加拿大約翰哈特水電站改造工程

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加拿大約翰哈特水電站改造工程

摘要:加拿大約翰哈特水電站改造工程進(jìn)展得十分順利。日前，卑詩水電公司發(fā)布了一份進(jìn)展報(bào)告，解釋公司如何制定計(jì)劃，以將水電站改造成為效率高、抗震性能優(yōu)良以及能持續(xù)不斷地提供清潔能源的水電設(shè)施。對(duì)約翰哈特水電站的背景及現(xiàn)狀、實(shí)施改造所需審批手續(xù)的申辦過程、改造方案的研制、改造施工的組織及施工團(tuán)隊(duì)以及工程將會(huì)發(fā)揮的作用與產(chǎn)生的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益等情況下作了介紹。

關(guān)鍵詞:水電站;改造工程;可行性研究;約翰哈特水電站;加拿大

1　工程概述

2013年9月，《國際水電與大壩建設(shè)》(IWP＆DC)雜志曾開辟專欄，介紹加拿大約翰哈特(John Hart)水電站改造工程的一些情況。如今，卑詩水電公司(BC Hydro)已委托承包公司InPower BC來解決這座老舊水電站的三大問題。

已有67 a歷史的約翰哈特水電站位于坎貝爾(Campbell)河水系、溫哥華島(Vancouver Island)上，該水電站目前主要面臨以下幾個(gè)問題。首先，水電站廠房及導(dǎo)水管可能無法承受中小規(guī)模的地震。其次，6臺(tái)發(fā)電機(jī)組老化嚴(yán)重，發(fā)電能力持續(xù)下降。此外，是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面的問題，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障，將會(huì)導(dǎo)致水電站部分機(jī)組關(guān)停并引發(fā)河道流量減少，這樣將對(duì)下游魚類棲息地產(chǎn)生不利影響。

事實(shí)上，溫哥華島正是位于卑詩省最活躍的地震帶之內(nèi)，而坎貝爾河高達(dá)95%的流量來自水電站的尾水。同時(shí)，約翰哈特水電站所在的101．15 hm2(250英畝)土地處在埃爾克瀑布省級(jí)公園(Elk Falls Provincial Park)的包圍之中，令問題變得更為復(fù)雜。任何施工作業(yè)都必須同時(shí)考慮到各種社會(huì)和環(huán)境因素，包括:

(1)商業(yè)筏流與潛游;

(2)每年超過75 000人次在附近的小道上休閑散步;

(3)取自導(dǎo)水管的水源為35 000人的家庭提供生活用水;

(4)土著印第安人歷史遺跡;

(5)河道內(nèi)棲息著幾百種魚類，更被譽(yù)為“世界鮭魚之都”。

2　監(jiān)管審批

與改造工程相關(guān)的所有審批手續(xù)都已經(jīng)完成，設(shè)備采購程序也已于2014年2月順利結(jié)束。卑詩水電公司采取了以往從未實(shí)施過的采購策略，這也可能是在北美地區(qū)首次將“公私合作伙伴關(guān)系模式”(public－private partnership)運(yùn)用于水電項(xiàng)目建設(shè)。由SNC－Lavalin、愛康建筑集團(tuán)(Aecon)、Frontier－Kemper等公司合作組建的InPower BC贏得了此次競(jìng)標(biāo)。

卑詩水電公司約翰哈特工程的首席聯(lián)絡(luò)官史蒂芬·沃森(Stephen Watson)指出，“工程已采用了公私合作伙伴關(guān)系模式，承包商負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)與施工，并負(fù)責(zé)部分資金的籌措。InPower BC在設(shè)計(jì)方案中有很多創(chuàng)新。2014年春季開始施工，到2018年竣工投產(chǎn)，從那以后的15 a運(yùn)營(yíng)期里，卑詩水電公司將根據(jù)水電設(shè)施的性能，將40%的融資款償還給InPower BC。在這15 a里，InPower BC將與卑詩水電公司協(xié)商每年的維護(hù)計(jì)劃，而卑詩水電公司也將自始至終擁有對(duì)這項(xiàng)水電工程的運(yùn)營(yíng)權(quán)?！?/p>

