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摘要:小水电受季节气候影响,并网、解裂次数频繁,加之计量方式不当,监督管理不够等原因,不同程度地影响了配电线路的线损,现分析如下
关键词:气候影响计量方式监督管理线损
小水电受季节气候影响,并网、解裂次数频繁,加之计量方式不当,监督管理不够等原因,不同程度地影响了配电线路的线损,现分析如下:
1影响线损的主要原因
(1)计量方式不当:
小水电并网处与该配电线路出口处各有一套计量装置,如图1所示。
(图中箭头表示电量为正时的电流方向)
如上图可见:A1为配电出口电能表抄见有功电量;
A2为小水电并网处电能表抄见有功电量;
A3为用户抄见有功电量总和(含变损)。
则该线路线损率为:
AP%=[(A1+A2-A3)/(A1+A2)]×100%①
分析上式,当A1为负值时,上式意义不变;当A2为负值时,①式变为:
AP%={[A1-(A2+A3)]/A1}×100%=[(A1-A2-A3)/A1]×100%②
从图①可看出,A1=B-C,A2=D-E,均为正值,则可得出实际有功线损率为:
AP%=[(A1+A2-A3)/(B+D)]×100%③
比较①②③式,可看出分子一样,分母分别为A1+A2、A1、B+D,现列表1如下:
表1
电源出力情况
(小水电)发电时间
线损率比较
全月发电
E=0,A2=D全月间断发电
A2=D-E全月不发电
D=0,A2=-E
B=0,A1=-C①式与③式不等①式与③式不等①式与③式不等
A1=B-C①式与③式不等①式与③式不等①式与③式不等
C=0,A1=B①式与③式不等①式与③式不等①式与③式不等
从上述分析结果看出,由于计量方式不当,除水电站全月不发电和全月发电量小于用户负荷用电量时,①式与③式计算结果相等外,其余都不等于实际线损率,所以形成上述情况,是因为原计量方式(小水电并网线路出口计量和小水电站各有一套计量装置),体现不出水电站供、用和变电所的送、受电中相抵消的电量。
(2)计量装置误接线:
图2和图3是两种较明显的误接线。其中图2的水电阻的接线位置不对,加之发电值班人员的疏忽,将使水电阻(基本按满载调置)超时运行,且计量装置所计电量并未送入农网。这也是增加线损率的一个原因。
(3)计量装置配置不合理:
只考虑了发电机或变压器容量,并没有考虑在不发电时,厂用电负载远小于发电功率,电能表处于轻负载状态运行而引起负的附加误差,导致线损增加。
(4)监督、管理不力:
小水电的个别承包人不择手段、千方百计地研究窃电或增收方案,想出了专发有功或专发无功的办法,不按发电上网要求严格控制有、无功定比的规定。增加了农网无功负荷电流损失,造成了线损增加。
(5)上网计量点位置的影响:
计量点距农网配出口主干线的距离远达几百m至数km,这也是小水电对农网线损影响的原因之一。
2解决小水电对农网线损影响的措施
(1)采用正确的计量方式,合理配置计量装置:
①要在变电所有小发电站(可能引起电能表反转)的配出口和小发电站原计量方式的基础上再各加装一套计量表计,采用两套带有止逆装置的计量表计进行计量,即可达到正确计算线损的目的,同时也杜绝了电能表反转引起的计量误差。
②小水电上网宜采用的计量方式:
a.高压计量接线方式如图4。其计量装置使用高压计量箱,复比S级电流互感器、宽负载电能表。小水电受季节性变化影响较大,在停发时厂用电负荷较小,复比S级电流互感器和宽负载电能表能满足其准确计量的要求。宽负载电能表标定电流为1.5A,但其具有4倍过载能力,即达到6A电流时不超出电能表的允许误差。为减少小发电用户在任意负载下的计量误差,建议高压计量箱中的S级电流互感器变比按表2选择。
从表2可以看出,1.5(6)A的宽负载电能表规定的起动电流为0.0075A,如配备相应变比的S级电流互感器,即使在用户无任何负载时,S9以下系列变压器的空载有功损耗电流折合到互感器二次后都大于电能表的起动电流,且变压器的一次额定电流也没有超过电流互感器一次额定电流的1.2倍,可见这样配置是完全可行的。
但当发电机输出电流长期处于变压器额定电流的80%~120%时,电流互感器变比应适当增加一个档级。
b.低压计量接线方式如图5、图6。因小水电的供电单价与用电单价不同,如果小水电的用电量与供用电相抵消,就无形中减少了农电部门的收入。加之上网计量装置电流互感器变比较大,在厂用电负载很小时,难以达到电能表起动电流,为此厂区用电表计应做为直接计费计量装置,其电流互感器一次电流按实际长期用电负载选择。
c.为减小计量装置的综合误差,低压计费计量装置的电流回路必须与测量和保护回路分开;有低压电压互感器(380/100V)的计费计量装置,应改用三相380/220V(或三相380V)电能表直接计量。
图5
图6
(2)积极推广应用计量新产品:
全电子多功能电能表,集有功、无功、正反向和复费计量于一身,不但体积小、重量轻,而且杜绝了反向计量误差;复比和S级电流互感器,不但满足了用户负荷变化的需要,也将最小负荷计量的允许度降低到额定电流的1%,提高了计量精度,减少了计量误差;计量变化负荷的自动转换电路也已问世,将进一步推进电能计量的发展。有条件的地区在新建和改造小水电工程中,要大力推广新技术、应用新产品,加快电能计量标准化的步伐。
(3)加强用电营业管理,确定最佳计量点位置:
上世纪70年代以来,由于石油价格飞涨、矿石燃料储蓄量的有限性及其严重的温室效应,世界对可再生能源的兴趣持续升温,技术最成熟、经济最可行的小水电尤其受到青睐。上世纪早期就积极开发小水电的西方发达国家,到70年代已经停止发展并废弃了大量小水电站,这时又开始重新发展,包括新开发和恢复更新、改造旧电站。一批发展中国家,也纷纷制订了宏伟的计划,兴建了一批小水电站。经过几十年的运行,许多电站陆续开始老化。最近有一家“水电设备协会”(HEA)从在该协会登记的世界范围小水电站机电设备订货清单中发现近10年来世界性水电站更新改造的潜力有了很大增长。特别是北美洲与欧洲一些国家的小水电站大多是在50年代至80年代建造的,它们所属更新设备的份额在今后10年内估计将保持70%左右(见表1)。
从表1可看出,2004年的估计,北美和欧洲需要更新改造的小水电总容量达到680万kW,这是个不小的数目。加上中、南美洲,中东及非洲,全球估计接近1000万kW。他们对更新改造设备的投入按每千瓦100美元估计,共需10亿美元。事实上,许多改造项目,每千瓦100美元是不够的。
以上统计数字均未包括中国的。
中国小水电大规模建设始于70年代,许多电站迄今已运行10~30年以上不等。据前几年不完全统计,大致情况如下(见表2):
经初步了解,有更新改造、扩容需求的小水电站约为8000MW,这些电站普遍技术性能差,不同程度存在许多技术问题:如运行不稳定,长期在非优工况下运行,出力不足;或泥砂磨损与汽蚀严重,转轮亟待更换;有的原设计、水文资料不足,使机组选型不当等等。
受世界银行委托,亚太地区小水电研究培训中心于2004年对新疆小水电改造规划作了专题考察,提出了报告。详情见本文实例研究之二。
2改造扩容工作需要有序进行
对旧电站的更新、改造、扩容和开发新电站一样,也应当有序进行,而不能随意、一轰而上。面对全球现有水电站需要更新、改造与扩容的巨大潜力,众多的国际机构,包括世界银行、国际能源署以及国际水电协会等等都纷纷看好这个市场,给予了充分重视。他们注意到,更新改造对现有电站运行性能的改善、效益的提高、寿命的延长都能起到显著作用。为此,世界银行于2004年就委托法国电力公司水电工程中心研发、编制一套旧电站更新、扩容的规划、决策大纲,用以促进现有电站的业主们对旧电站重新投资,予以更新。该大纲于2004年12月编制完成,其目的是帮助决策人员对水电站的更新扩容工作制订出合理的规划以及最佳的实施时间表。
这个大纲全名“大坝与水电站更新改造扩容的规划与决策大纲”,可用以指导大坝与水电站改造扩容过程中的选站、审批、投资及实施等各个环节,使之有序顺利开展并获得较高的内部收益率(IBR)。大纲里所指的更新改造还包括大坝安全与水资源的优化利用。
如前节所说,全球水电站更新改造与扩容的潜力约为1000万kW(不包括中国),水电设备协会(HEA)估计,总需投资至少10亿美元。这么大的投资规模必须在合理规划指导下,有序进行。
水电站是一项长期投资、运行费用极低的工程,可以惠及几代人。项目的初期投资一经归还(如10年左右),这项水电资源所提供的财务、经济、环境和社会效益几乎可延续上百年,作为水与能源交换的一种主要方式,它可以成为全社会持续发展的一个重要工具。
虽然改造扩容工作可以使现有旧电站发挥最大效益,从而对水资源的可持续利用作出贡献,但是电站的性能在运行年限内还受其他一些因素的影响,例如设计、施工和维修的质量。因此,有必要深入研究并明确改造、扩容的具体内容及其定位。
一般说,正确的维护、修理对保证水工结构和机电设备的正常运行是十分重要的,但维修不能完全消除设施的老化过程,因此到了一定时段,为了避免电站收入减少,以及运行维修费用的增加,更新改造仍是必须的。国外有专家把维修和更新改造对电站性能的影响定性地画出一幅曲线图,形象地表示更新、改造的时间。如图1所示,当电站性能降低到加速恶化前,就必须利用更新改造将其恢复到原设计水平;还可通过扩容等手段,进一步提高性能。如何确定这个点,就是我们所要研究的问题。
