法国罗讷河上的小水电开发

[法国 ]J.P.布瓦

苏 燕 译自英刊《水电与大坝》2009年第5期

为了促进可再生能源(RES)的开发并履行1997年 9月京都协议中的承诺,欧盟可再生资源的发电量必须从总耗电量的14%增长到22%。这就要求各个国家减少制度上的障碍,理顺并改善管理程序。根据2005年7月13日颁布的法律,法国确定了目标,即到2010年,国内可再生能源发电量从耗电量的15%增长到21%。

为此,成立可再生能源部门并充分考虑环境需求是法国目前的一项首要任务。

根据欧盟水框架指令(WFD),制订了水管理领域的公共政策,提出了水管理政策方面的主要革新,并郑重承诺:到2015年,所有河道均达到优良水质标准。

法国水和水生环境法(LEMA)为所有利益相关者提供了法律依据,以确保适宜的水质并在2015年达到 WFD确定的目标。

罗讷河的目标是实现“良好的生态势”,而 P.D.鲁西永、栋泽尔、贝莱和布雷尼尔(Bregnier)-科登(Cordon)这些所谓的老罗讷河河段的目标则是实现“良好的生态状况”。

CNR是法国主要的水电开发商,起着十分重要的作用。法国25%的电力由该公司提供。此外,从2002年起,该公司是法国唯一一家所有能源被认证为100%可再生能源的供电部门。

CNR意识到罗讷河流域经济发展的重要性,并一直在努力改善其开展经济活动所涉及地区的环境,它与法国政府共同承诺实施积极的改善环境措施。

CNR与当地利益相关者和政府合作,正在参与罗讷河水力和生态恢复10a计划,2003年5月20日上罗讷河正式被纳入该计划。所有的合作者当天便签定了旨在恢复老罗讷河生态和大量增加里昂河上游绍塔讷和贝莱坝址处储备流量的公约。

LEMA法规(2006年12月 30日)水法第6条还规定了确保物种长期生存、移徒和繁殖的储备流量。特别是罗讷河的最小流量不得低于其平均流量的5%。

该法规规定实现目标的最后期限为2014年1月1日。

这些协议对 9座隶属 CNR的大坝造成了影响,其中,上罗讷河占2座,下罗讷河占7座。

在这些坝址处,与生态流量增加有关的电量损失如下:

(1)上罗讷河 88GW◦h/a;

(2)下罗讷河284GW◦h/a。

总计 372 GW◦h/a,约为 CNR原发电量的2.5%。

最迟到2014年,水力和生态恢复10a计划期间以及根据 LEMA罗讷河所采用的环境政策,将导致罗讷河上的所有电站的发电量相比原发电量减少2.5%左右。

1 CNR可再生能源的开发措施

为了限制发电潜能的损失,CNR正积极计划通过建设小水电站来开发可再生能源。

计划兴建的这 9座小水电站将供电 391 GW◦h/a:

(1)上罗讷河电站 61 GW◦h/a;

(2)下罗讷河电站 330GW◦h/a(根据最初假设,设计流量相当于河流平均流量的5%)。

利用这些环境流量运行小水电站,可补偿环境流量增加所造成的能量损失。

因此,2008年7月,CNR向有关当局表示公司希望兴建小水电站,意在维持当前的发电水平,实现水电潜能最大化并补偿主要电站发电损失的目的。

建议在非典型坝址处兴建小水电站,允许水轮机在 LEMA规定的最小流量下运行。

在具有战略性生态重要地位的 P.D.鲁西永和栋泽尔 -蒙德拉贡坝址处,其设计方案可以根据全球环境合作工程框架所确定的环境最小流量进行修改。

作为公司须履行的职责,CNR与罗讷河流域的主要成员合作,开始在绍塔讷和贝莱建设小水电站,并已就兴建蒙特利马和栋泽尔 -蒙德拉贡小水电站展开研究,工程已处于审批阶段。还为 P.D.鲁西永坝址规划了1个小型方案。

