水电规划与工程设计技术 - 工程设计

作者:一分快三

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新华社成都3月27日电雅砻江流域最末级的桐子林水电站最后一台机组于27日正式投产运行。这标志着我国第三大水电基地的下游水能资源开发全面完成,五大梯级电站总装机达1470万千瓦,成为国家“西电东送”的重要骨干电源点之一,今后每年可外送650亿千瓦时清洁电能至川渝和华东地区。

1雅砻江流域概况

5月14日,水电七局承建的国内首个百万千瓦级EPC水电项目——杨房沟水电站首台机组总重147吨座环吊装就位。

桐子林电站位于四川省攀枝花市盐边县境内,距离其下游的雅砻江与金沙江交汇口15公里,于2010年10月正式开工,去年10月实现首批机组发电。随着桐子林电站最后一台15万千瓦机组正式并网发电,雅砻江流域下游水力开发全面完成。

雅砻江系金沙江的最大支流,发源于青海省玉树县境内的巴颜喀拉山南麓,自西北向东南流经甘孜、凉山两州,在攀枝花市的裸果注入金沙江。从河源至江口,干流全长1571km,流域面积约13.6万k㎡,天然落差3830m,河口多年平均流量1890m3/s,年径流量596亿m3。

吊装前,水电七局•华东院设计施工总承包部、长江委监理中心、雅砻江公司杨房沟管理局参建单位联合组织召开专题会议,对座环吊装方案进行讨论,分析吊装过程中可能出现的安全风险;同时对吊装设备进行全面检查,并制定相应的应对措施,现场对施工人员进行层层技术交底,周密部署,为座环顺利吊装提供了有力保障。

雅砻江干流是我国第三大水电基地,规划总装机容量约3000万千瓦。1991年,位于雅砻江下游的二滩水电站启动建设,这是雅砻江流域首个开发的梯级水电站,也是上世纪我国建成投产的最大电站。2005年以后,锦屏一级、锦屏二级、官地、桐子林等四座电站相继开工。

雅砻江流域地处青藏高原东南部,位于金沙江和大渡河之间,为一南北长约950km,东西平均宽约135km的狭长地带。河系为羽状发育。流域东、北、西三面大部分为海拔4000m以上的高山包围,山脉走向除河源分水岭巴颜喀拉山为东西走向外,其余大多为南北走向。雅砻江河道下切十分强烈,沿河岭谷高差悬殊,相对高差一般在500~1500m。

为了保证座环组装质量,水电七局机电金结安装工区成立了“党员先锋号”创建小组,积极主动解决施工过程中存在的重重困难,并制定科学合理的施工方案,严格监督执行作业指导书、焊接工艺规程进行施工;经组装、精调、焊接、焊缝消氢处理等各工序的精心作业,最终座环内径、水平及高程精度均一次性达到了设计规范要求,为下一步创建质量样板工程、精品工程打下了坚实的基础。

在此期间,开发主体雅砻江流域水电开发有限公司与众多参建单位一道,攻克了多项水电行业的世界级难题,其中,锦屏一级水电站拥有305米世界最高拱坝,锦屏二级水电站拥有世界最大规模引水隧洞群,有力推动了我国水电开发的建管水平。利用锦屏电站的地下洞室群,雅砻江公司还与清华大学合作建设目前国际上岩石覆盖最深的“中国锦屏地下实验室”,已成为我国当前研究暗物质的前沿阵地。

雅砻江流域属川西高原气候,主要受高空西风环流和西南季风影响,干、湿季分明。雅砻江流域地广人稀,大河湾以北几乎全为藏族居住地区,以牧业为主;大河湾以南为以汉、彝为主的多民族地区,主要从事农业生产。

