安哥拉宽扎河上的水电开发

[] A. P.

安哥拉宽扎河上的水电开发

[葡萄牙] A. P.达席尔瓦等

作为国家能源开发计划的一部分，安哥拉正在开发几项大型水电工程，以满足国内日益增长的电力需求并推动社会和经济发展。分析了该国东北部宽扎河流域的水电蕴藏量，并回顾了该国水电开发的历史和背景。详细介绍了该重要河流上已建、在建和拟建的水电工程。

水电开发；宽扎河流域；安哥拉

宽扎(Cuanza)河上已建的装机180 MW的坎班贝(Cambambe )和520 MW卡潘达(Capanda )水电工程，是目前北方电网的主要电源。北方电网覆盖了包括首都罗安达在内的地区，但现在难以满足当前和未来的电力需求。从2016年到2022年，将有一系列新项目投运，如升级改造后的坎班贝一级水电站(267 MW)、坎班贝二级水电站(714 MW)、劳卡(Lauca)水电站(2 070 MW)和卡库洛卡巴萨(Caculo Cabagca)水电站(2 172 MW)，这些水电项目将确保该地区未来的持续供电。

COBA工程环境咨询公司长期参与安哥拉的水电潜能开发，特别是在宽扎河流域。20世纪80年代，COBA公司设计了坎班贝二级和卡潘达水电站。从2012年起，COBA公司与宽扎河中游开发办公室(GAMEK)签订的合同涉及宽扎河流域所有在建或拟建的水电工程。其职责包括：①坎班贝二级水电站和劳卡水电站的工程管理、设计审查及施工监理；②装机950 MW的曾扎(Zenzo)水电站的规划和初步研究的审查；③卡库洛卡巴萨水电站的详细设计和招标文件。2014～2015年间，COBA公司还为坎班贝坝加高工程进行了大坝安全分析。

1 宽扎河流域的水电蕴藏量

1.1 宽扎河流域

宽扎河流域是安哥拉最重要的水源地，集水面积151 250 km2，覆盖马萨姆巴(Macamba)高地、马朗吉高地，以及万博省、比耶省、南宽扎省、北宽扎省、本戈省和罗安达省。 宽扎河起源于安哥拉高地，靠近万博市，海拔约1 500 m，流经1 000 km左右在罗安达以南60 km处汇入大西洋。宽扎河流域和水系位于南纬7°40’～13°55’、东经13°00’～19°l0’之间，主要分为3大河段，见图1。

图1 宽扎河流域示意

(1)宽扎河上游。面积约93 000 km2，从源头延伸到安哥拉高地上海拔约1 000 m的孔多(Condo)瀑布，干流主要为南北流向。

(2)宽扎河中游。面积约23 000 km2，长约200 km，位于坎甘达拉(Cangandala)和坎班贝之间，流向主要由东向西，主要落差和急流集中在这一河段，因此该河段的水电蕴藏量最大。

(3)宽扎河下游。从坎班贝到河口，面积约34 000 km2，主要为东西流向。

由于其地处非洲副赤道带，宽扎河流域气候为热带气候，冬季为旱季。流域年降水量不一，中部为1 400 mm，近海洋处为600 mm，全流域平均年降水量约为1 200 mm。

1.2 安哥拉的水电资源

由于其地理、地貌和气候特征，安哥拉拥有大量的水电资源，已成为众多规划研究的目标，且也已开展了许多坝址的水电勘察设计。据估算，安哥拉的水电可开发容量为25 000 MW。

最近，安哥拉政府将发电尤其是水电列为优先发展项目，以满足该国不断增长的电力需求，促进国家经济发展。在能源和水利部(MINEA)下属GAMEK的支持下，政府在水电领域投入大量资金，主要用于修复改造旧水电站以及在宽扎河上新建水电站。

2015年，安哥拉252万人口的年用电量约为9 437 GW·h，由于供电严重受限，人均年用电量仅为375 kW·h，远低于南部非洲国家的平均水平(1 400 kW·h)，且仅有35%的人口能用上电。目前，水电占总发电量的58%左右，其余为火电。2015年，安哥拉有9座大、中型水电站在运行，总装机容量912 MW，年均发电量约5 650 GW·h，其中宽扎河(坎班贝和卡潘达)占比较大，其装机容量和年发电量分别为700 MW和5 000 GW·h。到2025年，安哥拉规划水电总装机容量约9 000 MW，占已探明蕴藏量的36%。

目前正在进行的开发包括非洲的2项大型水电工程：装机2 070 MW的劳卡水电站和2 172 MW的卡库洛卡巴萨水电站。到2022年，这两项工程竣工且坎班贝水电站改造完成后，宽扎河流域总装机容量将增加到5 743 MW，年均发电量将达27 768 GW·h，主要向安哥拉北部和中部地区供电，特别是满足人口密集的罗安达省的用电需求。