更新改造与维修和新建项目都有很大不同。并有可能陷于二者之间而被忽视,使决策人不能正确估计改造扩容的方案在满足水与能源增长的需求中的作用。这也是世界银行要求开发这种决策方法的原因,使决策人能够正确评估改造扩容的效益。
3改造扩容规划决策大纲的框架
法国电力公司编制的这个决策大纲为改造扩容项目提供了一个实用的决策方法,用以选择易于吸引投资、便于实施的优化项目。大纲的实施按下列6个步骤进行(见图2):
1)先对大坝和水电站作一个基本情况评估,包括扩容和性能优化方案的鉴定;
2)对已明确的水量和电力供应、以及安全、环保与社会发展的需求进行审查;
3)根据上述2个步骤所取得的资料,明确可能改造扩容项目的规模;
4)以多条件定性分析的方法对一批可能的项目进行筛选,选出一批数目适当的项目供研究;
5)以多条件定量的方法对选出的项目进行排队,包括深入的经济分析以及确定风险等级、社会与环境性能、融资的可能情况和实施的时间进度等等;
6)对首选的几个项目编制一份实施计划,包括时间进度、预期的融资安排、设备采购措施、初步工作计划以及对可行性研究的任务要求。
上述大纲框架的最主要部分是各种需求的系统分析以及能否及时引入资金的情况,这二者影响最终结果。此外,这个大纲的方法也是为了将可比的项目数限制在合理的范围内,从而尽可能精简方案评估过程。
当然,这种方法并不能到处生搬硬套,而仍需要因地、因项目制宜,从明确主要目的开始,并对有些已经具备开工条件的项目多加考虑。
4改造、扩容的决策人与投资人需考虑的重点
除了上述决策方法外,法国电力公司还研究提出了一些建议供决策人和融、投资方考虑:
1)为便于旧电站基本情况评估,业主应建立并保存正确的运行、维修记录;
2)在决策过程中,应明确界定业主和运行单位各自应负的责任,以保证继续维护与改造扩容工作的顺利转换;
3)非结构性措施如水管理优化等应予充分挖掘;
4)改造、扩容实施(施工期)的“机会之窗”应充分论证、确定(如影响和费用损失最小的停机时间);
5)在充分利用设备供应商的现代新技术的同时,独立专家在决策过程中的重要作用也应予以重视;
6)采取与决策过程中不同阶段相适应的创新、灵活的设备订购方式;
7)为保证改造、扩容效益的持续性,还应建立一套新的健全的电站维护方案;
8)决策人在考虑新设施的方案时,还应同时研究现有设施扩容的方案;
9)对改造扩容的项目应考虑其现有环境与社会情况的处置,适当分配合作伙伴之间的利益、成本和责任;
10)应采用适当的规程以保证改造扩容项目的合理开发与实施;
11)对有些不能产生直接效益的改造扩容项目,如大坝安全项目,则需要多边投资机构的支持;
12)必须提高各类决策人(如电力公司,有关部门和投融资商等等)对改造扩容的特殊效益的认识。
资金筹集问题
改造扩容项目的内部收益率IBR是很有吸引力的,常可达到20%以上,可以说是典型的高收益项目。但是,水电站的改、扩工程在头几年内的资金流还是要比火电站等项目差,所以仍可能面临资金不足的挑战。从图2的进程中看,选择对投资人具有吸引力的项目是第4步(即项目筛选)所需注意的重要条件。
在水电站的改造、扩建项目中,采用公、私合作多渠道融资及分期投入的方式是可行的。对多机组的水电站,改造、扩建期较长,但只要在第一台机改、扩完工后,即可先行投产,资金收入情况就会好转。这种分期投产的方式可以减少对投资的需求,还可以降低工程成本。因此,项目业主应当充分利用改扩项目的这种分期投入的创新的方法。当然,在项目实施的初期,还是需要多边投资机构(这是从国际上说。但从国内说还是要政府机构)的支持,而在部分机组投产后,就可由私营企业接管,继续投资。对于一些资本金不足的私营企业,政府仍是重要的推动者和靠山。
6实例研究
实例研究之一:土耳其
土耳其具有世界水电资源的1%左右,土耳其电力总局(EUAS)和其他一些主管部门研究的成果表明,土耳其的技术经济可开发的水电资源为3500万kW,其中有340万kW正在开发施工中。
土耳其电力总局拥有100多座水电站,总装机容量1160万kW,其发电量为全国电力的113。这些电站中,有的是早在1902年投产的,容量从0.2~240万kW。直至2004年以前,还没有进行过改造工作。2004年,土耳其电力总局委托法国电力公司水电工程中心(EDF-CIH)制订一个规划大纲并对优选的项目提出一份可行性研究报告。该任务从2004年7月开始,2005年3月完成,并另由法国电力公司未参与该规划开发工作的几位工程师对规划大纲进行评估,以保证大纲为水电专家所理解,并有现实意义。
这个实例研究了在土耳其如何应用这个大纲,对决策有什么予期,大纲又怎样指导具体改造扩建项目的实施。在完成需求审查和原有设施基本情况的评估等过程后,确定了5个规模不同的项目,从一项设备的改造到整个电网全部设施的更新。该5个项目为:
1)更新135万kW的柯班电站;
2)对幼发拉底河流域所有水电站全面运行情况的更新;
3)对萨卡耶河流域主要水电站的改造;
4)提高少数几个主要水电站的水轮机效率;
5)改进少数几个主要(有战略意义的)水电站的服务设施,如担任旋转备用和全停电后的起动能力等等。
按照大纲工作步骤进行,柯班水电站被选为在土耳其进行改造、扩容的最佳项目。建在幼发拉底河上的柯班电站是土耳其第三大水电站,分两阶段建成的:柯班1站为4台15.75万kW,于1974年投产;柯班2站为4台18万kW,于1985年投产。
然后对柯班改造项目进行可行性研究,以确定项目的具体细节,包括所需成本与收益。该项目的改造任务为:
1)更新水轮机导叶以减少渗漏;
2)将柯班1站的发电机定子线圈更换为F级绝缘以增加机组出力;
3)将柯班2站的发电机定子接线恢复到原来的性能与效率;
4)改造频率与电压调节系统;
5)改造机组控制系统;
6)实施一套全自动控制系统。
根据评估结果,业主决定实施改造计划,于2006年开工,2011年完工。编制工程设计与设备订货任务的咨询单位已经选定。主要招标工作计划于2006年底起动。目前,业主正在为此筹资。
“大纲”在土耳其改、扩项目中的成功应用,说明其实用性,可作为决策者的有力工具,并适应国家在时间和任务范围方面的限制。该大纲可使改扩项目的决策和实施过程更为有效,并保证所选项目在水电对持续发展的一般贡献范畴内发挥全面效益。
实例研究之二:中国新疆
受世界银行委托,亚太地区小水电研究培训中心于2004年派专家组对新疆小水电作了系统调查,并对20余座电站作了深入的考察。考察报告认为新疆现有119万kW小水电站运行时间都已有20~40年,存在问题很多。经分析和初步规划、筛选,提出了有必要改造、技术上可行、且今后有能力归还贷款的15座小水电站,作为第一批改造项目,这批项目原有装机总容量10.4万千瓦,改造、扩容后可增容2.98万kW,约为原有装机容量的29%,需要投入资金约1亿元,平均每千瓦投资3600元,远低于当地新建电站投资6000~8000元/kW。说明更新改造的经济效益是十分明显的。
考察报告指出,现有小水电存在的问题为:机组性能落后,制造质量差;控制、保护设备陈旧,自动化程度低;机组部件磨损与汽蚀严重;有的设备严重老化,绝缘下降等等。并提出技术改造的规划方案与原则。对需要改造的电站进行分类,采取不同改造方式。针对电站具体情况,因地制宜、进行优化设计,紧密结合和妥善处理各个电站的不可变或不宜改变的制约条件,在有限的投资情况下,尽量增加年发电量、提高电站经济效益。不同电站大体分类如下:
1)需要对设备进行整体更换的;
2)主设备局部改造,辅机及电气控制、保护设备整体更换;
3)对现在的实际水头或流量比原设计大的或小的电站,可增容改造或减容改造。
改造规划除对上述各类改造提出了详细技术方案和措施,还对增容改造的电站提出了一些关键性技术环节。
从规划的原则、实施细则及其可操作性来看,和法国电力公司编制的“大纲”,有许多相似之处,又有一些不同之处,可以互为补充。利用二者结合的方法,可作为今后一个国家或一个地区小水电改造规划的指导,可能产生理想的效果。
参考文献:
关键词:小水电站;设计;经验
1水轮机的选择
水轮机是水电站一个十分重要的设备,水流的动能和势能转换成机械能就是通过水轮机来实现的。水轮机选择合理与否,直接影响到机组的效率和运行的安全性、经济性。
1.1机组台数的选择
农村小水电站机组台数与电站的投资、运行维护费用、发电效益以及运行人员的组织管理等有着密切的关系。通过多年设计和运行经验表明:农村小水电站机组台数一般为1~4台,且型号应尽量相同,以利于零部件通用和维修管理方便,其中每座电站2台机组居多。
1.2水轮机型号的选择
水轮机型号的选择合理与否,直接影响到水轮机的运行效率、汽蚀和振动等。选择型号时,既要考虑水轮机生产厂家的技术水平和运输的方便程度,又要确保水轮机常处于较优的运行工况,即尽量处于水轮机运转特性曲线图的高效区。尤其是机组运行时,水头的变化不要超过水轮机性能表的水头范围,否则会加剧水轮机汽蚀和振动,降低水轮机效率。
1.3机组安装高程的确定
水轮机的安装高程不能超过水轮机允许的最大吸出高度,否则会引起水轮机转轮的汽蚀、振动等不良现象,因而缩短机组的运行寿命。
(1)卧式机组:安=Z下+hs-/900-D/2
(2)立式机组:安=Z下+hs-/900
式中Z下——尾水渠最低水位(m);
hs——水轮机理论吸出高度(m),查水轮机应用
范围图及hs=f(H)曲线;
D——水轮机转轮直径(m);
——水电站厂房所在地的海拔高程(m)。
为了消除或减轻水轮机汽蚀,可将计算出的安降低0.2~0.3m确定安装高程。
2电气主接线的拟定
