季也是如此。在旱季，電站每天只能從下午6時至10時運行，然后關閉電站，給水箱充水。在雨季，電站可整天滿負荷運行。

1 開發(fā)詳情

2010年，喬洛馬水電公司的副總裁R.雅各布與美國華盛頓西雅圖的EESC咨詢公司簽署了一項設計治理方案的合同，即如何在擬建的工程場地以西約6 km范圍內治理流經幾條小河的水。兩家公司共同開發(fā)了一項設計方案，在6條小溪上建6座小壩，布置6個進水口。水沿6 km長的HDPE(高密度聚乙烯)管線，穿過蜿蜒的碎石路坡匯集在一起。有了水源，就可建成9.7 MW的電站而得到經濟且潔凈的能源，甚至在峰荷時都可為危地馬拉的電網助一臂之力。

此方案的初衷是匯集所有小水庫(水壩可作為工程的渠首)的水，而水壩攔蓄的水庫，其容量需使電站在水庫蓄滿一整天而達到充足的蓄水量時滿負荷地運行。這樣，電站就可以實現4 h的日峰荷運行，即使在旱季也是如此。對進水口和集水管位置進行的水力學計算表明，壩頂高程應為647 m，因此唯一適合建壩的壩址是在喬洛馬河。但遺憾的是沒有適合建壩的壩基條件。喬洛馬水電公司研究人員并沒有因這些困難而停滯不前，而是提出了為電站蓄水的另一解決方案。

方案如上所述，由TIPIC SA (中美洲最大的鋼水箱制造商)制備一直徑60 m、高10.5 m的水箱。這是中美洲最大的鋼水箱，用它作為工程的水庫，容納來自攔蓄6條小河的水庫的水。通過長2 950 m、直徑12.5 m的管道將水從水箱輸送到電站，管道沿陡坡敷設，下至460 m處的電站廠房。管道施工采用纜索式起重機，將鋼管沿陡坡自下而上吊裝敷設。工程總承包商CONASA負責建壓力鋼管和電站廠房，并負責敷設沿路管線。電站裝有一臺9.7 MW的雙噴嘴沖擊式水輪機組，于2011年10月 5日投運。

2 別具一格的創(chuàng)新工程

從小水電工程來看，喬洛馬工程是相當復雜的。材料得從美國、法國和英國訂購和運送；發(fā)電機和水輪機機殼等大重型部件，以及成百上千種管材，都必須十分小心地運過小木橋和窄壁陡巖的礫石路。約180車的鋼管，得從大西洋港口進口到工地；水輪機機殼(18 t)、發(fā)電機轉子(22 t)和定子(29 t)等重要大型部件，必須極小心地運輸。

必須監(jiān)測6條小河的水流情況，將水匯集并輸送到水箱。必須仔細地監(jiān)控水箱水位，防止水溢出，但要確保水滿箱，為峰荷運行做好準備。盡管該電站位于危地馬拉的鄉(xiāng)村叢林中，但電站完全是通過計算機編程邏輯控制器(PLCs)控制的。電站設備控制系統(tǒng)和廠房內的PLCs保護繼電器與光纖局域網互連。電站還通過衛(wèi)星線路連接至因特網，因此在危地馬拉城乃至美國，都可實現遠距離監(jiān)控，例如，如果需要，阿爾斯通電力公司可改動該電站的控制系統(tǒng)程序。

3 注重環(huán)境

喬洛馬水電工程使用的是可再生資源，不會對全球氣侯變暖有更多的影響，發(fā)電時也不產生二氧化碳。電站在設計上都超過了保護鄉(xiāng)村地區(qū)的標準，對環(huán)境的不利影響已減至最低。

例如，6座小壩和進水口，各自都從上游很小的范圍匯水，形成一小水塘，其中3個水塘的面積均小于0.1 hm2, 因此涉及影響的區(qū)域非常小。

工程開發(fā)商已完成了環(huán)境影響研究，以幫助確定和減小對魚類和野生動植物的影響。6座小壩全都位于各溪流瀑布的上游，不會對旅游和漁業(yè)生產造成影響。

4 工程經驗與效益

已完建的喬洛馬工程目前運行良好，并引發(fā)了連鎖反應。TIPIC報告指出，工程采用的水箱結構是一種創(chuàng)新的思路，中美洲的其他開發(fā)商也對這一技術展開研究，以在其工程中加以利用。盡管水箱不像水電站水庫那樣常見，但它在適合的環(huán)境下，能以成本比傳統(tǒng)大壩水庫低的情況下更好地滿足日峰荷需求。基于喬洛馬電站的運行經驗，利用水箱來獲取高水頭，人們正在研究枯水期的發(fā)電方案。借用這種方案來解決枯水期的發(fā)電問題應該是可行的。

危地馬拉以前的工程還沒有廣泛運用HDPE管線。由于HDPE管運用靈活，現場焊接方便，造價低等優(yōu)點，使得HDPE管制造商在危地馬拉和鄰國哥斯達黎加的其他水電站開發(fā)中贏得了市場。

該小水電工程還為當地創(chuàng)造了大量的就業(yè)機會，一年可雇用當地400人以上，并為極其蕭條的經濟注入了所需的資金。

5 結 語

喬洛馬工程的設計與施工滿足國際通行的“綠色電力”的標準。該工程的建成，不僅有助于危地馬拉當地居民，同時通過取代燃燒煤和石油產品這兩大主要的電力來源，減少了溫室氣體的生產。喬洛馬工程例證了是如何通過創(chuàng)新與協(xié)調配合來創(chuàng)建一個造福于當地居民，并有利于環(huán)保的別具一格的工程。

喬洛馬電站自從2011年第三季度開始投運以來，運行狀況良好，并吸引了大量的游客到工地旅游參觀。電站在發(fā)電的同時，幫助當地居民解決了環(huán)境問題，促進了當地的經濟、就業(yè)、教育的發(fā)展甚至生活質量的提高。

(郭 欣 付湘寧 編譯)

2015-01-30

設計與施工

1006-0081(2015)03-0017-02

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