1.3 宽扎河水电开发背景

宽扎河中游早就被认为蕴藏巨大的水电潜能，这是因为其流量大、有效水头高，且靠近主要用电中心，特别是首都罗安达，从海拔865 m、距离河口354.5 km的卡潘达到海拔16 m、距河口219 km的坎班贝，长135 km河段的平均坡降为6.3 m/km。图2显示了宽扎河中游已建、在建和拟建电站的位置。

图2 宽扎河上已建、在建及拟建水电站

对宽扎河水电开发的研究最早始于1955年，由水工技术公司(Hydrotechnic Corporation)开展。20世纪50年代和60年代，宽扎河、本戈河和卢卡拉(Lucala)河研究所及国家海外发展研究和融资协会(SONEFE)接着进行了现场查勘和其他研究。由于罗安达的经济发展和栋多(Dondo)的电解铝行业发展，为了满足当时大量增长的电力需求，葡萄牙海外部(Ministerio do Ultramar de Portugal)决定在宽扎河中游靠近栋多市的下游区段实施坎班贝水电工程。该工程由泽济里水电公司(Hidro-Electrica do Zezere)设计，1962年投运2台机组，其余2台于1972年投运，当时计划装机容量260 MW，最初运行180 MW，计划在二期工程加高坎班贝大坝后，达到全部装机容量。

1966年9月和1972年9月，SONEFE发布了《宽扎河中游总体规划》(以下简称《总体规划》)，确定了宽扎河中游的梯级水电开发项目。

20世纪80年代，COBA工程环境咨询公司、葡萄牙能源股份公司(EDP)、水电工程公司(Hidroprojecto)、Enarco机械公司为SONEFE针对坎班贝大坝加高工程的改进设计及坎班贝二期地下厂房(520 MW)开展了详细研究，包括广泛的现场勘测和原有信息的汇编，并于1984年完成该项工作。1983～1984年间，COBA公司还为SONEFE设计了520 MW的卡潘达项目，然而这些设计未被实施。

1983年3月，能源工程咨询公司(Energoprojekt)提交了《安哥拉能源资源调查报告》，更新了SONEFE之前的调查。研究确认应在卡潘达修建1座装机520 MW的水电站和1座115 m高的大坝，相应水库应备较大库容，以调节河流流量。卡潘达水电站于2004年投运， 其全部装机于2007年投运。

表1 宽扎河上已建和在建电站主要特征参数

2005年，能源水电公司(EngeHidro)承担了宽扎河中游水电潜能的简要评估工作，包括大型水库的流量调节，并与SONEFE和水电工程公司的研究结果进行了对比。

安哥拉动荡时期大城市人口激增，和平时代经济发展，使得能源需求增加，2007年政府指派国家电力公司(ENE)负责坎班贝二期工程建设。二期工程包括：①加高坎班贝大坝；②改造已建电站，以利用全水头并达到已建电站的设计容量267 MW；③建设第2座电站，装机714 MW。设计工作始于2009年，与Engevix公司签订了工程总承包合同，2011年开工。已建电站的改造于2012年12月完工，坎班贝二级的首台机组于2016年6月投运，同时完成大坝加高工程，第4台即最后一台机组于2016年末投运。

2010年，互联技术公司(Intertechne)提交了一份有关宽扎河梯级开发的修改方案，并在接下来的几年里进行了2 070 MW劳卡水电站(包括1座较大的水库和大坝)的可行性研究、详细设计和最终设计。该水电站于2012年开工，预计2017年年中首台机组投运，2018年全部机组投运，这将显著增大宽扎河梯级电站群的装机容量和河流流量调节能力。

2014年，MINEA 聘用COBA公司为卡库洛卡巴萨工程提供详细设计和招标文件的工程咨询服务，并于2015年完成该项工作。根据目前装机2 172 MW的方案，导流施工于2016年7月开始，计划于2022年末之前全部完工。宽扎河中游已建和在建梯级电站的主要特征参数见表1。

到2022年，宽扎河中游电站总装机容量将达5 743 MW，年均发电量约为27 768 GW·h。宽扎河的流量将由上游的2座大型水库调节，库容总计106.32亿m3。

未来要完成1972年《总体规划》中确定的梯级开发，目前这些电站正处于规划阶段：950 MW的曾扎电站正由CWE公司进行初步研究；计划装机450 MW的图姆洛多卡加多(Tumulo do Cagador)水电站和计划装机330 MW的卢因(Luime)水电站则还没有确定的时间表。