小水电站的电气主接线是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据之一。农村小水电站装机容量往往有限,一般装机台数不超过4台,相应电站的电压等级和回路数以及主变的台数都应较少。考虑到小水电站(尤其是单机100kW以下的微型电站)的机电设备供应比较困难,运行和管理人员的文化、业务素质普遍较差,从进站到熟练掌握操作、检修、处理故障及优化运行等也有一个过程。因此,农村小水电站的电气主接线在满足基本要求的前提下,应力求采用简单、清晰而又符合实际需要的接线形式。
对于1台机组,宜采用发电机—变压器组单元接线;对于2~3台机组,宜采用单母线不分段接线,共用1台主变;对于4台机组,宜采用2台主变用隔离开关进行单母线分段,以提高运行的灵活性。
3电气测量及同期装置
并入电网运行的小水电站电气测量应包括:三相交流电流、三相交流电压(使用换相断路器和1只电压表测量三相电压)、有功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能、励磁电流和励磁电压等的监视和测量。发电机的测量、监视表计、断路器、互感器及保护装置等装在控制屏上(发电机控制屏);电网的表计、断路器、同期装置等装在同期屏上(总屏)。
保护装置
农村小水电站主保护装置的配置应在满足继电保护基本要求的前提下,力求简单可行、维护检修方便、造价低及运行人员容易掌握等。
4.1过电流保护
单机750kW以下的机组,可以采用自动空气断路器的过电流脱扣器作为过流及短路保护,其动作整定值可以通过调整衔铁弹簧拉力来整定,整定值一般为发电机额定电流的1.35~1.7倍。为了提高保护的可靠性,还可采用过流继电器配合空气断路器欠压脱扣器作过流及短路保护,继电器线圈电源取自发电机中性点的1组(3只)电流互感器,继电器动作值亦按发电机额定电流的1.35~1.7倍整定。
原理:当发电机出现短路故障时,通过过流继电器线圈的电流超过其动作值,过流继电器常闭接点断开,空气断路器失压线圈失电而释放,跳开空气断路器主触头,切除故障元件——发电机。
4.2欠压保护
当电网停电时,由于线路上的用电负荷大于发电机容量,此时电压大幅度降低,空气断路器欠压线圈欠压而释放,跳开空气断路器,以防电网来电造成非同期并列。
4.3水阻保护
当发电机因某种原因(如短路、长期过载、电网停电等)突然甩负荷后,机组转速会迅速升高,这种现象叫飞逸。如果不及时关闭调速器和励磁,可能造成事故。一般未采用电动调速的农村小水电站可利用三相水阻器作为该保护的负荷。
水阻器容量按被保护机组额定功率的70%~80%左右考虑。如果水阻容量过大,机组甩负荷瞬间,将对机组产生较大的冲击电流和制动力,影响机组的稳定,严重时可能造成机组基础松动。反之,如果水阻容量过小,达不到抑制机组飞逸转速的目的。水阻器采用角钢或钢板制成三相星型、三角型均可。
对于单机125kW及以下的电站,水阻池内空,以长为机组台数×(0.7~1)m,宽为(0.7~1)m,深为0.6~0.8m为宜,同时考虑机组容量大小,应在短时间内(如3~5min)不致于将池中的水煮沸。
在调试水阻负荷大小时,应在水中逐渐施加水阻剂,调试水阻负荷,直到达到要求为止。
4.4变压器过载、短路保护
变压器高压侧采用跌落式熔断器(或SN10-10型少油断路器)作过载、短路保护。运行经验表明,额定电压为6~10kV的跌落式熔断器只能用在560kVA及以下的变压器,额定电压为10kV的跌落式熔断器只能用在750kVA及以下的变压器。当变压器容量超过750kVA时,应采用油断路器。跌落式熔断器熔丝按下列公式选择:
当Se<100kVA时,熔丝额定电流=(2~2.5)×高压侧额定电流;当Se≥100kVA时,熔丝额定电流=(1.5~2)×高压侧额定电流。
4.5变压器的防雷保护
在设计水电站工程时,一定要对工程周边的水环境非常了解。当水电枢纽建筑在拦河坝的轴线上时,我们可以选择其中适合的一方设计厂方,需要对左右厂方对比之后再选择合适的地址。其次拦河坝的位置和拦河坝对水位的影响要进行分析,拦河坝对水流所产生的影响要认真分析。船闸的选择和布置,也需要根据溢流拦河坝进行分析之后再做决定,溢流坝需要考虑其泄流能力。这样就涉及到如何选择水轮机的问题。水轮机是一个电站必不可少的运行设备。其中,水流的动能和势能之间机械式的相互转换就是通过水轮机的工作才实现的。水轮机的选择一定要合理,因为其工作状况直接影响到机组的效率和运行的经济性和安全性。其中,通过多年的设计经验总结得来,一般农村的小水电枢纽设计的机组台数一般是4台以下,最好选择合适的同型号的机组一起并联使用,这样便于在运行出现故障的情况下更换相同的零部件,降低维修成本。水轮机型号的选型设计,也关系到水电枢纽建筑的运行状况。我们需要选择标准化的厂家生产出来的水轮机,最重要的是水轮机的运行工况,需要水轮机选运转特性曲线图处于高效率的区域。特别是在机组进行运行时,需要在谁能机性能范围以内的水头变化,不然的话会加剧水轮机的震动和腐蚀,从而降低了水轮机的使用寿命和运行效率。
2枢纽建筑物设计
2.1溢流坝
水电枢纽建筑设计第一步,就是要设计合理的溢流坝。溢流坝的布置位置一般选择河床偏右边的主的河槽中,其中主要包括了左岸梯形溢流坝和右岸梯形溢流坝。在设计的过程中,溢流坝的长度和坝顶的高程都需要根据现场的实际情况来进行设计,坝体的布置形式也需要因地制宜。不同形式的布置形式,对于坝体在工作中的作用会有很大的影响,所以说,任何情况下我们都需要根据现场的水流情况,结合实际的运行工况需求,设计合理的溢流坝形式。
2.2厂房及开关站
小水电枢纽的厂房和开关站的设计也很重要。其中这两个因素的设计,受到水电站水流的大小和水流的形式影响。根据建筑现场的实际情况,在河床的左岸,溢流坝段左侧布置厂房。在设计的过程中,副厂房和主机的安装位置,也受到水流的影响,因此都得根据现场的实际情况,选择厂房的大小和厂房机组的布置位置。其中机组与机组之间的间距,也需要根据厂房的大小和机组的多少来进行合理的布置。选择好合适的机组以后,就需要对机组的安装条件进行考虑,尤其是水轮机的安装高度,水轮机的安装高度,直接影响到流道的进水高程和出水高程,所以水轮机需要客观的安装在合适的位置。根据机电设备布置和实际运行过程中工作的需要,管道层的高程和运行的高程都需要认真分析计算之后再确定。厂房的大小,其中最重要的就是厂房的高度设计,也受机电设备安装高度的影响。开关站的布置位置可以是最高层的副厂房内,设置成为室内的开关站,便于在机电设备运行的过程中,进行先关的操作。主变压器设于安装间下游坝顶平台上。
2.3厂区
由于小水电枢纽的建筑设计,受到地势的影响,因此我们需要考虑到厂区的设计。根据现场生活区和厂区的地势之间的实际情况,考虑到洪水的高位和地位状态,从而考虑如果直接把厂房的上下游墙用来挡水的情况。由于在厂房设计的过程中,需要考虑到防洪过程中厂房是否能够发挥最大的作用,因此厂房旁边一般需要设计一个较深的缓冲沟,根据平时的设计经验,其深度一般10m左右。用厂房开挖的渣滓将缓冲沟进行回填,这样也省去渣土外运的中间环节。另外,沿着重构的地步需要预设一条排沟暗沟,这条暗沟的宽度一般控制在1m左右就比较合适了。另外在这些缓冲沟和排沟暗沟的沿线,一定要间隔一定的距离,设置一个检查井,方便运行出现问题时,能够及时的找到问题发生的位置并及时做出应急处理,保证小水电枢纽的正常运行。
2.4坝基处理
根据水电站附近的地质钻探结果,并结合小水电枢纽沿线的不同坝段、厂房段基岩为弱风化粉砂质泥岩,岩体节理裂隙较发育,可以对水电枢纽当地的泥土岩石的发育进行一定的了解和分析。其地质的结构和吸水率也可以利用现有的先进仪器,分析和检测出来。坝基是小型水电枢纽建筑的基础,其在水电站正常运行的过程中,不断的经受各种各样现实环境的考验,所以需要选择岩石层非常合适的地方。其地址结构中泥土和岩块的组成都需要符合建筑设计的要求。我们要在设计的过程中,充分考虑一切可能出现的情况,选择自然环境和地理条件最合适的地方进行坝基的建设。在必要的时候,我们可以采用混凝土填的方式对坝基进行加固处理。对于被深挖的坝基,也可以采用混凝土回填的方式进行处理,其目的都是为了使坝基更加牢固。总之,坝基的开挖和填充处理,都必须要保证大坝在未来运行的过程中,能承受最大的水流通过时的运行工况,能够保证在最恶劣的条件下,大坝的基础工程也是稳如泰山的。这样才能保证小水电枢纽的其他组成部分正常稳定的运行,从而发挥其作用和社会价值,更好的为人们的生活提供服务。
关键词:小水电;财务评价;财务内部收益率;上网电价;加权平均资金成本
1995年7月水利部颁发了《小水电建设项目经济评价规程》(SL16-95),以下简称《评价规程》。随着市场经济体制改革的深化和电力市场情况的变化,原国家计委2001年4月23日了“国家计委关于规范电价管理有关问题的通知”(计价格[2001]701号),通知要求新投产机组按发电项目经营期核定平均上网电价。
市场化后,许多私人、社会法人,纷纷投资小水电。作为投资者追求的是利润;作为电网,通过市场的竞争,竞价上网,电价低、质量高的电站成为首选。因此,在新形势下小水电如何进行财务评价,才能更准确更合理地反映小水电站的优劣,据以判别项目的财务可行性,是一个亟待进一步探讨的课题。
1小水电财务评价方法
《评价规程》采用的是“新电新价”或还贷期反推电价,以全部投资财务内部收益率及固定资产投资贷款偿还期为主要指标,并以财务净现值、投资利润率、投资利税率、静态投资回收期及资产负债率为辅助指标。将求出的所得税后财务内部收益率(FIRR)与小水电的基准收益率ic进行比较,当FIRR≥ic时,即认为建设项目财务评价可行。