約翰哈特項(xiàng)目的投資總額為19．93億加幣，建設(shè)周期將長(zhǎng)達(dá)5 a，這將有助于坎貝爾河地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。到2015年春季，工程所需的工人數(shù)量將增加至200人。而在2016年施工高峰期，工地的人數(shù)將有360人左右。

項(xiàng)目完成之后，將會(huì)增加許多新的設(shè)施，且不會(huì)影響到外觀。新建的水電站取水口將沿著大壩方向上移300 m，使之更加靠近混凝土溢洪道壩段。施工階段無需降低水庫水位，將在上游修建圍堰，新修的取水通道將穿過一處混凝土塊再通向地下。長(zhǎng)2．1 km的隧洞將替換原來長(zhǎng)1．8 km的導(dǎo)水管，流量可達(dá)到124 m3/s。

隧洞高8．3 m，寬8．1 m，將從廠房開始向大壩方向施工。尾水隧洞高10．7 m，寬為6．5 m，用以連接廠房和坎貝爾河。在地下廠房?jī)?nèi)共布置3臺(tái)發(fā)電機(jī)組，與原來的廠房相距600 m。導(dǎo)流通道從地下進(jìn)入廠房，距離地面60～70 m，流入高38 m的地下洞室。有了這個(gè)導(dǎo)流通道，一旦發(fā)電機(jī)組關(guān)停，恢復(fù)水流所需的時(shí)間將從現(xiàn)在的1 h減少到只要幾秒鐘。地面上唯一可見的設(shè)施是位于調(diào)壓塔上游的2座地下設(shè)施入口，以及坐落于巖石之間的出水口，尾水從埃爾克瀑布峽谷(Elk Falls Canyon)入口處排入河道。

沃森指出，卑詩水電公司的目標(biāo)是通過一些技術(shù)手段，修建一座高效、可靠以及抗震性能優(yōu)良的設(shè)施，以創(chuàng)造出源源不斷的清潔能源。這個(gè)目標(biāo)通過該項(xiàng)工程已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐恼麄€(gè)社區(qū)都可以從中受益。

3　工程視角

原有的發(fā)電設(shè)施每年仍將繼續(xù)貢獻(xiàn)9．4%的發(fā)電量。改造后的約翰哈特水電站裝機(jī)容量為13．22 萬kW，比原來的裝機(jī)容量增加了8．47%。新增的發(fā)電量主要得益于水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)組效率的提高。最終，約翰哈特水電站的發(fā)電量將從原來的7．78億kW·h增加到8．35億kW·h，可以滿足大約8萬戶家庭的電力需求量。

在施工期間，原有的發(fā)電設(shè)施將繼續(xù)運(yùn)行，直到完全轉(zhuǎn)移至新的設(shè)施之后才會(huì)退役。對(duì)于InPower BC而言，前18個(gè)月的施工有如采礦一般，需要開挖大約30萬m3的巖石，這一開挖量足夠填滿120個(gè)在奧運(yùn)會(huì)上使用的游泳池。卑詩水電公司將嚴(yán)格控制爆破過程，制定地動(dòng)及震動(dòng)指南，以保護(hù)原有脆弱的導(dǎo)水管及發(fā)電機(jī)組。InPower BC在現(xiàn)場(chǎng)安裝了5個(gè)監(jiān)控傳感器。

2014年秋季開始實(shí)施巖石隧洞的開挖，每天都有1～3次爆破作業(yè)。爆破作業(yè)采取2班輪值制，每班都需要清除300～500 m3的巖石，大約相當(dāng)于3～4 m的隧洞直線長(zhǎng)度。開挖出來的巖石將借助于6 ～8臺(tái)串聯(lián)式自卸卡車運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng)。該工程在征詢過程中達(dá)成了一項(xiàng)協(xié)議，所有多余的石塊將提供給當(dāng)?shù)氐?個(gè)印第安民族使用。

