当前小水电站建设改造常见问题探讨

摘要:小水电的开发建设是一项技术性较强的工作。科学合理地建设、改造和管理小水电,对于确保电站效益的发挥至关重要。本文笔者归纳了目前小型水电站建设和改造中存在的主要问题,并提出了相应对策。

关键词:水电站建设;问题;探讨

1 小型水电站建设中应注意的问题

根据不同类型电站特点,选择合适的水轮机机型及电站装机台数。利用水力发电,水轮机是关键。如何根据不同

的水力参数,选择合适的水轮机,是一座电站建设成功与失败的关键所在。水轮机根据水力作用的不同,可分为反击式水轮机和冲击式水轮机两大类。两大类中,又可分为混流式、轴流式、贯流式、水斗式、斜击式和双击式六种型式。在这六种型式水轮机中,不同的型式有不同的适应水头、流量和高效率区域。农村小型水电站的建设必须按不同型式水轮机的固有特性来选择水轮机及装机台数,在进行投资比较时,首先应满足技术上的要求。如低水头电站选择轴流定浆式水轮机,因其高效率区比较窄,在同样的装机容量下,有调蓄性能,额定流量能保证的水库电站可选择一台机组以节省投资;流量不能保证的径流式电站应选择二台或二台以上机组,以适应不同流量情况下机组高效率运行的需要。对于适用于高水头电站的冲击式机组,因其高效率区较宽,为节省投资,应尽量选择装机一台。

修建梯级电站旁通引水渠,以适应上级电站检修时,下级电站发电的需要,避免弃水损失。农村小型梯级电站中,下级电站一般都是直接引用上级电站的尾水发电,而我国农村小型梯级水电站兴建中,往往忽视上下级电站检修用旁通渠的修建,因此在上级电站进行常规性检修或临时性抢修时,上游来水就无法进入下级电站引水渠,下级电站不得不停发,从而造成弃水损失。这种损失,对于没有龙头电站调蓄水库调节的多级开发径流式梯级电站来说尤为明显。而修建一条旁通渠,一般距离都较短,技术上也不难解决,所需投资在整个电站的建设投资中所占的比例并不大。因此,为充分利用宝贵的水力资源,发挥小流域梯级开发电站的整体效益,修建梯级电站旁通引水渠,是必须加以考虑和重视的问题。

因地制宜,选择合适类型的电站压力水管。压力水管是水电站的重要输水设备,如选择不当,容易引发电站重大事故。压力水管选择,除了满足承受水压的需要外,还必须考虑电站所在地的自然条件,选择合适的类型。如定型制造的钢丝网水泥管,因其连接后的伸缩调节范围小,根据建设实践经验,只适应日夜温差不大的地区和200米以下水头电站。否则,将会因为压力管承口橡皮止水圈的疲劳损坏或过量拉伸导致渗水、漏水甚至崩管事故。

尽量扩大径流式电站前池容量,增加调蓄性能。为鼓励建设具有库容和调峰能力的电站,目前各地对小水电的上网电价正在逐步实行丰枯季节差价和峰谷电价,这无疑是对径流式电站发展的一种限制。因此,为充分开发当地的水力资源,并使所建电站有较好的经济效益,在不具备建造调蓄水库的地区建设径流式水电站,其前池容量应打破传统的设计规定,尽可能扩大,建成具有日调节或不完全日调节眭能的前池,丰水期降低谷电系数,枯水期夜蓄日发,增加峰电电量。

设置电站运行自动并网装置,提高并网速度减少空载水耗。现在建设的小型水电站,大部分都是与大网或地区小网联网运行的电站。建成投运电站的并网操作,除了事关电站和电网的安全外,其上网的快慢,还直接关系到机组空载水耗的多少。而目前农村电站的运行人员,特别是新建电站的运行人员,操作水平还较低,手动并网时间一般都在分钟左右,有的甚至需30分钟才能并上,这就造成了无谓的水量浪费,影响电站的发电效益。由于径流电站来水的不稳定(特别是枯水季节),开停机比较频繁,这种浪费就更加明显。而在电站建设时设置自动并网装置(一般使用ZmQ系列自动准动期并网装置即可),花费不多(每台约500元),却能有效地减少机组并网空载水耗。根据实际电站的情况来看,未设置自动并网装置和设置自动并网装置的电站作过统计对比为例,后者并网操作时间一般只需前者正常操作时的三分之一,节水效果明显。有条件的电站,可选择小型水电站计算机监控装置,以进一步提高电站并网速度和电站生产的安全可靠性。