根据原国家计委计价格[2001]701号文,上网电价改为按经营期核定;对水电企业,经营期按30年计算,原则上按18~25年归还贷款计算还本付息额。
《评价规程》规定小水电生产经营期一般采用20年,那么在进行财务评价时只要在生产经营期20年内还清贷款,没有必要对还贷期做硬性规定,应由市场来决定,即由业主、银行根据项目的还贷能力和各方的期望值协商确定,只有这样才能符合实际情况。
建议:(1)上网电价等于或低于同期投产的其它电站。
(2)选择所得税前净现金流量进行计算(融资前分析),它不受融资方案和所得税优惠政策改变的影响,用于考察项目是否基本可行(将求得的所得税前财务内部收益率FIRR与设定的基准收益率ic进行比较,当FIRR≥ic时,即认为项目的盈利性能够满足要求),并值得去融资。
资本金比例不得小于规定的(占项目)总投资20%,对各种可能的资本金方案进行最大还贷能力测算和资本金现金流量计算,供投资者决策时参考。当资本金内部收益率大于或等于最低可接受的收益率时,说明资本金获利水平大于或达到了要求,项目是可以接受的。
2财务基准收益率
基准收益率是企业或行业或投资者以动态的观点所确定的、可接受的投资方案最低标准的收益水平,确定基准收益率的基础是资金成本和机会成本,而投资风险和通货膨胀是必需考虑的影响因素。由于小水电项目资金来源于自有资金和贷款,其最低收益率不应低于新筹集权益投资的资金成本与贷款利率的加权平均值,即不应低于项目加权平均资金成本。
《评价规程》财务基准收益率为10%,而现在银行5年期以上贷款年利率为6.12%,显然已不合理。从目前来看,财务基准收益率在5年期以上贷款利率6.12%加向银行贷款而支付的手续费及一个适当的风险贴补率约为7%~8%(项目的现金流量是按基年不变价计算的,已排除通贷膨胀因素的影响),小水电建设项目就会有盈利。
于财务基准收益率,笔者认为,在市场经济条件下,无需行业统一设定,可由评价者自行设定。因为不同的人,或者从不同的角度考虑,对投资收益会有不同的期望值,投资者无需从什么行业的角度来考察项目;另外,同一行业的建设项目外部条件也千差万别,我国地域辽阔,东西部水资源量、利用程度差异均较大,各不相同,也很难定出一个全国都适用的数值。
3年运行费
《评价规程》中职工福利按工资总额的14%计,随着社会主义市场经济的完善,保险费、劳保统筹费、住房基金、医保失业基金等过去没有的费用,现在也应运而生了,按有关文件,它分别占固定资产价值的2.5‰,工资总额的17%、8%~10%和10%,这些都应计入小水电的年运行费用中。
4应付利润
《评价规程》中应付利润,按资本金的15%计算,即应付利润率为15%。而现在银行5年期以上贷款年利率为6.12%,显然已不合理。
众所周知,可分配利润(税后利润)提取盈余公积金、公积金后为可供投资者分配的利润,可供投资者分配的利润提取分配给投资者的应付利润为未分配利润(还贷利润),应付利润按应付利润率计算。由于应付利润按生产期统一一个应付利润率计算,往往出现生产期前几年可供投资者分配的利润小于应付利润,未分配利润(还贷利润)为0。实际上投资者在生产期前几年得不到按应付利润率计算的应付利润,因此应由可供投资者分配的利润大于应付利润的年份弥补生产期前几年应付利润的不足。
5资产负债率
资产负债率表示企业总资产中有多少是通过负债得来的,是评价企业负债水平的综合指标。《评价规程》中资产负债率是反映小水电项目层次的财务风险程度和偿还债务能力的指标。
一般认为小水电的收入稳定、回收可靠,不存在大的投资风险,从项目层次上小水电项目自身收益可以偿还债务,银行又规定了资本金最低比例,经考察发现,小水电项目建设期最大资产负债率,比银行贷款占固定资产投资的比例,仅多几个百分点,因此项目层次的资产负债率计算意义不大,我们认为无需计算该指标。
6结束语
上世纪70年代以来,由于石油价格飞涨、矿石燃料储蓄量的有限性及其严重的温室效应,世界对可再生能源的兴趣持续升温,技术最成熟、经济最可行的小水电尤其受到青睐。上世纪早期就积极开发小水电的西方发达国家,到70年代已经停止发展并废弃了大量小水电站,这时又开始重新发展,包括新开发和恢复更新、改造旧电站。一批发展中国家,也纷纷制订了宏伟的计划,兴建了一批小水电站。经过几十年的运行,许多电站陆续开始老化。最近有一家“水电设备协会”(HEA)从在该协会登记的世界范围小水电站机电设备订货清单中发现近10年来世界性水电站更新改造的潜力有了很大增长。特别是北美洲与欧洲一些国家的小水电站大多是在50年代至80年代建造的,它们所属更新设备的份额在今后10年内估计将保持70%左右(见表1)。
从表1可看出,2004年的估计,北美和欧洲需要更新改造的小水电总容量达到680万kW,这是个不小的数目。加上中、南美洲,中东及非洲,全球估计接近1000万kW。他们对更新改造设备的投入按每千瓦100美元估计,共需10亿美元。事实上,许多改造项目,每千瓦100美元是不够的。
以上统计数字均未包括中国的。
中国小水电大规模建设始于70年代,许多电站迄今已运行10~30年以上不等。据前几年不完全统计,大致情况如下(见表2):
经初步了解,有更新改造、扩容需求的小水电站约为8000MW,这些电站普遍技术性能差,不同程度存在许多技术问题:如运行不稳定,长期在非优工况下运行,出力不足;或泥砂磨损与汽蚀严重,转轮亟待更换;有的原设计、水文资料不足,使机组选型不当等等。
受世界银行委托,亚太地区小水电研究培训中心于2004年对新疆小水电改造规划作了专题考察,提出了报告。详情见本文实例研究之二。
2改造扩容工作需要有序进行
对旧电站的更新、改造、扩容和开发新电站一样,也应当有序进行,而不能随意、一轰而上。面对全球现有水电站需要更新、改造与扩容的巨大潜力,众多的国际机构,包括世界银行、国际能源署以及国际水电协会等等都纷纷看好这个市场,给予了充分重视。他们注意到,更新改造对现有电站运行性能的改善、效益的提高、寿命的延长都能起到显著作用。为此,世界银行于2004年就委托法国电力公司水电工程中心研发、编制一套旧电站更新、扩容的规划、决策大纲,用以促进现有电站的业主们对旧电站重新投资,予以更新。该大纲于2004年12月编制完成,其目的是帮助决策人员对水电站的更新扩容工作制订出合理的规划以及最佳的实施时间表。
这个大纲全名“大坝与水电站更新改造扩容的规划与决策大纲”,可用以指导大坝与水电站改造扩容过程中的选站、审批、投资及实施等各个环节,使之有序顺利开展并获得较高的内部收益率(IBR)。大纲里所指的更新改造还包括大坝安全与水资源的优化利用。
如前节所说,全球水电站更新改造与扩容的潜力约为1000万kW(不包括中国),水电设备协会(HEA)估计,总需投资至少10亿美元。这么大的投资规模必须在合理规划指导下,有序进行。
水电站是一项长期投资、运行费用极低的工程,可以惠及几代人。项目的初期投资一经归还(如10年左右),这项水电资源所提供的财务、经济、环境和社会效益几乎可延续上百年,作为水与能源交换的一种主要方式,它可以成为全社会持续发展的一个重要工具。
虽然改造扩容工作可以使现有旧电站发挥最大效益,从而对水资源的可持续利用作出贡献,但是电站的性能在运行年限内还受其他一些因素的影响,例如设计、施工和维修的质量。因此,有必要深入研究并明确改造、扩容的具体内容及其定位。
一般说,正确的维护、修理对保证水工结构和机电设备的正常运行是十分重要的,但维修不能完全消除设施的老化过程,因此到了一定时段,为了避免电站收入减少,以及运行维修费用的增加,更新改造仍是必须的。国外有专家把维修和更新改造对电站性能的影响定性地画出一幅曲线图,形象地表示更新、改造的时间。如图1所示,当电站性能降低到加速恶化前,就必须利用更新改造将其恢复到原设计水平;还可通过扩容等手段,进一步提高性能。如何确定这个点,就是我们所要研究的问题。
更新改造与维修和新建项目都有很大不同。并有可能陷于二者之间而被忽视,使决策人不能正确估计改造扩容的方案在满足水与能源增长的需求中的作用。这也是世界银行要求开发这种决策方法的原因,使决策人能够正确评估改造扩容的效益。
3改造扩容规划决策大纲的框架
法国电力公司编制的这个决策大纲为改造扩容项目提供了一个实用的决策方法,用以选择易于吸引投资、便于实施的优化项目。大纲的实施按下列6个步骤进行(见图2):
1)先对大坝和水电站作一个基本情况评估,包括扩容和性能优化方案的鉴定;
2)对已明确的水量和电力供应、以及安全、环保与社会发展的需求进行审查;
3)根据上述2个步骤所取得的资料,明确可能改造扩容项目的规模;
4)以多条件定性分析的方法对一批可能的项目进行筛选,选出一批数目适当的项目供研究;
5)以多条件定量的方法对选出的项目进行排队,包括深入的经济分析以及确定风险等级、社会与环境性能、融资的可能情况和实施的时间进度等等;
6)对首选的几个项目编制一份实施计划,包括时间进度、预期的融资安排、设备采购措施、初步工作计划以及对可行性研究的任务要求。
上述大纲框架的最主要部分是各种需求的系统分析以及能否及时引入资金的情况,这二者影响最终结果。此外,这个大纲的方法也是为了将可比的项目数限制在合理的范围内,从而尽可能精简方案评估过程。
当然,这种方法并不能到处生搬硬套,而仍需要因地、因项目制宜,从明确主要目的开始,并对有些已经具备开工条件的项目多加考虑。
