小水电站环境设计典型案例研究.doc

0 引言任何小水电工程都建设在现有环境之中，如何利用水电技术发展和促进小水电工程与环境的融合，是我们建设环境、生态友好的农村水电工程的新课题；欧洲十分重视生态环境保护和小水电工程建设的协调发展，将生态环境保护理念贯穿于小水电工程论证、设计、建设、运行和管理的全过程。在小水电站与环境结合的技术领域，我国还存在许多发展潜力和改进的空间，国外的研究和实践给了我们许多启示。介绍几个欧洲小水电站环境解决方案典型研究案例，探讨我国小水电站建设的生态环保实践。1 案例1后柏罗小水电站，英国1.1电站概况后柏罗电站位于英国堪布里亚郡国家公园湖泊区万德米尔湖下游3km处，现装机容量400kW，转桨式水轮机，转轮直径750mm，转速510rpm，设计流量3.33m3/s，电站增容改造后于2000年再次投运发电。在本次增容改造以前，就有1台65kW的卧式水轮机在运行，并与电网相联；电站位于敏感的风景区，河流渔业资源丰富，通过捕捞鲑鱼还能够获取相当丰厚的渔业收入。此外，部分站址位于规划中的历史纪念碑处，这就意味着在项目实施中，要征求湖泊区规划委员会英国遗产分会及工业遗产分会的意见。由于施工地点、渔业、历史价值等问题，该新方案考虑了大量的环境设计。通过向上述部门以及环境署咨询，设计方案融合了有关景观影响以及鱼类保护的特殊要求。1.2环境措施现有的建筑为新方案提供了基础，修建发电厂房和尾水渠需要土石方开挖。此外，下游渠道修成蜿蜒曲折的形状，还放置了一些巨石，以增加涡流和水塘，有利于更好地保护生态环境。1)设计使用了3台斜桨式水轮机：1台转桨式(可调节转轮叶片)、2台定桨式。1号转桨式水轮机连续工作，其他2号和3号机在流量充足时运行。2)电力输出由水头感应系统控制，通过该系统控制1号水轮机的运行，能够精确调整整个发电系统，从而使水头总保持在最低水头以上。3)机组停机由安装在每个进口的蝶阀实现。4)转速为500rpm的发电机直接连接在水轮机上，这样就不用安装增速器，同时也没有相关的成本和维护费用。5)厂房建在河岸以下，从上游看不到。厂房的外立面用当地材料施工，达到了和周围环境相近的目的。6)发电引水进水口处，安装了3个拦污栅；因为漂浮物很多，每个进口前设有清污机。7)前池中安装仿生鱼栏，用来引导鱼类进入旁道，以确保鱼类能够通过水轮机。前池中还设有鳗鱼引导设施以及逃生闸门，可通过阀门运行。8)水轮机尾水管安装后，下泄的水流能够为上游的洄游鱼类提供诱鱼流，引导它们游向鱼道。9)尾水管出口有监视屏幕遮蔽，这种新式电子栅栏可阻止洄游鱼类企图通过尾水管游向上游。2 案例2卡瓦斯卡斯小水电站，立陶宛2.1电站概况卡瓦斯卡斯电站位于斯凡托加河口上游69km，河流平均流量31.4m3/s，靠近卡瓦斯卡斯小镇。水库大坝建于1962年，水库面积0.8km2，电站装机容量1000kW，工作水头4.1m，发电流量28m3/s，年发电量6.4GWh，2002年电站投产发电。当时建坝的主要目的是为了增加相邻的内韦兹河在干旱季节的流量，为此还修建了从斯凡托加河取水输送到内韦兹河的泵站；但是当时没有在坝上修建鱼梯。内韦兹河的生态得到了改善，但是大坝却使洄游鱼类无法到达上游的产卵地。该大坝已归属国有40多年，却没有资金投入来消除这种不幸的状况。2.2环境措施位于卡瓦斯卡斯大坝下游的斯凡托加河是著名的洄游鱼类保护区，保护区是大坝竣工以后设立的。河水中常有鲑鱼、鳟鱼、文鳊等珍贵鱼种出没。2001年，私营小水电开发公司艾柯玛水电公司得到授权，在现有的坝上建设一座小水电站，前提是要解决鱼类问题，所以要修建鱼道。当地的设计公司考那斯水电工程公司设计了径流式方案，立陶宛农业大学水土管理系的研究人员在实验室建立了鱼梯的仿真模型。2002年末，包括鱼梯在内的规划开始实施。鱼梯为混凝土结构，水池型带有垂直的槽孔。设计时打算使鱼梯的下端尽可能地靠近厂房，也就是靠近尾水管，这样可以利用水流把鱼类吸引到鱼梯入口。鱼梯的流量为1.3m3/s，也安装了监视鱼类通过的设备。鱼梯占整个规划成本的10，达到30万欧元。建成一年后，也就是建坝40多年后，有渔民发现在卡瓦斯卡斯小水电站上游出现了洄游鱼类；负责操作监视器的生态学会的专家们证实了鱼梯的有效性。此外，还计划安装新型的鱼类计数系统。本案例充分表明了小水电开发商渴望改善河流生态状况，而公共资金通常不会投入到这样的领域。