2 小型水电站改造中应注意的问题

上世纪六七十年代我国农村建造的小水电站大部份为孤立运行电站,其主要任务是就近解决当地农村、农民的生产生活用电问题,因此当时电站设计时取的是高保证率,发电设备利用小时高,电站装机般都偏小,丰水期弃水较多。改革开放后,随着我国电力工业的发展和电网的不断完善,农村、农民用电已可由大网或地方电网解决,这些电站大都已由孤立运行变为并网运行,其任务已由保证当地农村、农民用电转变为向大网或地方电网多供电。因此,原发电设备年利用小时较高的老电站可以进行扩机增容改造,以此来提高电站的来水利用率和经济效益。但是,改造中必须根据电站所处地的气象水文等条件,采用长系列水文资料,同时考虑当地年用电负荷的特点,合理确定电站设计保证率和发电设备年利用小时,并进行认真的技术经济比较,切忌盲目从事,随意扩大装机容量,造成设备利用率过低,改造效益不明显甚至下降。此外,改造中还应注意以下几个问题。

必须重视电站输水设施和机电设备的配套改造。机组扩容后,运行中须保证其引用流量的需要,因此,改造中切不可忽视电站输水设施的改造。否则难于达到改造效果。

输水设施改造,主要是对引水渠道和压力管道的改造。

对引水渠道可采用:

扩机容量不大,引用流量增加不多的,为节省投资,可用降低渠道糙率的办法来提高渠道的过水能力;

扩机容量较大,引用流量增加较多的,应采用拓宽或加高的办法来扩大渠道过水断面,确保改造后机组引用流量的需要。对压力管道可采用:流量增加不多的,在复核流速在允许范围内,水头损失增加比例较小的,高水头电站可不更换压力水管,低水头、大流量电站则需作进一步的比较论证,按投入产出比来确定是否更换;流量增加较多,复核流速超出允许范围的,必须整体更换,其中对位处日夜温差大的山区高水头电站,最好用钢制管取代水泥管,以提高压力管道运行的可靠性。

改造中应尽可能采用新技术、新设备,避免以“旧”换旧。老水电站所使用的机电设备,目前大部份属于淘汰产品,且经过多年的运行,存在机组效率低、安全性能差等毛病。因此,改造中切忌贪图便宜而购买使用年限在20年以上,别的老电站换下的“二手货”,以“旧”换旧,特别是关键设备水轮机,因其效率的高低直接关系到机组单位千瓦时水耗的大小,故改造中要尽量选择目前效率较高的机型,以保证改造后电站的经济效益。此外,有条件的电站,还可以采用小型电站计算机技术来提高电站的自动化水平,以适应电力生产科技发展的需要。

梯级电站改造,要考虑上、下级电站的流量适配,避免上级电站改造后增效,下级电站因弃水增加而减效。山区小流域梯级开发电站,下级电站的发电用水一般都来自上级电站发电尾水,上下级发电效益息息相关,因此这些电站扩容改造时必须考虑流域整体效益,统筹规划,以避免水资源的浪费。但由于历史的原因,建于20世纪六七十年代的电站,一般都是乡或村集体建造,所有权相对独立,电站利益各不相干,实际改造时往往只考虑电站的效果而忽视改造后对下级电站的影响,因此在梯级电站改造实例中,常出现上级电站改造后增了效,而下级电站因“吃”不了来水而减效,使得流域整体发电效益不增加或减少的现象。针对这一问题,可采用两种方法来妥善处理梯级老电站扩容改造中兼顾小流域整体效益的问题:一是改变管理模式,采用股份制的方式组建小流域水力发电公司,对梯级电站统一管理、统一核算,改造时按上下级电站流量适配、流域整体效益最大的原则来制定最佳实施方案;二是不改变原有管理模式,采用工程措施,或上下级电站同时扩容,或由改造电站和下级电站共同投资,将改造电站尾水渠适当扩大为下级电站的蓄水调节池,以减少弃水,尽可能保证下级电站的发电效益。

对原选机型不合理的电站,应考虑更换机型,降低单位电能耗水量。某些老电站,由于当时技术和制造水平等原因,机型选择不合理,造成效率低、耗水量大,电站效益得不到充分发挥。如原来20m以下中低水头小型水电站,可选机型一般为轴流定浆式,该机型高效率区较窄,非额定出力时机组效率下降幅度较大,造成单位电能水耗大幅度增加,发电效益低。目前该水头段可选机型除轴流定浆式外,还有贯流式机组(目前己较好地解决了机组密封止水和绝缘问题)和混流式机组可供选择。因此,改造中应充分考虑这一因素,对于流量变化较大的引水式中低水头径流电站,经充分比较后以更换机型为好。

3 结语

近年来,经济快速发展,受电力紧缺影响,再加上我国对环保能源开发的重视和小水电开发建设优惠政策的进一步落实,我国各地特别是水力资源丰富的山区县市,掀起了一股开发建设小水电的热潮。水电是一种清洁可再生能源,小水电的开发,不但能给山区群众带来经济上的收益,加快脱贫致富步伐,而且能够有效地促进当地生态环境的改善和保护。开发小水电,是山区经济可持续发展的一条重要措施。

作者简介:杨红才(1997.06-)毕业于武汉水利电力大学,1997年7月开始在大理供电局从事大坝监测、安全管理工作,2004年从事水电站开发、施工、管理工作。