4改造、扩容的决策人与投资人需考虑的重点
除了上述决策方法外,法国电力公司还研究提出了一些建议供决策人和融、投资方考虑:
1)为便于旧电站基本情况评估,业主应建立并保存正确的运行、维修记录;
2)在决策过程中,应明确界定业主和运行单位各自应负的责任,以保证继续维护与改造扩容工作的顺利转换;
3)非结构性措施如水管理优化等应予充分挖掘;
4)改造、扩容实施(施工期)的“机会之窗”应充分论证、确定(如影响和费用损失最小的停机时间);
5)在充分利用设备供应商的现代新技术的同时,独立专家在决策过程中的重要作用也应予以重视;
6)采取与决策过程中不同阶段相适应的创新、灵活的设备订购方式;
7)为保证改造、扩容效益的持续性,还应建立一套新的健全的电站维护方案;
8)决策人在考虑新设施的方案时,还应同时研究现有设施扩容的方案;
9)对改造扩容的项目应考虑其现有环境与社会情况的处置,适当分配合作伙伴之间的利益、成本和责任;
10)应采用适当的规程以保证改造扩容项目的合理开发与实施;
11)对有些不能产生直接效益的改造扩容项目,如大坝安全项目,则需要多边投资机构的支持;
12)必须提高各类决策人(如电力公司,有关部门和投融资商等等)对改造扩容的特殊效益的认识。
5资金筹集问题
改造扩容项目的内部收益率IBR是很有吸引力的,常可达到20%以上,可以说是典型的高收益项目。但是,水电站的改、扩工程在头几年内的资金流还是要比火电站等项目差,所以仍可能面临资金不足的挑战。从图2的进程中看,选择对投资人具有吸引力的项目是第4步(即项目筛选)所需注意的重要条件。
在水电站的改造、扩建项目中,采用公、私合作多渠道融资及分期投入的方式是可行的。对多机组的水电站,改造、扩建期较长,但只要在第一台机改、扩完工后,即可先行投产,资金收入情况就会好转。这种分期投产的方式可以减少对投资的需求,还可以降低工程成本。因此,项目业主应当充分利用改扩项目的这种分期投入的创新的方法。当然,在项目实施的初期,还是需要多边投资机构(这是从国际上说。但从国内说还是要政府机构)的支持,而在部分机组投产后,就可由私营企业接管,继续投资。对于一些资本金不足的私营企业,政府仍是重要的推动者和靠山。
6实例研究
实例研究之一:土耳其
土耳其具有世界水电资源的1%左右,土耳其电力总局(EUAS)和其他一些主管部门研究的成果表明,土耳其的技术经济可开发的水电资源为3500万kW,其中有340万kW正在开发施工中。
土耳其电力总局拥有100多座水电站,总装机容量1160万kW,其发电量为全国电力的113。这些电站中,有的是早在1902年投产的,容量从0.2~240万kW。直至2004年以前,还没有进行过改造工作。2004年,土耳其电力总局委托法国电力公司水电工程中心(EDF-CIH)制订一个规划大纲并对优选的项目提出一份可行性研究报告。该任务从2004年7月开始,2005年3月完成,并另由法国电力公司未参与该规划开发工作的几位工程师对规划大纲进行评估,以保证大纲为水电专家所理解,并有现实意义。
这个实例研究了在土耳其如何应用这个大纲,对决策有什么予期,大纲又怎样指导具体改造扩建项目的实施。在完成需求审查和原有设施基本情况的评估等过程后,确定了5个规模不同的项目,从一项设备的改造到整个电网全部设施的更新。该5个项目为:
1)更新135万kW的柯班电站;
2)对幼发拉底河流域所有水电站全面运行情况的更新;
3)对萨卡耶河流域主要水电站的改造;
4)提高少数几个主要水电站的水轮机效率;
5)改进少数几个主要(有战略意义的)水电站的服务设施,如担任旋转备用和全停电后的起动能力等等。
按照大纲工作步骤进行,柯班水电站被选为在土耳其进行改造、扩容的最佳项目。建在幼发拉底河上的柯班电站是土耳其第三大水电站,分两阶段建成的:柯班1站为4台15.75万kW,于1974年投产;柯班2站为4台18万kW,于1985年投产。
然后对柯班改造项目进行可行性研究,以确定项目的具体细节,包括所需成本与收益。该项目的改造任务为:
1)更新水轮机导叶以减少渗漏;
2)将柯班1站的发电机定子线圈更换为F级绝缘以增加机组出力;
3)将柯班2站的发电机定子接线恢复到原来的性能与效率;
4)改造频率与电压调节系统;
5)改造机组控制系统;
6)实施一套全自动控制系统。
根据评估结果,业主决定实施改造计划,于2006年开工,2011年完工。编制工程设计与设备订货任务的咨询单位已经选定。主要招标工作计划于2006年底起动。目前,业主正在为此筹资。
“大纲”在土耳其改、扩项目中的成功应用,说明其实用性,可作为决策者的有力工具,并适应国家在时间和任务范围方面的限制。该大纲可使改扩项目的决策和实施过程更为有效,并保证所选项目在水电对持续发展的一般贡献范畴内发挥全面效益。
实例研究之二:中国新疆
受世界银行委托,亚太地区小水电研究培训中心于2004年派专家组对新疆小水电作了系统调查,并对20余座电站作了深入的考察。考察报告认为新疆现有119万kW小水电站运行时间都已有20~40年,存在问题很多。经分析和初步规划、筛选,提出了有必要改造、技术上可行、且今后有能力归还贷款的15座小水电站,作为第一批改造项目,这批项目原有装机总容量10.4万千瓦,改造、扩容后可增容2.98万kW,约为原有装机容量的29%,需要投入资金约1亿元,平均每千瓦投资3600元,远低于当地新建电站投资6000~8000元/kW。说明更新改造的经济效益是十分明显的。
考察报告指出,现有小水电存在的问题为:机组性能落后,制造质量差;控制、保护设备陈旧,自动化程度低;机组部件磨损与汽蚀严重;有的设备严重老化,绝缘下降等等。并提出技术改造的规划方案与原则。对需要改造的电站进行分类,采取不同改造方式。针对电站具体情况,因地制宜、进行优化设计,紧密结合和妥善处理各个电站的不可变或不宜改变的制约条件,在有限的投资情况下,尽量增加年发电量、提高电站经济效益。不同电站大体分类如下:
1)需要对设备进行整体更换的;
2)主设备局部改造,辅机及电气控制、保护设备整体更换;
3)对现在的实际水头或流量比原设计大的或小的电站,可增容改造或减容改造。
改造规划除对上述各类改造提出了详细技术方案和措施,还对增容改造的电站提出了一些关键性技术环节。
从规划的原则、实施细则及其可操作性来看,和法国电力公司编制的“大纲”,有许多相似之处,又有一些不同之处,可以互为补充。利用二者结合的方法,可作为今后一个国家或一个地区小水电改造规划的指导,可能产生理想的效果。
参考文献:
关键词:小水电;造价控制;限额设计;优化设计
引言
从环保和可持续发展的目标出发,对支持和加速可再生能源发展的技术、市场、政策与资金等正受到各国普遍关注。小水电工程由于具有品位高、技术相对成熟、产业化程度高等特点受到政府以及投资商的青睐,并逐步成为我国可再生能源结构中不可忽视的组成部分。而浙江省小水电无论在开发绩效还是制度创新上都走在了全国的前列。截至2006年末,浙江省小水电装机容量达30338万kW,占全省可开发水电装机的49%,成为浙江省能源中不可或缺的一部分。
当然,浙江省红火的小水电市场发展,离不开一批致力于水电事业的民营企业家。据不完全统计,截至2006年,民营资本占浙江省小水电总资产的70%,而如今浙江水电民营资本正在向西部地区转移。这当然有可开发资源萎缩以及一些体制因素的影响,但投资成本上升却是占有不可忽视的作用。上世纪90年代初,浙江省的小水电的单位装机容量造价指标是2000-3000元/kW,然而目前单位装机容量造价指标已经达到8000~1000元/kW,十几年的时间,造价成本上涨了4倍。究其原因,当然有物价上涨,贷款利息上升,还有政策处理费用增加等不可控的原因,但也不乏人为的因素,其中投资控制不严也是原因之一。因此,探询影响投资的原因,找寻造价控制的方法是振兴省内小水电市场的途径之一。而要作好工程的造价控制,就必须把造价控制贯穿于工程建设全过程,即对项目的投资决策阶段、设计阶段、招投标阶段、施工阶段和竣工阶段等各阶段的投资控制在批准的投资限额之内,随时纠正发生的偏差,保证项目投资管理目标的实现,以求在该项目中能合理利用人力、财力、物力.并取得较好的投资效益和社会效益。真正地做到投资估算控制设计概算,设计概算控制项目的实施预算.实施预算控制好合同价格。
1、项目决策阶段
项目决策阶段即可行性研究阶段,造价控制工作的中心是进行建设项目的多个方案的比选。在这阶段,设计人员要和造价工程师进行密切的沟通。从坝型比较、引水方式、装机容量、泄洪方式、坝址选择、水位比较、施工导流方式、围堰的结构比较等方面进行多方案、全方面的比选,用经济效益最优的方法选择方案。另外还需加强对新工艺、新材料的运用和比较。比如碾压混凝土筑坝技术,水电站虹吸式进水口技术和橡胶坝、玻璃钢管等新材料的应用等。通过多方案比较后,确定的可行性研究投资估算对后续阶段的投资控制具有指导意义。建设项目的可行性研究及投资决策是产生工程造价的源头,合理确定造价是评估建设项目、开展后续工作的关键。
2、项目设计阶段
过去许多业主认为投资控制的重点在工程施工阶段,忽视设计阶段的投资控制。但经研究发现,设计对项目投资的影响,在可行性研究阶段为75%~95%,在技术设计阶段为35%~75%,在施工图设计阶段为5%~35%。由此可见,项目投资控制的关键在于施工前的投资决策阶段和设计阶段,而在项目做出决策后,控制项目投资的关键就在于设计。设计费虽然只占水电站工程全寿命费用的1%。但这1%的设计费用决定了以后的费用,可见设计质量对项目建设的投资控制的重要性。
