南非诺伊斯小水电工程的发展

[澳大利亚]　R.范德克莱 等



设计与施工

南非诺伊斯小水电工程的发展

[澳大利亚]R.范德克莱 等

摘要：诺伊斯多目标应用的小水电工程是南非可再生能源独立电力生产采购计划框架下的第一座径流式小水电站。简要介绍了该电站的概况，阐述了该工程的技术特点与综合效益，并明确了该工程的建设带来的诸多益处，即为当地提供了稳定电力，促进了当地社会与经济的快速发展，还为当地提供了稀缺的就业机会，可为其他小型水电项目的投资提供借鉴。

关键词：小水电站；径流式水电站；REIPPPP框架下施工技术；综合效益；诺伊斯水电站；南非

1工程概况

诺伊斯(Neusberg)径流式水电站位于南非北开普省卡卡马斯(Kakamas)附近的奥兰治(Orange)河上。该项目是在南非可再生能源独立电力生产采购计划框架(REIPPPP)下进行的，将为南非能源市场提供10 MW的电力基荷，相当于可为约5 000户家庭提供充足电力。REIPPPP由能源部和财政部联合制定，以便于政府实现3 725 MW的可再生能源发电装机容量，旨在促进该国环境可持续发展和可再生能源产业的发展。

诺伊斯水电站装机12 MW，主要利用奥兰治河在满足灌溉、鱼梯以及环境需求流量外的剩余水量发电。该电站的建设施工对灌溉用水的供应无影响。电站2013年1月开工，2015年3月投运，由南非卡卡马斯水电(KHEP)公司拥有。塔斯马尼亚水电公司及其咨询商安图拉(Eutura)公司全程参与了诺伊斯水电站的设计施工过程，并将继续为电站的后期运行维护提供服务。

鉴于南非水务与卫生部(DWS)和KHEP公司之间良好的合作关系，在实现流量测量和灌溉供水的同时，还确保将一部分水用作发电。KHEP为DWS和卡卡马斯用水协会提供实时流量数据，以便利益相关者可实时了解电站运行状况。

依靠奥兰治河的灌溉用水，卡卡马斯地区大力发展水果种植业。该河处于丰水期时，正值农作物收获季节，农业企业的大型冷库开始运行，诺伊斯水电站将能缓解用电需求高峰对当地电网带来的巨大压力，并确保对灌溉和其他用途的能源供应。

2技术特点

诺伊斯水电站安装了3台单机为4 010 kW的卧式转桨式水轮发电机组，利用现有高10 m的诺伊斯坝形成的水头发电，通过水库将水分流到奥兰治河左右河岸的灌渠。3台机组设计利用净水头15.3 m，额定流量为30 m3/s。

该项目的重点工程包括1座长75 m的水下迷宫堰，堰顶高程低于水库最低水位700 mm。水库泄流处和1条长1 550 m的渠道连接，渠底宽7.7 m，开挖于坚硬岩层中，用混凝土衬砌，丰水期最大水深达7.5 m。洪水期，通过上游进水弧形闸门控制水库泄流量，防止水库水位降低太快。渠道通向1座大型前池，池内设有冲刷设备、进水闸门以及闸门前的拦污栅等。

6条4 m×4 m的钢筋混凝土管道从前池取水口穿过灌溉渠道，为3台机组供水。电站厂房长31.8 m、宽15.9 m，3台机组安装在厂房内深18 m的机窝内，机组周围回填混凝土。

3条尾水管和长440 m、宽20~30 m的尾水渠连接，通过尾水渠将尾水排入奥兰治河。尾水渠内的克伦普堰可在非洪水期测定水电站的流量。

每台卧式转桨式水轮机组装有1个直径为2.5 m、转速750 r/min的转轮，与1个变速箱和4 720 kVA WEG、6.6 kV发电机连接。电站向Eskom公司配电网输电前，通过3座变电站将输出电压升至33 kV，再输送至长21 km、33 kV的专用输电线路。

该项目设计须确保以下几点：①保证卡卡马斯灌溉项目的供水；②保留诺伊斯坝作为测量站点的流量观测功能；③建设活动对DWS以及用水协会建筑物的影响降至最小。最后一点尤为重要，灌溉渠道直接穿过电站厂房，除允许短暂断流外，需保持水流不间断。这需要在建筑物交叉位置增加1条临时的PVC连接管道，使厂房和前池分2个阶段修建。在电站厂房、取水口和引水管道建成后再恢复渠道，这样前池建成后正好位于交叉处。

在诺伊斯水电站建设期间，采用许多创新设计，为业主节约了成本。设计创新主要包括以下几个方面：①排水渠堰设计，在库水位较低时，保证有足够的水量进入引水渠；②引水渠优化，减少水头损失和降低投资；③移除水轮机室地面上的构筑物，为大型设备进场提供便利，从而降低建设成本；④在尾水渠设置克伦普测流堰，满足流量测量功能，设置栅栏，以防止鱼类游向流入电站厂房的水流；⑤周密的建设计划，以确保灌溉供水不间断。

3工程效益

因发电量稳定，水电是一种极具吸引力的能源供应方式。一直以来，该地区主要依靠燃煤发电，这是其首次采用水力发电。根据与南非国家电力公司(Eskom)签订的购电协议，诺伊斯水电站将为KHEP提供20 a的收益。同时，该工程为当地社区提供急需电力，通过社区信托确保工程的资金分红，并为偏远地区的居民提供就业机会。

电站建设期间，约50%的建设者来自于卡卡马斯或凯穆斯地区，其余来自海外分包商。在建设高峰期，超过350人在现场工作。当地企业也从电站建设中获益，业主承诺将在南非购买商品和服务，建设期间，整个工程超过70%的消费发生在当地。该工程还将继续促进该地区社会与经济的快速发展。

REIPPPP欢迎当地社区及居民积极参与项目建设，以确保周边社区能够公平参与该计划框架下的各个项目，以及当地社区在项目开发中获得经济效益。

REIPPPP还规定当地社区在项目中的所有权不得小于2.5%。塔斯马尼亚水电公司将15%的所有权保留给项目所在地50 km范围内的社区，并由南非工业开发公司平均分配出资数额。根据购电协议的条款，各社区将依据其所有权比例获得相应的收益。

4结语

通过多年的努力，诺伊斯水电站按期完工。期间克服了一系列的挑战，尤其是用水许可证申请、各所有权人之间的合作、土建和机电承包商之间的协调等。该工程还通过购买当地商品和服务支持当地企业的发展，当地社区占有的15%的股权将可确保其长期受益。

诺伊斯项目的成功建设重新唤起了对小水电项目作为可持续、可再生能源的投资兴趣。REIPPPP提供了极具吸引力的税收政策，小水电投资也将迎来快速发展。

骆雪方丽杰译

(编辑：唐湘茜)

应用程序基于功能图谱开发，并遵循IEC61131-3[2013年]标准。对于一些特定的专用功能，比如用于保护、励磁和准同期的应用程序，代码库扩展了一些用户自定义(二次开发)的程序组织单元，以实现某些专用功能(特殊需求)。

中图法分类号：TV747

文献标志码：A

文章编号：1006-0081(2016)02-0027-02

收稿日期：2016-01-04