3 案例3赛维德拉德麦拉小水电站，意大利3.1电站概况赛维德拉德麦拉电站位于意大利北部艾德麦拉公园中央的撒拉诺河上，电站装机容量1140kW，工作水头280m，工作流量0.5m3/s，年发电量3.7GWh，2002年投产发电。为了保护该河流脆弱敏感的生态环境(自然公园里面有一条高山急流)，保留流量占平均自然流量的比例很高。入口处的调节池除调节水量外，还可以用于休闲，极大地提高了电站的社会认可度。实际上该调节池靠近一处山地旅游小屋，夏季很多人到此度假，游客对这个调节池也很喜欢。压力管道很长，连接着前池和厂房，该管道几乎完全埋在地下，以减少对周围景观的影响。没有埋设的小部分是由于坡度过大，这一段用混凝土制造，为了减少可见部分，采用开敞式镇墩，表层用当地石料覆盖。3.2环境措施1)在自然公园里修建了容积达5000 m3的水池。2)使用特洛尔(Tyrolean)引水口，以利于河流不断流。3)厂房外立面使用当地材料修建，使其和周边环境相协调。4)仿自然鱼道。5)采用水冷发电机以减少噪音。6)和环境官员密切接触，就采取移民和补偿措施达成一致，并采用更好的保护环境方案。4 案例4泰德莱克小水电站，法国4.1电站概况1981年投运的泰德莱克小水电站为低水头引水发电，装机容量680kW，设计水头3.7m，设计流量24m3/s，单调节轴流式水轮机，转轮直径2.40m，转速140r/min。电站年发电量460万kWh。引水渠长110m长，高0.8m。发电尾水渠长10m。4.2环境措施1)通过机组安装时的监督和测量来严格控制保留流量。2)严格、持续地监控水质。3)垃圾处理：垃圾要经过分类再送往循环处理工厂。4)采用降噪技术。5)其他：鱼道、残余流、河流改造、与其他河流用途共存(供小舟通过)、环境管理系统。5 案例5特洛斯托伦茨小水电站，瑞士5.1电站概况在特洛斯托伦茨(瑞士华莱士省)社区饮用水网络上安装了1台单喷嘴冲击式水轮机，利用集水池和调压室间的水头发电，同时还起到了减压器的作用。该设备由一个35人组成的制造工程师学会制造，学会离社区40km。该发电站全部实现自动化运行，电力输送到当地的配电网。饮用水质必须符合严格的规范以确保其不受电站的影响。电站装机容量75kW，净水头242.3m，最大流量35L/s，年发电量230000kWh，1999年投产发电。5.2环境措施1)该电站位于饮用水网络中，具有已经建好的基础设施，而且电站运行也不意味着比普通的饮用水网络对环境有更大的影响，而且这种情况也不需要建设鱼梯。2)努力把电站和景观融合在一起。电站位于半农业地区，从外面看电站和传统的牧人小屋没什么区别。3)由于靠近房舍，所以周围环境的噪音不能大，只有电站的门打开的时候，才能听到发电机的声音；高效的水轮机加上研究试验出来的水力曲线才能达到这样的安静程度。4)电站安置在为供水网络加压的充电室内，并且利用了废水的压力能，以前废水通过减压器，能量白白浪费掉。5)该水电站对环境几乎没有影响，每年可以减少CO2排放110t。需要强调的是，即使是这么小的电站(75kW)，其能效比也很好，也不污染环境。6 启示如何正确处理小水电工程开发建设和生态环境保护之间的关系是我国在新世纪小水电开发过程中必然面临的新课题，也必须要找到适之有效的解决办法，“在保护生态的基础上有序开发水电”已写入“十一五”规划。以上介绍的几个电站都根据自身的特点和周边环境，将电站本身对周边景观的影响以及洄游鱼类的保护等特殊要求融进了设计和改造方案中，有的还建设在自然公园内。小水电站的环境建设不像从工厂流水线下来的工业产品，每个产品都是一样的规格和形状；必须针对不同类型的电站，当地的环境现状，利用可行的技术和非技术措施，提高小水电站的环境结合度，进行个性化的电站环境方案设计，以期实现电站建设的经济效应和生态环境的可持续协调发展。上述研究案例充分体现了我国现阶段正在积极倡导的“在保护中促进开发，在开发中落实保护”的水电开发理念。开发和保护并重，寻求和谐的生态效益，是我们各级小水电开发者除了经济效益外，必须努力追求的目标，在小水电工程论证、设计、运行和管理过程中，要有长远的考虑，避免短视行为。工程设计人员和环境保护工作者、环保机构及有关公众应加强沟通和合作；在工程论证阶段应充分考虑小水电工程对生态环境的影响，进行充分环境比选，采用亲环境方案；在设计过程中应落实各项环境保护措施设计；在小水电工程运行管理中实施有效的生态调度、生态管理，最大限度地减缓对生态环境的影响。参考文献：1小水电国际标准的收集与比较研究报告R杭州：水利部农村电气