据了解,杨房沟水电站为雅砻江干流中游"一库七级"开发的第六级水电站,是雅砻江公司流域水电开发"四阶段"发展战略第三阶段继两河口水电站之后的又一关键工程。杨房沟水电站位于凉山州木里县麦地龙乡,是国内首个百万千瓦级大型地下厂房和百米级高坝整体EPC水电项目,是雅砻江中游河段梯级开发的骨干电站之一,装设4台单机37.5万千瓦的水轮发电机组,总装机150万千瓦,由中国电建水电七局•华东院联合设计施工。杨房沟水电站位于凉山州木里县境内的雅砻江流域中游河段上,雅砻江中游河段梯级开发的骨干电站之一,坝型为混凝土双曲拱坝。正常蓄水位为2094m,相应库容4.558亿m³,初拟装机150万千瓦,多年平均年发电量68.74亿千瓦时,总投资约170亿元。工程枢纽主要由最大坝高155米的混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等组成,电站总投资达200亿元,杨房沟水电站计划2021年11月投产发电,2022年工程竣工。

“作为雅砻江全流域的开发主体,我们还发挥‘一个主体开发一条江’的优势,探索了流域梯级电站群远程集控、水电联调这一资源优化配置的新模式,使流域整体发电效益得到显着提升。”雅砻江公司董事长陈云华表示,从今年开始,雅砻江每年将有近650亿千瓦时的清洁电能送往川渝和华东,相当于每年为受电地区节约原煤消耗约3000万吨,减少二氧化碳排放约5360万吨。

根据近期完成的四川省水力资源复查成果统计,雅砻江干流技术可开发装机容量为2800余万kW,占全省的24%;占全国的约5%。在全国规划的十二大水电基地中,装机规模排名第四。

随着下游开发的全面收官,雅砻江中游梯级开发已经拉开帷幕。“十二五”期间,中游龙头水库工程两河口水电站、国家清洁能源重大工程杨房沟水电站的主体工程相继开工。

鉴于雅砻江水力资源在四川省乃至全国水力资源开发中的重要地位,几十年来其资源开发一直得到各级政府的关注和重视。

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2雅砻江水电开发勘测设计工作回顾

2.1河流水电规划概况

成都院1956年开始进行雅砻江流域水力资源普查,1956~1962年间相继完成支流安宁河、九龙河、卧落河、理塘河、鲜水河、干流洼里至河口的河流查勘及普查报告;1965年完成《雅砻江流域水力资源及其利用》,为雅砻江流域水力资源开发利用提供了较全面的基础资料。

1972年为解决渡口地区电力不足问题,成都院在雅砻江干流下游段开展了以二滩水电站为重点的勘测设计工作,于1973年完成《渡口地区水电规划选点报告》,推荐二滩水电站为渡口地区第一期开发工程。与此同时,对二滩水电站上下游衔接梯级进行了查勘研究,相继于1977年和1978年完成《官地水电站开发研究报告》和《桐子林水电站开发研究报告》。

为完善干流卡拉至江口下游河段的开发方案,探求继二滩电站之后的后续工程及开发顺序,1988年成都院开始进行下游河段水电规划工作。1990年编制完成《锦屏河段水电开发方式研究报告》。1992年完成《雅砻江卡拉至江口河段水电开发规划报告》,提出的主要规划方案为锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩、桐子林。

2002年底成都院启动雅砻江中游水电规划,预计2004年底提出规划报告。雅砻江源头的资源开发工作也在同步进行,1997年二滩公司组织了多学科、多专业参与的综合考察队,为上游源头的资源利用打下了基础。

2.2主要梯级电站勘测设计概况

雅砻江干流主要梯级电站的勘测设计工作始于上世纪六十年代,1965~1969年原上海院完成了《锦屏水电站初步设计报告》。报告对理塘河口至巴折大河湾段开发方式调整为引水式开发,于三滩坝址建闸取水,隧洞穿越锦屏山引水至巴折上游许家坪建厂发电,闸址正常蓄水位1675m,装机容量152万kW。

1973年9月二滩水电站初步设计工作全面展开。1981年国家对基本建设程序进行了调整,规定大型建设项目应首先编制可行性研究报告。成都院按新的建设程序要求,于1982年完成二滩水电站可行性研究报告,1983年报告经国家计委审查通过,明确了电站正常蓄水位1200m,装机规模300万kW;后经两年工作,于1985年完成二滩水电站初步设计报告,1986年通过国家计委审查,二滩水电站进入筹建阶段;后根据世界著名水电专家咨询团对初步设计成果的意见,于1987年完成二滩优化设计,装机容量最终确定为330万kW。1991年9月二滩水电站正式开工,1998年8月二滩水电站建成发电。在二滩水电站建设过程中,成都院和华东院相继开展了锦屏一级高坝和锦屏二级引水式两电站的预可行性研究工作。成都院分别于1994年和1998年相继完成了桐子林水电站和官地水电站可行性研究报告。