在初步设计阶段,造价控制内容要做到:
1)对可行性研究阶段确定的各个方案进一步的优化设计。设计人员应做好限额设计,即初步设计概算限制在可行性研究投资估算范围内。要避免设计人员出于自身考虑,设计过于保守,选择的设计参数往往偏大,使得工程造价经济性偏低。避免限额设计流于形式,并未真正的发挥作用。
2)设计人员应对工程项目尽量细化,以便造价工程师能确定合理的造价。避免因设计人员的项目过粗,使得造价工程师在编制相应部分的投资时只能按指标的形式计列,造成概算准确性降低。
3)造价工程师应确定合理的材料预算价格和设备价格。过去为节省工作量,往往造价工程师未能对材料、设备进行市场调查和研究,只是根据信息价格和设备行业参考价编制概算,使得有些价格存在偏高或偏低的情况;从而使得设计概算与实际存在一定的距离。
4)造价工程师与施工设计人员应对单项工程的施工措施进行比选,使工程单价的合理性和经济性相协调。合理的利用弃碴,降低工程造价。
综上所述,在设计阶段,无论是设计人员还是造价工程师都应本着为业主节省投资的宗旨出发,深挖设计潜力,合理确定价格,编制出经济合理的设计概算,为招标阶段确定合理的限价、施工阶段的控制施工图预算发挥作用。
3、项目招投标阶段
项目招投标阶段也是造价管理的重要组成部分。在这一阶段,造价控制要做好以下工作。
3.l确定合理的分标方案
合理分标不仅可以减少因分标过多而带来的各标段的交叉纠纷事件,还可以减少因分标过多而造成临时场地的分配问题以及临时设施费用和工程费用的增加。某水电工程,由于业主考虑非工程的原因应该是1个标段的内容人为地分成2个标。结果造成在同一工作面上,出现2个承包单位共用1条施工道路的局面。双方因此多次发生纠纷,造成工程多次停工,给业主造成不必要的损失。
3.2确定合理的限价
由于在目前水电工程项目的招标过程中,商务评审往往采用“最低合理价法”,即在通过技术标评审的各投标单位中,选择最低合理价的投标单位为中标单位。为防止各投标单位串标,哄抬报价,业主往往需要编制最高限价,把中标价格控制在预期的价格中,从而减少施工造价。这就需要造价工程师在编制限价时,不仅应了解工程的施工现场,施工的总体布置,确定合理的施工工艺、方法以及施工组织设计,还应了解每个单项工程的实际施工价格水平,从而确定合理的工程单价。这样才能使得编制的限价既符合工程实际,又体现市场竞争。
3.3做好招标文件的编制工作
由于目前水电工程大都采用工程量清单型的单价合同的承包方式,因此签订合同时的合同价只是一个暂定价格或预测合同价格,不是最终的合同价格。这就要求首先工程量清单的项目应尽量详细,其次招标阶段招标图纸尽量采用施工详图,最后合同条款上应尽量的详实和全面。只有这样才能保证下一施工阶段的合同管理顺畅。
4、项目施工阶段
在项目施工阶段,造价管理同样不容忽视。工程施工阶段是建筑产品形成阶段,对建设项目全过程造价管理来说也是最难、最复杂的阶段。在这一阶段,业主要处理好“质量,进度,投资”三者关系,既不能一味的抓质量和进度,轻视造价控制,也不能片面强调造价控制而忽视质量问题。要想处理好三者的关系,业主不仅需要配备懂技术的管理人员,而且需要精通造价控制和合同管理的管理人员。通过他们可以达到以下目的。
4.1减少索赔的费用
水电项目的施工过程往往涉及面广、技术难点多、地质复杂及工期长,在施工过程中经常发生设计变更和地质变更;同时由于业主在招标阶段未能考虑充分,在条款的制定上不能表现详实,出现招标文件、技术规范、合同文件不一致以及由于承包方在投标阶段低价中标等原因;使得在施工阶段承包方提出种种索赔,提出诸如“窝工费”、“误工费”等费用和工期的索赔事件。过去,业主由于缺乏懂造价和合同的人员以及反索赔经验,面对索赔无以应对,往往把按合同规定不该赔付的费用也支付给承包方,最终造成工程结算价超出工程概算。要避免上述情况的发生,就必须聘用一些懂技术和造价,懂合同的专业人员,制定一系列应对索赔的条例,从而减少索赔的费用支出,减少施工期的费用增加。
4.2合理处理“质量,进度,投资”三者关系
进行施工阶段的造价控制,处理好“质量,进度,投资”三者关系也是关键。首先制定了合理的进度安排,才能减少类似于“施工赶工费”之类额外费用的增加。其次质量是工程发挥效益的保障,如果一味为减少投资而影响工程质量,则不仅使得形成的固定资产的使用寿命缩短,还会且因质量问题而增加返修的费用,使得投资增加。
5、项目竣工结算阶段
竣工结算阶段是工程造价管理的最后阶段。该阶段造价控制的工作包括:
1)认真审核承包方的工程结算,剔除不合理计取的工程量、高套定额、高取费用、不切合实际的签证、不合理的施工措施等增加的费用;
2)根据所掌握的材料价格信息,审查调价材料的价格是否合理;
3)实行合同逐项审查制度,使工程造价通过具有法律约束力,合同得以确认和控制。实践证明,通过项目的全过程造价控制可以大大地降低工程投资。
例如,浙西某小水电项目的业主在建设过程中实施的造价控制,得到了较好的经济效益。
在项目可行性研究阶段,设计人员本着为业主服务的原则.对项目进行了坝型、坝址、水位等一系列方案的技术和经济的比选。通过对混凝土拱坝,堆石坝,碾压混凝土坝3个坝型的比较,最后选择投资省,施工工期短的混凝土拱坝,从而减少投资100万元。
在设计阶段,设计人员和造价工程师严格执行限额设计。通过对坝体优化设计,减少C2O混凝土拱坝1000m3,降低投资达30万元。同时,对坝基开挖的石碴进行合理施工组织,部分利用到发电厂的场地平整,部分作为原料轧制碎石,部分捡集为块石。通过弃碴利用节约投资达50万元。在招投标阶段,通过制定合理的限价,使得投标价低于概算的70%。太大地降低了施工造价。
在施工阶段,由于在施工招标阶段,对台同条款进行了周密的编写,大大降低了索赔的费用。
1.1水土流失的影响
众所周知,贵州山区的地质条件极为恶劣,山地的高低不平也会给水流失现象严重。对山区进行小水电开发时,建造取水坝、厂房以及引水扭枢纽的过程中,极易造成区域的水土流失现象,再加上工程进行之前对地质勘察不足的原因,更会造成滑坡、垮塌等现象,对土地土质造成破坏,一旦土地的生产力下降,其保持水分的能力也会随之下降,从而引发水土流失,导致泥石流的产生。
1.2对生态环境的影响
山区是自然生态系统的重要区域,其中包括森林生态系统、河流湿地生态系统、灌丛生态系统、农田生态系统等。在对山区进行小水电开发施工的过程中,闸坝的修剪、厂房的建设、材料厂和推渣场的设置、生活垃圾的排放等可能会对部分的生态环境造成破坏,甚至会对大面积生态环境造成影响。
1.3对水环境的影响
山区小水电在进行开发的过程中,大量的施工废水、生活污水等可能会流入到附近的河流或渗入地下水流,对附近的水源造成一定的污染,尤其是对一些机械进行清洗维护时,所产生的含油污水对水源的污染更为严重,导致附近河流水源的PH值发生变化,无论是附近水域还是其中水生物都受到严重的破坏。
1.4生态水问题
目前,贵定在建的两个水电站均属引水式电站,每个电站均有近4公里的引水隧道,而水电站开发商受利益驱使,有可能大量引水发电,从而极易造成原河床生态水无法保障,影响到原河床生物环境的用水需求。
1.5库尾沙化问题
水利设施特别是大型水库建设,库尾沙化是难以避免的问题,库尾的沙化将造成部分农田无法耕作,农作物减产,特别是对当地生态环境造成不利的影响,因此,水库建设中的库尾沙化问题必须引起当地政府的高度重视。
1.6其他的影响
山区小水电开发施工的过程中,会使用大量的机械,而机械的运行会产生噪音,对附近居民以及生物造成声环境污染。另外,施工过程中所产生的扬尘、二氧化硫、一氧化碳等会对大气环境造成污染,尤其是在爆破施工过程,所产生的化学污染气体对大气环境污染更为严重。此外,施工过程中所产生的固体废弃物、生物垃圾等随意丢弃的现象,会对附近的卫生环境造成严重的影响。
2山区小水电开发对生态环境的保护对策
2.1完善小水电开发环境保护
立法山区小水电在进行开发的过程中,给生态环境带来不好影响的主要原因,是在环境保护立法上的控制不够全面,对此,必须要完善小水电开发环境的保护立法。首先,应明确环境保护立法的主体及权限,并根据山区小水电开发的特征来完善和改进确定立法的程序,尤其是在立法确定的过程中,需要考虑到法律背后可能涉及到的各种利益问题,要巧妙运用立法技术来进行协调,提高环境保护立法运行的效率。其次,在立法的过程中,应确定立法的侧重点,主要是侧重于生态环境的防范,同时要制定生态环境保护的预警机制,由于山区地质地貌、地形特点都会存在很大的差别,因此,在完善预警机制时,必须要重点考虑到山区所具备特点,同时还要将生态环境保护与山区的经济、社会及需求等建立有效的联系,这样才能确保生态环境保护立法的完善性。
2.2建立健全的山区小水电开发可持续发展机制
我国对于山地区域不断开发,山区小水电开发已成为山区开发的重点工程,为了避免山区开发对生态环境造成的持续性污染,应建立健全的山区小水电开发可持续发展机制。首先,应对以往山区小水电开发的机制进行分析,了解传统发展机制中存在的弊端,结合当今市场的发展形势,不断完善山区小水电开发机制。其次,要对山区小水电开发建立可持续的发展机制,要本着山区小水电开发不以牺牲生态资源环境为代价为原则,确保生态环境系统发展的良性循环。另外,在保障生态环境良性发展的基础上,对山区的小水电工程进行开发,从而实现山区经济、资源、环境等的发展。
2.3全面提升人员的生态保护意识