2 坎班贝水电工程

坎班贝水电工程位于北宽扎省，首都罗安达西南180 km处，南纬9°45’、东经14°29’，是宽扎河上首座大型开发项目。坎班贝枢纽包括坎班贝大坝、坎班贝一级电站(装机367 MW)和在建的坎班贝二级电站(装机714 MW)。

坎班贝大坝设计为后期加高，正常蓄水位从102.15 m(有一个溢流坝顶)升至130 m，所有的水工建筑物、电站和发电设备均分期建设。二期工程包括大坝加高、二期侧流式溢洪道、二期电站以及泄水底孔的修复。工程完工后，坎班贝开发项目，即坎班贝一级和坎班贝二级水电站总装机容量将从180 MW增加到980 MW，水轮机额定总流量977 m3/s。该水电工程的主要特点如下。

(1)1座混凝土双曲拱坝，坝顶高程132.00 m(加高前坝顶高程112.50 m)，坝顶长300 m。加高20 m后，最大坝高从68 m增加到88 m，库容从2 200万m3增加到9 600万m3。

(2)1条新的中央浇口孔口式溢洪道，布置在坝体内，设计流量4 500 m3/s，装有5扇19.5 m×16.6 m辊式闸门，取代了原有流量为6 600 m3/s的开敞式溢洪道，溢洪道下接消力池。

(3)1条表孔溢洪道，位于左岸，装有2扇19.5 m×16.6 m弧形闸门，设计过流量4 500 m3/s。溢洪道泄槽末端为挑流鼻坎，下接无衬砌预开挖消力池。

(4)1个辅助冲沙孔，布置在坝体内，通过短隧洞连接到进水口的上游，最大设计流量为140 m3/s(加高前为110 m3/s)。

(5)1个泄水底孔，包括带淹没式进水口的独立结构，上游为叠梁闸门、下游为控制弧形门的进水塔，1条有新通风装置的无压隧洞和1座改进的挑流鼻坎。泄水底孔最大流量约为727 m3/s(加高前为685 m3/s)，由6 m×3.5 m弧形门控制。

(6)坎班贝一级电站，包括：①最高为30 m的低水头进水口，装有拦污栅、叠梁闸门和辊式闸门；② 4条压力管道长约140 m；③发电厂房洞室内的4台已改造的立轴混流式水轮机；④2个洞室式调压井；⑤2条长315 m的尾水隧洞，每条通向2台额定容量66.8 MW的发电机组，水头111 m时，额定流量72 m3/s(总额定容量267 MW，总流量288 m3/s)。

(7)新的坎班贝二级电站和输水系统，位于已建坎班贝一级电站下游约500 m处，使用坎班贝大坝提供的同一流量和水头。

坎班贝二级电站将包括水库右岸的开敞式进水口，4条引水隧洞，1座地面发电厂房和1个短出水口。

进水口是钢筋混凝土重力结构，高约25 m，分为4个构造断面，总宽度86 m，长31 m。进水口上游将装有4扇6.5 m×8.5 m检修辊式闸门、同样尺寸的叠梁闸和6.9 m×13.8 m的拦污栅。

4条压力引水隧洞，每台机组1条，长约500 m。隧洞将在岩层中开挖，前端是一条高约50 m的竖井，接长340 m几乎水平的洞段，水力断面直径7.7 m，用0.4 m厚的钢筋混凝土衬砌。隧洞末端是内径6.9 m的钢衬段，长105 m。排水廊道截面为3.2 m×3.2 m，总长180 m，位于隧洞初始钢衬段之上20 m。

地面发电厂房分为5段钢筋混凝土结构，计划最大尺寸为47.3 m×130 m，包括主建筑物和检修区，总高57 m。电站将装有4台175 MW立式混流式水轮机，111.5 m水头下的额定机组流量为172 m3/s(总额定容量714 MW，总流量688 m3/s)。

开发项目还包括位于坎布塔(Cambutas)的一座变电站，电压等级为400，220 kV和60 kV，有各自的独立围墙。

3 劳卡水电工程

劳卡水电工程位于马朗吉省、北宽扎省和南宽扎省的交界处，距首都罗安达西南约270 km。它是宽扎河梯级开发的第2级，在已建卡潘达水电站下游47 km处。装机2 070 MW的劳卡水电项目包括1座碾压混凝土坝、1套地下输水系统、主地下电站厂房(2 004 MW)和坝趾处调控生态流量的电站(65.5 MW)。

