危地马拉乔洛马创新性小水电工程

[危地马拉] J.克雷勒 等

危地马拉乔洛马创新性小水电工程

[危地马拉] J.克雷勒 等

在危地马拉乔洛马河上进行水电开发没有适合建坝的坝基条件，为此，开发商制备了一巨大的钢制水箱充当蓄水水库，以容纳多条小河的来水。利用该水箱，危地马拉日峰荷时段每天可4 h近满负荷发电。介绍了具有创新性的乔洛马水电工程的设计与施工过程。

小水电;创新性;危地马拉

在危地马拉东北部圣克鲁斯山(Santa Cruz Mountains)山坡的一村庄附近，具有丰富经验的水电开发商——乔洛马水电(Choloma)公司，发现了当地极具水电开发潜力的一瀑布，其近 500 m的落差为建水电站的理想水头。不过该地区主要的水源为乔洛马河，可用水头的装机充其量只不过是3～4 MW，经济上并不可行。

其他几条很小的河，朝乔洛马河以西6 km顺流而下。如建水电站，可在6条小溪上建6个进水口，并让水流沿6 km长的HDPE(高密度聚乙烯)管线(直径7.2～14.4 m)、穿过蜿蜒的碎石路坡汇集在一起。此方案的初衷是采用所有小水库(水坝可作为工程的渠首)汇集的水发电。通过水力学计算，确定坝顶高程为647 m，因此，乔洛马河为建电站的唯一适合位置。 土工勘查表明，此处建坝的基础条件很差，没有基岩，只有大量的粘土、砂和地下水。针对这一情况，开发商提出了一种方案：清理出附近山脊的一个场地，爆破方式开出基岩，并在647 m高程上建一个巨大的钢水箱，拟定水箱的直径为60 m，高约10 m。 如此大的水箱可谓当时中美洲最大的钢水箱(见图1)。电站厂房装一台9.7 MW的双喷嘴冲击式水轮发电机组。水库有效库容为 2万 m3，运用该水箱，能每天在危地马拉日峰荷时段4 h近满负荷发电，即使在旱季也是如此。在旱季，电站每天只能从下午6时至10时运行，然后关闭电站，给水箱充水。在雨季，电站可整天满负荷运行。

1 开发详情

2010年，乔洛马水电公司的副总裁R.雅各布与美国华盛顿西雅图的EESC咨询公司签署了一项设计治理方案的合同，即如何在拟建的工程场地以西约6 km范围内治理流经几条小河的水。两家公司共同开发了一项设计方案，在6条小溪上建6座小坝，布置6个进水口。水沿6 km长的HDPE(高密度聚乙烯)管线，穿过蜿蜒的碎石路坡汇集在一起。有了水源，就可建成9.7 MW的电站而得到经济且洁净的能源，甚至在峰荷时都可为危地马拉的电网助一臂之力。

此方案的初衷是汇集所有小水库(水坝可作为工程的渠首)的水，而水坝拦蓄的水库，其容量需使电站在水库蓄满一整天而达到充足的蓄水量时满负荷地运行。这样，电站就可以实现4 h的日峰荷运行，即使在旱季也是如此。对进水口和集水管位置进行的水力学计算表明，坝顶高程应为647 m，因此唯一适合建坝的坝址是在乔洛马河。但遗憾的是没有适合建坝的坝基条件。乔洛马水电公司研究人员并没有因这些困难而停滞不前，而是提出了为电站蓄水的另一解决方案。

方案如上所述，由TIPIC SA (中美洲最大的钢水箱制造商)制备一直径60 m、高10.5 m的水箱。这是中美洲最大的钢水箱，用它作为工程的水库，容纳来自拦蓄6条小河的水库的水。通过长2 950 m、直径12.5 m的管道将水从水箱输送到电站，管道沿陡坡敷设，下至460 m处的电站厂房。管道施工采用缆索式起重机，将钢管沿陡坡自下而上吊装敷设。工程总承包商CONASA负责建压力钢管和电站厂房，并负责敷设沿路管线。电站装有一台9.7 MW的双喷嘴冲击式水轮机组，于2011年10月 5日投运。

2 别具一格的创新工程

从小水电工程来看，乔洛马工程是相当复杂的。材料得从美国、法国和英国订购和运送；发电机和水轮机机壳等大重型部件，以及成百上千种管材，都必须十分小心地运过小木桥和窄壁陡岩的砾石路。约180车的钢管，得从大西洋港口进口到工地；水轮机机壳(18 t)、发电机转子(22 t)和定子(29 t)等重要大型部件，必须极小心地运输。

必须监测6条小河的水流情况，将水汇集并输送到水箱。必须仔细地监控水箱水位，防止水溢出，但要确保水满箱，为峰荷运行做好准备。尽管该电站位于危地马拉的乡村丛林中，但电站完全是通过计算机编程逻辑控制器(PLCs)控制的。电站设备控制系统和厂房内的PLCs保护继电器与光纤局域网互连。电站还通过卫星线路连接至因特网，因此在危地马拉城乃至美国，都可实现远距离监控，例如，如果需要，阿尔斯通电力公司可改动该电站的控制系统程序。

3 注重环境

乔洛马水电工程使用的是可再生资源，不会对全球气侯变暖有更多的影响，发电时也不产生二氧化碳。电站在设计上都超过了保护乡村地区的标准，对环境的不利影响已减至最低。

例如，6座小坝和进水口，各自都从上游很小的范围汇水，形成一小水塘，其中3个水塘的面积均小于0.1 hm2, 因此涉及影响的区域非常小。

工程开发商已完成了环境影响研究，以帮助确定和减小对鱼类和野生动植物的影响。6座小坝全都位于各溪流瀑布的上游，不会对旅游和渔业生产造成影响。

4 工程经验与效益

已完建的乔洛马工程目前运行良好，并引发了连锁反应。TIPIC报告指出，工程采用的水箱结构是一种创新的思路，中美洲的其他开发商也对这一技术展开研究，以在其工程中加以利用。尽管水箱不像水电站水库那样常见，但它在适合的环境下，能以成本比传统大坝水库低的情况下更好地满足日峰荷需求。基于乔洛马电站的运行经验，利用水箱来获取高水头，人们正在研究枯水期的发电方案。借用这种方案来解决枯水期的发电问题应该是可行的。

危地马拉以前的工程还没有广泛运用HDPE管线。由于HDPE管运用灵活，现场焊接方便，造价低等优点，使得HDPE管制造商在危地马拉和邻国哥斯达黎加的其他水电站开发中赢得了市场。

该小水电工程还为当地创造了大量的就业机会，一年可雇用当地400人以上，并为极其萧条的经济注入了所需的资金。

5 结 语

乔洛马工程的设计与施工满足国际通行的“绿色电力”的标准。该工程的建成，不仅有助于危地马拉当地居民，同时通过取代燃烧煤和石油产品这两大主要的电力来源，减少了温室气体的生产。乔洛马工程例证了是如何通过创新与协调配合来创建一个造福于当地居民，并有利于环保的别具一格的工程。

乔洛马电站自从2011年第三季度开始投运以来，运行状况良好，并吸引了大量的游客到工地旅游参观。电站在发电的同时，帮助当地居民解决了环境问题，促进了当地的经济、就业、教育的发展甚至生活质量的提高。

(郭 欣 付湘宁 编译)

2015-01-30

设计与施工

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