1998年9月成都院完成锦屏一级水电站预可行性研究报告,2002年6月完成了锦屏一级水电站选坝设计研究报告,2003年9月完成了锦屏一级水电站可行性研究报告。该工程的筹建工作已经启动。

2002年12月成都院完成两河口水电站开发方式研究报告,该工程预可研工作已经启动。

2003年8月华东院完成锦屏二级水电站预可行性研究报告。

3做好河流规划工作,确保水力资源合理开发

3.1雅砻江水力资源特点

雅砻江流经四川西部高山峡谷地区,流域内岸坡陡峭、水流湍急、落差巨大。沿河两岸森林茂密、人、地稀少,形成了雅砻江水力资源独有的特点,具体表现在:

控制流域面积大、径流丰沛、水力资源特别集中

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为西部几条主要河流特性的比较情况,可见雅砻江的年径流量在西部主要河流中仅次于金沙江和澜沧江,排名第三,约为黄河的1.1倍。

雅砻江干流水力资源技术可开发装机容量2856万kW,技术可开发年电量1516.36亿kW·h,干支流技术可开发容量3461.96万kW,技术可开发年电量1840.36亿kW·h.雅砻江流域每k㎡水力资源技术可开发装机容量255kW,高于全省平均值,是全国平均值的约4.6倍。

大型电站多、装机容量大、规模优势明显

雅砻江干流规划的21个梯级中,大型电站(装机容量大于30万kW)有16座,总装机容量2751万kW,占全省大型电站总座数的26%,占全省大型电站总装机总容量的32.1%。

河流落差大,迁移人口及淹没耕地少,单位淹没指标低

雅砻江四川境内干流全长1368km,天然落差3180m,规划21个梯级总利用落差2813m,其中著名的锦屏大河湾长150km,湾道颈部最短距离仅16km,落差高达310m,规划的锦屏二级水电站即利用该河湾裁弯取直引水发电,装机容量达440万kW.雅砻江河流的上述特性加之两岸人口密度小,耕地分散,使得水电开发的淹没损失很小。表2为两河口、锦屏一级、锦屏二级、二滩、官地、桐子林六座梯级电站统计的平均单位淹没指标与全国已建和在建的46座大型水电站平均值的比较情况。

控制性水库整体调节性能好,对下游梯级电站补偿作用大

雅砻江干流的中游、下游分别规划了两河口、锦屏一级、二滩三座大型水库,总调节库容达到158亿m3,江口处水量调节系数达0.26。

联合调度成果表明,两河口及以下11个梯级的汛期出力已小于枯期出力,且参与调度的水电站群规模达2531万kW,规模优势和高质量电能的输送,奠定了雅砻江在未来四川省乃至全国西电东送中的重要地位。

开发目标单一,无环保制约因素

雅砻江水电开发主要为发电,开发目标较为单一。雅砻江流域不涉及各类自然保护区,水电开发无大的环保制约因素。

3.2河流水电规划思路

雅砻江水力资源量大,资源优势明显,开发特点突出,水能指标优越,如何将潜在的资源优势转化成为项目优势,乃至在较短时期内形成河段或者整条河流的经济优势,成为四川省国民经济迅速发展新的增长点,一直是我院进行雅砻江水电规划的出发点。

成都院以水电设计为主业,五十年来参与开发的水电项目遍及省内外近千条河流,积累了丰富的经验。参考省内外其它河流的水力资源规划和开发情况,结合雅砻江径流丰沛、落差巨大、居民和耕地分散、无环保制约因素的特点,我们有针对性的提出雅砻江水电开发的思路:优先考虑河段“龙头”梯级的设置,合理衔接其它梯级。以能体现当代技术水平的高坝、大库工程项目,促进衔接梯级合理开发,形成大规模较好调节能力的水电基地,实现需要与可能、近期与远景、整体与局部、干流与支流、上中下游、资源利用与环境保护的有机结合。

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