劳卡大坝是1座高132 m的碾压混凝土重力坝，坝顶总长约1.1 km，坝顶高程855 m。大坝建在河床中出露的片麻岩体上，左右两岸坝肩为覆盖在片麻岩上的坚硬沉积岩体(砂岩和粉砂岩)。最高运行水位850 m，对应的淹没面积是185.35 km2，库容56.51亿m3。

大坝建有一座溢洪道，通过溢流堰顶的泄流量可达10 020 m3/s，由3扇宽15 m、高 21.96 m的弧形门控制，钢衬底孔泄流量为800 m3/s，生态径流电站引水管的额定流量设计为60 m3/s。

施工过程中，将河水导流到2条14.5 m×14.5 m马蹄形剖面的隧洞，导流洞位于右岸。在上游38 m高的土石围堰(顶高程755 m)保护下进行碾压混凝土坝施工。

水力系统包括右岸开敞式进水口，靠近右坝肩，分6个独立结构，总宽度162 m，最高处在坝基之上74.4 m，在沉积岩体上开挖而成。进水口后是混凝土衬砌的调压竖井，使用天井钻进方法开挖而成，高度约70 m，开挖断面直径8 m，最终内径为7 m。

6条压力引水隧洞将竖井与主地下厂房的发电机组相连，坡度约4%，马蹄形横断面宽10.10 m，高11.33 m，平均长度为1 900 m，总长11 557 m(开挖量约110万m3)。靠近厂房有一个除石机。厂房最后40 m为钢衬，水力断面直径为8～6.5 m不等，排水廊道位于上游。

主厂房是一个高52 m、宽21 m、长294 m的洞室，在片麻岩体上开挖而成，位于地下80 m左右。地面变电站平台在不利的地质条件下开挖而成。厂房装有6台334 MW的发电机组(立式混流式水轮机)，将在200 m净水头下运行。各机组将分别安装在30 m宽的结构块内。主厂房有一块长100 m的总装区。尾水将通过短压力隧洞及其后的小通道(总长约80 m)回流到河中，末端高程628 m。

该工程还包含电压等级为400 kV和220 kV的2个变电站，分别用于主厂房和生态径流调节电站厂房。

4 卡库洛卡巴萨水电工程

装机2 172 MW的卡库洛卡巴萨水电项目是宽扎河上梯级开发的第3级，位于劳卡水电站下游19 km、罗安达市西南260 km处。主要建筑物包括大坝、泄洪建筑物、泄水底孔、左岸地下输水和发电系统，以及紧挨着大坝的左岸环保电厂。

卡库洛卡巴萨大坝设计高103 m，为碾压混凝土重力坝，上游混凝土面板(用料145万m3)建在530 m高程的河床出露的片麻岩体上，坝顶总长550 m，坝顶高程633 m。满负荷水位630 m时，水库库容为4.36亿m3，最大淹没面积16.6 km2。上游面板垂直，下游面板坡度为0.85∶1。满负荷和最高水位时，左岸需要2座副坝来围挡水库，其最大高度为36 m，总坝顶长717 m。

溢洪道位于坝体中央，溢流坝顶泄流量达10 000 m3/s，由5扇弧形门和下游面板上的一条混凝土陡槽控制，挑流鼻坎的水落入开挖的消力池中，消力池深30 m、长200 m ，位于坝趾。

导流建筑物最大设计流量为3 400 m3/s，相当于25 a一遇洪水。将通过2条位于右岸直径14.4 m、长分别为350 m和400 m的导流洞导入河中。

为维持大坝与主输水系统泄水建筑物之间河段的环境流量，将紧挨大坝修建1座左岸电站，装备1台52 MW混流式水轮机，额定流量为60 m3/s。

输水系统全部在地下，设计流量1 100 m3/s。距左坝肩上游 2.4 km的进水口直接将水输送到4个混凝土衬砌的调压竖井，竖井直径9 m，落差190 m。4条长60 m的钢衬隧洞通向地下厂房。地下厂房洞室宽26.5 m、长221 m、高68 m。

地下厂房将装备4台530 MW的混流式水轮机和配套的590 MVA的发电机，运行水头为202～215 m。单机流量275 m3/s，总流量1 100 m3/s。变压器位于地面，通过2条母线竖井连接洞室。开关站设在变压器旁，位于左岸一处开挖而成的平台上。

厂房下游，2条压力尾水隧洞长约5 200 m，向上坡度0.4%，将尾水排入宽扎河。尾水隧洞为无衬砌，断面为马蹄形，宽16 m，高16 m。

为确保水力回路的稳定性，为瞬态事件设计了大振荡方案，包括2个调压室，要求其表面积均约为1 000 m2，通过直径5.6 m的竖井与水轮机尾水管相连。

刘明周波译

(编辑：陈紫薇)

2016-11-20

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