近些年来,山区小水电开发对生态环境的破坏已经突现出来,从整体情况来看,主要是因为人员对生态保护意识薄弱而引发的,因此,应全面提升人员的生态保护意识。山区大多数都处在偏远的位置,在山区居住的人民具有生产力水平偏低、经济条件较差、人口素质较低、生产工艺不发达等特征,大多数人员的生态保护意识都不高,未能认识到生态环境在受到破坏后给人们生活带来的影响,因此,针对这种情况,特别是作为小水电开发监督部门,要加强生态保护的宣传工作,让更多的人员了解生态保护环境的重要性,通过保护生态环境来富足自己的生活,保护生态环境从自身做起,从而确保贵定小水电开发建设的科学合理性。
2.4加强对山区小水电开发的监督和管理
贵定县小水电在开发过程中,如果监督和管理不到位就会造成水土流失,对生态环境、水环境等造成影响,对生态环境的影响极为严重,对此,必须加强山区小水电开发的监督和管理工作。首先,要加强对山区小水电开发过程的监督管理,由于小水电施工过程中可能会涉及到大量的施工机械操作、施工材料的使用以及市场场地的占用等,任何一个环节如果出现问题的话,影响的不仅是小水电工程的施工质量,更可能对生态环境造成极大的影响,因此,要严格对每个施工环境进行监督和管理,一旦发现施工不合理,不符合相关规范要求就必须及时改进,确保山区小水电开发的规范性。其次,要从生态环境保护的角度进行监督和管理,山区小水电开发的过程中,能不对生态环境产生破坏尽量不要去对其产生影响,一方面要保证整个开发过程的规范化进行,另一方面要将对生态环境的破坏控制到最低,确保小水电开发的可持续发展。第三,对水电站引水过程中保证预留生态水的监管,监管部门要严格规划要求,督促电站预留生态水,特别是在枯水期,要随时抽查生态水预留量,做到宁可不发电,也要保证生态用水量的排放,不以牺牲环境为代价。第四是库尾沙化问题的解决,要求生产企业制定处理方案,要将库尾沙化治理作为电站的一项常态工作来抓,尽量将库尾沙化给环境带来的影响降到最低,以实现电站的近期利益与长远利益有机结合。
3结束语
1流域水电开发的环境效益分析
流域水电的建设可兼顾防洪、航运、供水、灌溉等多种水资源的开发利用。如果流域水电开发及其它水资源开发利用合理、正确,从宏观上分析,将对环境有所改善,是具有环境效益的。
1.1水电梯级开发可发挥梯级效益
梯级水电开发可提高水资源的利用率,协调水资源综合利用之间的矛盾,获得梯级效益。上游水电站水库调节径流可增大下游所有梯级水电站的保证出力和年发电量;上、下游水库联合调度,可协调发电和其它用水要求的矛盾;上游水电站削减洪峰、蓄存洪量,可提高下游各级水电站防洪标准,减小泄洪设施规模;上游电站水库有时可为下游电站缩短初期蓄水时间。梯级连续开发,可优化安排各级水电站的施工进度,施工期互相搭接施工高峰又互相错开,利用上游水库蓄水时机减少下游电站的施工导流流量,减少施工队伍转移的费用和时间,提高施工设备和场地的利用率,可缩短总体工期,减少总投资。
1.2发展水电清洁能源,减少环境污染
水力发电作为清洁能源被利用,水电不仅可以代替部分火电、核电,具有调峰的优点,在电网安全运行中起到重要的作用,还可提高水资源的利用效率而基本上不改变其水质,不排放污染物。例如[1],在电网系统中,建设一个装机容量为2000MW的水电站代替同等规模的燃煤火电厂,这样每年可节约原煤500万t,减少排放二氧化硫24万t,减少排放氮氧化物4400万kg,一氧化碳115万kg,少产生废碴140万t,省却了火电厂所需要的冷却水运行和排放,既可节约水资源,又可避免对水环境造成热污染。因而发展水电,在取得相同电能的同时,可减少环境污染。
1.3减灾防灾,保护环境
近30年来,美国密西西比河流域由于洪水引起的直接损失达几十亿美元,在美国共计有40%以上的城市和1400万hm2的土地均遭受洪水的威胁;1970年水灾给罗马尼亚和匈牙利造成了100亿列伊和77亿福林的损失,淹没了约106万hm2的耕地,全部或部分淹没800多个居民点[2];我国1998年洪水,主要为长江、松花江、西江、闽江洪水,受灾面积大,农田受灾面积2229万hm2,成灾面积l378万hm2,死亡4150人,倒塌房屋685万间,直接经济损失达2551亿元。水电站往往同时兼有抵御自然水文灾害的功能。水库运行可以调节河川径流,控制水位,梯级水库可联合调度调节,比单个水库更能提高抗御洪、涝、旱、碱等自然灾害的标准和降低灾害的影响程度,有效地保护生态环境及生物的生境,减少水灾和旱灾对人类及动、植物的破坏,减少水土流失和土壤侵蚀,减少洪水造成的污染扩散和疾病流行,为人们提供相对稳定、安全的生活和生产环境。
1.4水电站水库的人工湿地作用
水电开发,在一个流域上建设一个或多个水库。水库库区形成许多库湾,生长了多种水生植物和动物,成为人工湿地,为湿地动、植物提供了生存条件,因此在库区和库周会增加多种适合湿地环境的动、植物物种,提高了局部区域的生物多样性价值,增加了水域的综合功能。
人工湿地的形成,可改善当地的环境小气候条件。水库水体的影响,可使周围陆地性气候得以改善:无霜期延长、温差缩小、降低了最高气温、增加了湿度。有关的研究表明,水面上空空气的透明度比成片的房屋群高8%~10%;水面上空紫外线辐射比陆地高30%;水库或水域上的气温在炎热季要降低4~5℃;相对湿度提高10%~15%[1]。
黄河龙羊峡水库蓄水后,国电公司西北勘测设计院、青海省电力局和气象局于1990年就龙羊峡水库对局地气候的影响进行了观测研究。主要研究成果如下:
(1)对降水的影响。距离龙羊峡水库库岸10km左右范围内,年降水量增加约3%,距库岸较远的山区年降水量增加约12%,影响范围内的夜雨量增加明显。
(2)对湿度的影响。距离龙羊峡水库库岸10km左右范围内,全年各月相对湿度均有增加,其中冬季增加最明显,1月份增加24%。
(3)对气温的影响。距离龙羊峡水库库岸10km左右范围内,年平均气温略有升高,月平均气温其中有5个月升高,12月份升高最大为3℃,1月份升高1.2℃;6个月降低,10月份降低最大为0.7℃。而对这一范围以外的区域影响很小。
(4)对风的影响。对水库周围地区风的影响,主要表现为静风频率减少,“湖陆风”方向上风频的增加、风向转换时间变化和风速略有减小。
1.5水电站水库的景观与旅游作用
水电站水库形成人工湖泊,在功能上增加了美学和旅游价值。在水电开发的基础上,合理优化水工建筑物的布置和造型,并适当加以装饰设计,使其在景观上起到美化环境的作用。可根据具体要求和地势环境条件,修建人工港湾、池塘,放缓岸坡,建造森林公园、草坪、花圃及景观建筑,修建水上娱乐设施,组成新的水环境景观系统。北京十三陵抽水蓄能电站,在上池周围开辟了草坪、花坛,种植了树木,利用地势修筑了护坡,环池修建游览道路和一些景观建筑物,在上池旁的山顶将防火瞭望塔修成仿明古塔,电站的上池现己成为十三陵风景区的一个新景点。另外,利用电站工程弃碴填筑冲沟,形成人工阶地,经绿化美化并修筑了人工景观建筑物,建起了蟒山国家森林公园,现已成为旅游区[3]。国外如莫斯科的水体系统由希姆金水库、卡拉梅舍大水库、别列文水库、雅乌斯回水河段、莫斯科河等水体组成,将水体系统进行美化后,有很好的景观效果,成为市民休闲娱乐的风景区;在明斯克利用斯维斯洛奇河支流上的梯级电站水库和许多小池塘,修建了滑水专用水道、浴场、码头和森林公园等,成为旅游胜地[2]。
1.6水库的供水、灌溉对环境的改善
水电站水库有调整河道径流的作用,库水和发电后的下泄水具备稳定、可控制供水和灌溉的条件。
(1)供水:水库改善了抽水站取水的条件并利用势能使之降低造价;水库可以降低水中的含沙量、色度、氧化度等,使自来水厂净化简便;水库使河水水量、水质季节性变化减小,保证水厂运行的稳定、均衡,促进地区经济的发展,改善当地居民的生活环境,提高生活质量。
(2)灌溉:天然状态下的河流水资源,由于径流量的季节性变化,不可能保证流域内灌溉面积大幅度增加。建设水库后,径流得到充分利用,使灌溉面积大大增加,并使作物产量大幅度提高。有关研究表明,干旱和半干旱地区,水浇地的粮食收成比没有灌溉的高1~1.5倍;气候较湿润地区,灌溉后的收成可提高50%[2]。
2流域水电开发对环境的主要不利影响分析
流域水电开发,特别是梯级开发,一般规模较大,使流域的自然环境发生了改变,对环境产生若干不利影响,可分为施工期、水库初期蓄水期和运行期3个阶段进行分析。
2.1电站施工期对环境的不利影响
水电站施工期对环境的不利影响,主要表现在工程占地的影响、施工截流的影响、施工采石取土的影响和其它施工项目的影响。
2.1.1工程占地的影响
水电站开发要修筑水库及其它水工建筑物,需要占用较大面积的土地,可分为施工占地和工程占地。施工占地基本上属临时占地,对环境的影响主要是植被破坏、水土流夫等,影响为相对短期并可以恢复;工程占地主要是水库淹没占地,属永久占地,对环境的影响较大,水库淹没区达到了根本改变自然状态的程度。主要的影响是破坏原有的植被,对生态环境的影响;淹没原有部分耕地和村庄,造成移民搬迁和一些设施的迁建;特别是水库淹没区的移民,有些工程移民量很大,在移民搬迁和安置方面,建新的村镇,要搞基本建设,新开耕地要破坏植被,造成新的水土流失,并改变了局部自然条件,破坏了原有的区域生态平衡。
在水电梯级开发中,如工程施工安排合理,可减少施工占地。例如一个梯级工程的料场和部分施工占地,可同时为其它梯级工程服务,可减少那些工程的占地影响。
2.12施工采石、取土的影响
采石、取土施工对环境的主要影响是造成水土流失。