預(yù)計(jì)隧洞大部分區(qū)段都是相對(duì)巨大和完整的火成基巖，這種巖質(zhì)的巖石有著良好的水力傳導(dǎo)性，即低滲漏率;部分地區(qū)可能會(huì)存在巖石破裂的問題，但巖性應(yīng)該不是太差。目前，InPower BC已經(jīng)制定出了相應(yīng)的方案，以處理滲漏與巖石質(zhì)量問題，包括噴混凝土、設(shè)置錨桿、鋪混凝土底板以及鋼襯等。

由于現(xiàn)在已將尾水的排放改為排入埃爾克瀑布峽谷入口的水池中，按照卑詩水電公司的要求，In-Power BC將確保河水在流經(jīng)下游一座小島時(shí)實(shí)施五五分水。尾水洞出口部分為混凝土結(jié)構(gòu)，用以引導(dǎo)水流方向。在該項(xiàng)工程施工過程中采取的最重要的環(huán)保措施是，保證河水在法斯特島(First Island)實(shí)現(xiàn)分流。這一舉措主要是為了保護(hù)魚類棲息地，但同時(shí)也是考慮到了河道的休閑娛樂功能。該項(xiàng)工程不會(huì)在取水許可上改變卑詩水電公司的水電運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，因而不會(huì)對(duì)水情造成任何變化。

坎貝爾河市當(dāng)?shù)氐墓┧磥碜杂诩s翰哈特水庫，并直接從卑詩水電公司的3根導(dǎo)水管取水。卑詩水電公司與該市市政簽署了一份諒解備忘錄，以使公司與市政基礎(chǔ)設(shè)施完全獨(dú)立，并從約翰哈特水庫向該市供水。從2015年初起，該市將投資1 700萬加幣，用于新修一條獨(dú)立的自來水干管，以連接調(diào)壓塔附近的自來水處理廠;干管沿著當(dāng)?shù)毓蜂佋O(shè)，并最終進(jìn)入約翰哈特水庫。

白色的調(diào)壓塔已不再需要。由于南塔上裝有通訊設(shè)備，同時(shí)也是作為當(dāng)?shù)貦C(jī)場(chǎng)的目視導(dǎo)航輔助設(shè)施，因而仍將得以保留，而其余的設(shè)施則都將被拆除。導(dǎo)水管也將被移除，而原有的發(fā)電站將退役并被夷為平地。

與原來的水電站相比，新的水電站將更加靠近大壩、轉(zhuǎn)入地下并遠(yuǎn)離河道，因而在工程設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)同時(shí)考慮到了社區(qū)因素，比如人行走道及親水體驗(yàn)。原有的導(dǎo)水管地帶將恢復(fù)為森林植被。此外，由坎貝爾河扶輪社(Campbell River Rotary Club)籌資修建的埃爾克瀑布吊橋，也將于2015年初竣工。

沃森表示，所有人都因?yàn)槭┕みM(jìn)展以及隧洞開挖而感到興奮不已。出于公共安全及公共資源利用的考慮，至2014年初，卑詩水電公司用了大約1 a的時(shí)間完成施工場(chǎng)地的準(zhǔn)備工作。從春季開始，In-Power BC加快了施工速度。到2018年竣工為止，這項(xiàng)工程都將吸引世人的關(guān)注，這不僅是因?yàn)楣こ态F(xiàn)場(chǎng)的各種挑戰(zhàn)，還因?yàn)槠渲苓叺沫h(huán)境以及公共資源得到了最大化利用。就目前而言，各項(xiàng)工作都能夠協(xié)調(diào)推進(jìn)，因此，卑詩水電公司也希望這種局面能夠一直保持下去，直至工程竣工。

(蔡金棟白韌編譯)

試驗(yàn)與研究

收稿日期:2015-05-15

文章編號(hào):1006-0081(2015) 07-0016-02

中圖法分類號(hào):TV738

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A