另外,CNR还规划在 B.L.诺伊夫、博查斯泰勒、L.瓦朗斯堡和瓦拉布格斯修建 4座水电站。

估计这一计划的总投资额为2亿欧元(不含税)。

在上罗讷河(里昂河上游)已经启动了这项开发计划。下罗讷河河段的开发计划及进度安排也已制定。

2 小水电站设计原则

2.1 总 则

为了优化施工,所有小水电站的基本设计都是标准化的,只有在必要时才做修改。

对于下罗讷河的7处坝址,设计流量设定为坝址处罗讷河平均流量的5%。

2.1.1 土建工程

只要可能,每座小水电站在主电站引水渠都设置了进水口,并在紧靠大坝下游处设置了尾水渠。这不但减少了相关工作量,而且从水力学观点来看,这也是有益的。

这种布置可将漂浮物带来的问题减至最小程度。电厂单元包括一道有支撑的混凝土侧墙。上游进水口护坦有一20°左右的斜坡。侧墙和钢筋混凝土护坦一般设计为1 m厚。

由于建筑物内装有2台发电机组,考虑在进水口高程设置2 m厚的隔墙。进水口上端有一10m宽的平台,便于操作拦污栅。

引水渠两岸用锚固板桩建造。板桩的宽度根据平均流速1.2m/s计算得出。

紧接电厂内尾水渠段为板桩建造的1个连接段。

2.1.2 发电机组及其他机械设备

除了一座电站在下游装备肘管 S形水轮机外,其他水轮机机组均为机坑式。

每台机组由1台轴流转桨式水轮机或定桨式水轮机(具有固定叶片)组成,水平布置或略有倾斜,以较低转速运行。水轮机和发电机之间有1台倍速器。

2.2 鱼类保护的相关建筑物

WFD中含有生态连续性的概念,鱼类洄游是欧盟确定的一个战略领域,特别是保护鳗鱼。

CNR拥护保护鱼类的政策,与其他各组织合作保护鱼类。

由于兴建小水电站,CNR提出建立合作关系,在某些战略性坝址为洄游鱼类(鲱鱼、海七鳃鳗和鳗鱼)修建过鱼设施。

计划采取的措施包括:

(1)结合罗讷河与德龙(Drôme)河汇流处下游的几个小水电工程建设,为鱼类提供鱼道和过鱼装置。这些工程是瓦拉布格斯、栋泽尔 -蒙德拉贡、蒙特利马和罗吉斯 -诺伊夫工程。

(2)与下行移徒装置有关的鱼类拦挡系统集成在一些小水电工程中,如瓦拉布格斯、栋泽尔 -蒙德拉贡 、蒙特利马和罗吉斯 -诺伊夫,以及博查斯泰勒和 L.瓦朗斯堡工程。

(3)目前,小栅格拦污栅被认为是最有效的。计划末期兴建的小水电将借鉴2009～2010年间鱼类拦挡系统研究的成果。

3 上罗讷河小水电站

3.1 工程特征

贝莱工程(在建)和绍塔讷工程的特征值见表1。

表1 罗讷河贝莱工程和绍塔讷小水电工程的特征值

3.2 工程合同及进展

开展了环境影响研究以及根据性能数据征求公众意见(包括环境研究评价)和建设许可的管理工作。2008年1月18日获得建设审批。

绍塔讷小水电站始建于2008年春,目前仍在施工。为了优化各施工现场的物资供应和人员配置,贝莱工程的开发工作推迟 3个月。

这项工作基于2份分项合同,1份是现场土建工程合同,1份是机电设备供应合同。

绍塔讷工程建在深厚的河流冰川冲积层上。35m深处有一粘土层,因此,在冲积层内设计了一道混凝土墙以保护电站。

贝莱工程也是建在这种地质构造上,开挖底部有一层厚度不到 4m的粉质粘土材料。该粉质粘土层还包含一层地下水层,水层在厚约2m的粘土层下。采用了混凝土浇注墙技术,防护措施增强。

进水和泄水渠边墙由板桩构成,其顶端锚固在反向板桩上。

目前,绍塔讷防渗铺盖已完工,正在浇筑混凝土水道;2009年11月底浇筑贝莱防渗铺盖。

施工正有序进行,2010年1月,绍塔讷工程开始安装机座(机坑)、座环和尾水管钢部件。

为了嵌入安装上游拦污栅和围堰、座环、下游闸门和围堰所需的部件,墙体在水平校准时留有凹槽。

由于成本的原因,用支撑和临时锚杆保证施工阶段开挖工程的临时稳定性。

在贝莱工地,粉砂层已经排水,连续进行压力监测以确保有效排水。

用自浇混凝土对水力通道的特别加强部件进行灌浆。