美国利用现有基础设施新建4座水电站的规划

[美国] P.布拉兹齐克 等

战略与规划

美国利用现有基础设施新建4座水电站的规划

[美国] P.布拉兹齐克 等

美国市政电力公司是一家非盈利性能源供应机构，2007年开始着手研究能源组合深度多元化战略。该机构对不断变化的美国能源和环境政策有较深理解，正试图寻求一种既能保证多种形式电力平衡，又能灵活适应未来电力需求的电网解决方案。经过研究，该机构的领导层已将目光转向水电项目，因为水电是一种最普遍且长期的可再生能源方案。

水电项目；可再生能源；开发规划；美国

1 现有基础设施的优势

俄亥俄河发源于美国东北部的宾夕法尼亚州，流向西南汇入密西西比河，是密西西比河的最大支流。它是全美第二繁忙的河流，承担了沿线大量的贸易和运输任务。美国陆军工程师团(USACE)沿河修建了一系列闸坝，并负责运营。这些大坝和船闸主要用来协助航运及防洪。

仿效俄亥俄河上所建的贝尔维尔(Belleville)水电站，美国市政电力公司(AMP)将利用现有基础设施和大坝修建4座水电站，以为该地区增加309 MW的可再生清洁电力，这足够为15万个家庭提供1 a的用量，相当于美国在建水电项目的72%。美国能源部已经认识到这种水电开发模式潜力巨大，但遗憾的是，目前美国只有3%的大坝为水电坝。经鉴定，300多个坝址(大部分位于中西部地区)具有开发潜力，项目建成后水电装机容量可增加8 000 MW。

2 初步开发规划

AMP决定修建4座水电站的原因很多，但最初是出于对清洁稳定电力的需求和同期开发可能会大大降低成本的考虑。这项宏伟计划依靠实施标准化设计得以实现，标准化设计节约了整个项目的成本，并促使50多家承包商和供应商实现了成本最优化。结果显示，整个项目做到了风险最小、成本最优，且作为国内最大的新建水电项目之一，其设计优良。

这些项目在很多方面都很相似。新钢筋混凝土厂房将建在非船闸一侧的坝肩部位，都是通过在现有河岸开挖引水渠将上游水库的水引至发电厂房，再通过在现有河岸开挖的尾水渠将尾水排至下游。这些项目将利用由闸坝沿水流方向产生的水头差发电。项目设计上都应满足以下要求：

(1) 航运影响最小化；

(2) 洪水影响最小化；

(3) 维护要求最简单；

(4) 能源输出最大化；

(5) 多年持续发电。

所有项目都位于现有闸坝的左岸，并采用直径7.7 m转轮的卧轴灯泡贯流式水轮发电机组发电。

3 许可证问题的解决

为了解决美国复杂的许可证审批问题，美国美华咨询公司(MWH)前期便已介入。新建水电项目需要获得工程所在州及联邦政府的批准，如手续办理不妥，将会导致一项工程拖延几年。为了解决复杂的审批问题，美国市政电力公司和美华咨询公司同联邦能源监管委员会(FERC)及USACE的领导层建立了良好关系，再加上公司内部的积极努力，推动了项目的进展。

表1 4个新建水电项目的主要特征

许可证审批环节中最难的是获得USACE 408条款的批准。尽管对USACE来说，这一审批过程并不陌生，但是对这些新建水电项目来说是第一次，无形当中给许可证的获得制造了障碍，但是管理团队凭借其丰富的经验、良好的关系和不懈的努力，在美华咨询公司的支持下，AMP最终成功地通过了极其困难和富有挑战性的许可证审批，促进了公司制度改革及水电开发程序的完善。

4 计划同期建造的4座电站

尽管每个项目有很多相似点，AMP可通过同期开发4个项目而节约大量成本，但由于每个项目的岩土工程条件(水文条件和现场条件)差别较大，各项目实施期间，仍然需要面对特殊的技术难题，所以其设计方案各不相同。

威洛艾兰(Willow Island)水电站位于西维吉尼亚州俄亥俄河上，宾夕法尼亚州匹兹堡点桥(Point Bridge)下游约 260.2 km处，毗邻现有的威洛艾兰闸坝。该项目由岸坡加固结构(碾压水泥土与钢筋混凝土结合)和河岸防护结构(常规混凝土)组成，电站厂房及防护结构均建在基岩上。

梅尔达尔(Meldahl)水电站位于俄亥俄河肯塔基州河岸上，威洛艾兰水电项目下游约 442.6 km处，靠近现有的C.A.梅尔达尔闸坝。尽管该电站规模庞大，但其电站厂房及防护结构与威洛艾兰电站类似。

坎内尔顿(Canneltom)水电站位于肯塔基州的霍斯维尔(Hawesville)，邻近俄亥俄河上现有的坎内尔顿闸坝。

史密斯兰(Smithland)水电站位于坎内尔顿水电站下游，距上游俄亥俄河和密西西比河交汇处约100.6 km。

坎内尔顿和史密斯兰电站的厂房和防护结构均建在冲积层上，均由岸坡加固结构(碾压水泥土与钢筋混凝土结合)和河岸防护结构(水泥土)组成。4座新建电站主要特征见表1。

5 展 望

水电作为主要清洁能源及长期可持续发展的能源基础的重要组成部分，其重要性与日俱增。事实上，在美国可再生能源中水电占比最大，约占全国总发电量的17%，但因制度和资金问题，新建水电项目在很大程度上受到限制。无论如何，AMP的成功经验已为美国未来水电开发提供了范例。俄亥俄河上的水电项目将有助于AMP及沿线居民享受廉价、稳定的电力。

龚 真 孙 言 译

(编辑：朱晓红)

2016-11-30

1006-0081(2017)04-0001-02

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龚 真，女，黄河水利委员会，翻译。)