南非諾伊斯小水電工程的發展

[澳大利亞]　R.范德克萊 等

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設計與施工

南非諾伊斯小水電工程的發展

[澳大利亞]R.范德克萊 等

摘要：諾伊斯多目標應用的小水電工程是南非可再生能源獨立電力生產采購計劃框架下的第一座徑流式小水電站。簡要介紹了該電站的概況，闡述了該工程的技術特點與綜合效益，并明確了該工程的建設帶來的諸多益處，即為當地提供了穩定電力，促進了當地社會與經濟的快速發展，還為當地提供了稀缺的就業機會，可為其他小型水電項目的投資提供借鑒。

關鍵詞：小水電站；徑流式水電站；REIPPPP框架下施工技術；綜合效益；諾伊斯水電站；南非

1工程概況

諾伊斯(Neusberg)徑流式水電站位于南非北開普省卡卡馬斯(Kakamas)附近的奧蘭治(Orange)河上。該項目是在南非可再生能源獨立電力生產采購計劃框架(REIPPPP)下進行的，將為南非能源市場提供10 MW的電力基荷，相當于可為約5 000戶家庭提供充足電力。REIPPPP由能源部和財政部聯合制定，以便于政府實現3 725 MW的可再生能源發電裝機容量，旨在促進該國環境可持續發展和可再生能源產業的發展。

諾伊斯水電站裝機12 MW，主要利用奧蘭治河在滿足灌溉、魚梯以及環境需求流量外的剩余水量發電。該電站的建設施工對灌溉用水的供應無影響。電站2013年1月開工，2015年3月投運，由南非卡卡馬斯水電(KHEP)公司擁有。塔斯馬尼亞水電公司及其咨詢商安圖拉(Eutura)公司全程參與了諾伊斯水電站的設計施工過程，并將繼續為電站的后期運行維護提供服務。

鑒于南非水務與衛生部(DWS)和KHEP公司之間良好的合作關系，在實現流量測量和灌溉供水的同時，還確保將一部分水用作發電。KHEP為DWS和卡卡馬斯用水協會提供實時流量數據，以便利益相關者可實時了解電站運行狀況。

依靠奧蘭治河的灌溉用水，卡卡馬斯地區大力發展水果種植業。該河處于豐水期時，正值農作物收獲季節，農業企業的大型冷庫開始運行，諾伊斯水電站將能緩解用電需求高峰對當地電網帶來的巨大壓力，并確保對灌溉和其他用途的能源供應。

2技術特點

諾伊斯水電站安裝了3臺單機為4 010 kW的臥式轉槳式水輪發電機組，利用現有高10 m的諾伊斯壩形成的水頭發電，通過水庫將水分流到奧蘭治河左右河岸的灌渠。3臺機組設計利用凈水頭15.3 m，額定流量為30 m3/s。

該項目的重點工程包括1座長75 m的水下迷宮堰，堰頂高程低于水庫最低水位700 mm。水庫泄流處和1條長1 550 m的渠道連接，渠底寬7.7 m，開挖于堅硬巖層中，用混凝土襯砌，豐水期最大水深達7.5 m。洪水期，通過上游進水弧形閘門控制水庫泄流量，防止水庫水位降低太快。渠道通向1座大型前池，池內設有沖刷設備、進水閘門以及閘門前的攔污柵等。

6條4 m×4 m的鋼筋混凝土管道從前池取水口穿過灌溉渠道，為3臺機組供水。電站廠房長31.8 m、寬15.9 m，3臺機組安裝在廠房內深18 m的機窩內，機組周圍回填混凝土。

3條尾水管和長440 m、寬20~30 m的尾水渠連接，通過尾水渠將尾水排入奧蘭治河。尾水渠內的克倫普堰可在非洪水期測定水電站的流量。

每臺臥式轉槳式水輪機組裝有1個直徑為2.5 m、轉速750 r/min的轉輪，與1個變速箱和4 720 kVA WEG、6.6 kV發電機連接。電站向Eskom公司配電網輸電前，通過3座變電站將輸出電壓升至33 kV，再輸送至長21 km、33 kV的專用輸電線路。

該項目設計須確保以下幾點：①保證卡卡馬斯灌溉項目的供水；②保留諾伊斯壩作為測量站點的流量觀測功能；③建設活動對DWS以及用水協會建筑物的影響降至最小。最后一點尤為重要，灌溉渠道直接穿過電站廠房，除允許短暫斷流外，需保持水流不間斷。這需要在建筑物交叉位置增加1條臨時的PVC連接管道，使廠房和前池分2個階段修建。在電站廠房、取水口和引水管道建成后再恢復渠道，這樣前池建成后正好位于交叉處。

在諾伊斯水電站建設期間，采用許多創新設計，為業主節約了成本。設計創新主要包括以下幾個方面：①排水渠堰設計，在庫水位較低時，保證有足夠的水量進入引水渠；②引水渠優化，減少水頭損失和降低投資；③移除水輪機室地面上的構筑物，為大型設備進場提供便利，從而降低建設成本；④在尾水渠設置克倫普測流堰，滿足流量測量功能，設置柵欄，以防止魚類游向流入電站廠房的水流；⑤周密的建設計劃，以確保灌溉供水不間斷。

3工程效益

因發電量穩定，水電是一種極具吸引力的能源供應方式。一直以來，該地區主要依靠燃煤發電，這是其首次采用水力發電。根據與南非國家電力公司(Eskom)簽訂的購電協議，諾伊斯水電站將為KHEP提供20 a的收益。同時，該工程為當地社區提供急需電力，通過社區信托確保工程的資金分紅，并為偏遠地區的居民提供就業機會。

電站建設期間，約50%的建設者來自于卡卡馬斯或凱穆斯地區，其余來自海外分包商。在建設高峰期，超過350人在現場工作。當地企業也從電站建設中獲益，業主承諾將在南非購買商品和服務，建設期間，整個工程超過70%的消費發生在當地。該工程還將繼續促進該地區社會與經濟的快速發展。

REIPPPP歡迎當地社區及居民積極參與項目建設，以確保周邊社區能夠公平參與該計劃框架下的各個項目，以及當地社區在項目開發中獲得經濟效益。

REIPPPP還規定當地社區在項目中的所有權不得小于2.5%。塔斯馬尼亞水電公司將15%的所有權保留給項目所在地50 km范圍內的社區，并由南非工業開發公司平均分配出資數額。根據購電協議的條款，各社區將依據其所有權比例獲得相應的收益。

4結語

通過多年的努力，諾伊斯水電站按期完工。期間克服了一系列的挑戰，尤其是用水許可證申請、各所有權人之間的合作、土建和機電承包商之間的協調等。該工程還通過購買當地商品和服務支持當地企業的發展，當地社區占有的15%的股權將可確保其長期受益。

諾伊斯項目的成功建設重新喚起了對小水電項目作為可持續、可再生能源的投資興趣。REIPPPP提供了極具吸引力的稅收政策，小水電投資也將迎來快速發展。

駱雪方麗杰譯

(編輯：唐湘茜)

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中圖法分類號：TV747

文獻標志碼：A

文章編號：1006-0081(2016)02-0027-02

收稿日期：2016-01-04