(1)采石施工。会破坏原有山体的表层植被,使表层较薄的土层流失;采石使山体原有形态发生变化,有些坡面变陡,并且爆破使岩石松动,容易造成流失,严重的可能发生塌方或泥石流,造成灾害性破坏;采石使山体,影响景观。
(2)取土施工。取土破坏植被,开挖面土层松动,容易造成水土流失;取土使表层具有一定肥力的土壤损失,特别是占用耕地取土,对施工后的覆垦很不利;取土场面,还容易造成扬尘;取土会损失部分土地资源。
2.1.3其它施工项目的影响
水电项目施工一般规模较大,施工人数和施工机械较多,又比较集中,对周围自然环境和社会环境产生一定影响,主要的影响分析如下。
(1)对水环境的影响。工程施工均在水系河道附近,场地平整、截流、围堰填筑、隧洞排水、砂石骨料加工冲洗、混凝土拌和浇筑及养护、化学灌浆、材料水上运输、施工机械冲洗、附属企业生产废水排放、施工营地生活污水排放、职工医院排放废水、垃圾、废料及化学药品等,都会对水域环境造成污染。
(2)施工弃碴对环境的影响。水电施工一般弃碴量较大,开挖山体、隧洞产生大量的废碴,堆放在固定的碴场,因此在设计碴场时就应考虑到环境影响。废碴中混有残留炸药、废油、废化学药品等,有些可能还有放射性物质。如果废碴处置不当,残留在其中的有害物质会对环境产生影响;碴场管理不好,会造成流失,严重的还会形成泥石流,对环境造成较强的破坏;有些堆碴占地会造成土地资源的损失;碴场影响自然景观。
(3)施工对大气环境的影响。工程施工爆破、骨料加工筛分、水泥仓库装卸、混凝土拌和、施工材料运输、施工机械运行等,造成施工场地扬尘、施工道路扬尘,影响大气环境质量。附属企业生产和施工营地生活燃煤烟气排放,其废气和悬浮颗粒物等对大气环境质量造成影响。
(4)施工噪声对环境的影响。施工噪声主要包括:开挖爆破噪声、施工机械运转噪声、骨料筛分作业噪声、砂石混凝土拌和系统生产噪声、机动车辆行驶噪声等。其中开挖爆破噪声属点噪声源,影响是瞬时和间断的;施工机械运转噪声也属点噪声源,影响一般是连续的;骨料筛分作业噪声、砂石混凝土拌和系统生产噪声,属固定线噪声源;机动车辆行驶噪声属运动噪声源。这些噪声,会在整个施工期中影响当地的声环境,施工结束后影响会自行消失。
(5)施工对交通的影响。施工截流,使局部河道条件和水文条件发生变化,水运通航受到影响,运输量和运输条件等都发生改变。施工期间,施工车辆大量增加,使道路车流量加大,增加当地公路交通的密度,会对交通条件产生影响。
(6)施工对人群健康的影响。水电站工程造成一定数量的居民搬迁、安置,这部分居民的生活环境将有较大程度的变化,可能会引起人群健康问题。例如:移民建镇使原来相对分散的居民集中居住,流行性疾病传染的机会增加;移民搬至安置区后,对该地区的地方病缺乏抗御能力等。施工期间,大量施工人员进入施工区,形成施工人群。人员高度集中,如当地有流行性疾病、地方病及自然疫源性疾病等,可能会蔓延和发展,或由外地人员带来其它传染病而成为主要流行病。另外,施工人群要进行施工作业,有些作业对人体安全和健康具有一定的影响,如:开挖爆破、接触一些有毒化学药品、高噪声机械操作、高粉尘作业等。
(7)其它影响。施工对附近地区的自然景观造成影响,破坏了景观的连续性和协调性。有些工程施工影响到文物古迹。
2.2水库初期蓄水阶段对环境的不利影响
水库初期蓄水阶段对环境的影响主要是对下游河道和下游用水的影响。当水库库容较小时初期蓄水时间较短,对下游的影响也较小,但库容大时,初期蓄水时间较长,对下游的影响较大。例如,吉林松江河水电梯级开发小山电站,初期蓄水时间约为2个月。在这期间使松江河干流下泄水量大幅度减少,影响了下游沿江村屯和抚松镇的生活、生产用水及林蛙的养殖;影响了两岸过江交通的影响;同时对下游北江水电站正常运行造成影响。为补偿以上影响,曾采取了相应的对策措施,合计补偿费用约194万元。
2.3电站运行期对环境的不利影响
水电站运行期对环境的不利影响可分为3个影响区来分析,即:河流、湖泊等水域水位升高区;水库相邻地区;下游及引水断流区。
2.3.1对河流、湖泊等水域水位升高区的影响
水电站运行后,水库蓄水便其上游部分河段和相连的湖泊等水域的水位升高。水电站运行期也是库区及库岸、水位升高区的重新平衡的过程,主要有3方面的影响:库区淤积和库岸浸蚀;蓄水对地质环境的影响;蓄水对周围地下水位的影响;蓄水对水生生物的影响。
(1)库区淤积和库岸浸蚀。水库蓄水后形成库盆,库区的淤积和库岸浸蚀,对库区水环境造成影响,并影响到水库的功能。大量的研究表明,水库淤积形成的主要来源为:从汇水流域进入水库的泥沙;由于库岸的改变、岛屿冲毁、库岸坡上不同的重力作用等产生的入库泥沙;由于水中悬移质沉降、淤积,成为库底沉积物,从而导致其重力固结、含水量减小、有机物质矿化。
山区中、小型水库淤积多为推移质泥沙,平原中、小型水库淤积多为悬移质泥沙,大型水库开阔地带的淤积既有悬移质泥沙又有推移质泥沙,水库沿岸地带和变动回水区则推移质居多。随着水库的运行年限的增加,库底淤积也会逐渐加重,淤积的面积也会逐渐增加。例如伏尔加河上的库伊贝舍夫水库,建库5年淤积占库底总面积的22.5%,8年后增加到32.5%;鄂毕河上的新西伯利亚水库,建库8年淤积占库底总面积的55.0%,14年后增加到69.6%[2]。
从水库蓄水开始,由于侵蚀作用和堆积作用,在新的水边线地带开始了库岸形成的过程。大型水库的运行经验表明,库岸的形成正是冲蚀和堆积直接作用的结果,从地质、地球化学和生态过程角度分析,库岸可分为多种类型:以崩塌、坍落、侵蚀、滑坡、流沙和剥蚀等形式表现的库岸为冲蚀型库岸;以地球化学作用和冲蚀作用为主形成的库岸为冲蚀—喀斯特型库岸;以生态作用和冲蚀作用结合情况下形成的库岸为冲蚀一泥炭型库岸及其它类型的库岸;在地质、地球化学和生物过程和堆积共同作用下,形成泥沙三角洲库岸、淤泥盐岩型、漂浮泥炭型、贝壳泥炭型、贝壳石灰岩型和芦苇植物型库岸[2]。
水库发育,除了库岸形成外,还有其它过程和现象,如:淹没、浸没、地下水位上升及上升区岩层的物理力学性质变化等,水库沿岸地带形成新的工程地质条件。在水库淤积和库岸形成的过程中,会造成水土流失、生态环境变化、水质的变化等,水库运行后,在较长的时间里,逐渐形成工程与自然环境新的协调和平衡。
(2)蓄水对地质环境的影响。水库蓄水后会诱发地震,1973年在伦敦举行了第一次关于水库与地震的学术会议,1979年在新德里召开了关于大坝安全与地震问题的国际大坝会议,1980年在伦敦又召开了全英工程师学会关于这一问题的学术讨论会。
(3)蓄水对周围地下水位的影响。水库蓄水后,将导致沿岸地带水文地质条件实质性的改变,首先是地下水状态发生变化,水库渗漏在最初几年中较为剧烈,对含水层影响最大。通常在水库的近坝部分出现地下水升高的最大值,而在水库上游,地下水位升高则相应较小,影响范围也小。
水库周围的地下水位升高会引起土地的浸没和沼泽化。当地下水位上升到距地面1.0~1.5m,干旱地区达到2.0~3.0m时,浸没就开始了,当潜水层达到耕作层时,造成土壤湿度过大,以至大多数包气带破坏,结果是使大片土地沼泽化。在森林和森林草原地区库岸沼泽化相对严重,在干旱气候条件下,土壤常会发生盐渍化。水库影响区域浸没带的形成,地下水位升高,区域自然综合体发生改变,生态环境发生变化,生物物种、种群结构、生物量等都会随之改变。原有的生态结构被破坏,需经过较长的时间,才能达到新的平衡。
(4)蓄水对水生生物的影响。水库蓄水后,使部分陆地变成为水域,浅水变成了深水,流动的水变成相对静止的水,电站运行及汛期泄水等,都会对水生生物造成影响。
①对水生动物的影响:水域由河道型变为湖泊型,使得水生动物的区系组成发生了变化。对鱼类的影响较大,主要有迫迁,即水库蓄水和泄水淹没和冲毁鱼类原有的产卵场地,改变产卵的水文条件;对洄游鱼类的阻隔,大坝切断了天然河道或江河与湖泊之间的通道,使鱼类觅食洄游和生殖洄游受阻;对鱼的伤害,鱼类经过溢洪道、水轮机等,因高压高速水流的冲击而受伤和死亡。例如,美国的哥伦比亚河和斯内克河,每年汛期大坝泄洪,因含氮气过饱和造成幼萨门鱼死亡。又如,美国缅因州的爱德华水电站,始建于1830年,坝长280m,主要功能为发电。但水坝妨碍了鲑鱼、条纹鲈鱼和其它6种鱼类洄游产卵繁殖,造成对水生生态的破坏,为此联邦政府下令强行拆除电站。
②对水生植物的影响:主要是对浮游植物和高等水生植物的影响。水库形成的头几年,对浮游植物区系组成、生物量、初级生产力等都产生影响,常因藻类的大量繁殖而加重水库的富营养化,影响水库的水质。对高等水生植物的直接影响主要是淹没,间接改变了水域的形态特性、土壤、水的营养性能、水位状况和原始种源,而影响了高等水生植物的生存和生长。
③对底栖生物的影响:主要是建库后水文条件、水温、水质和底质的变化对底栖生物组成及生物量的影响。
2.3.2对水库相邻地区的影响
对水库相邻地区的影响,主要是对库周地区的生态环境的影响,即对生物地理群落的影响。水库淹没使林地减少,人为生产活动的增加,使林地等植被遭到破坏,人工生态恢复又需要一定的时间,使植物资源量减少。由此,破坏了部分野生动、植物的生境,使野生动物和植物种类减少,数量下降,森林植物群落减少,使生物多样性受到影响。
2.3.3对下游及引水断流区的影响
(1)水电站调峰运行对下游的影响。有些水电站运行期中有调峰运行时段,有的水电站在电网中就是调峰电站。调峰运行是根据电网中用电的需求情况进行调节,因此,发电向下游泄水量随需要而变化,对下游地区的航运和用水有影响。但可以通过一些措施来解决,如:控制下泄的保证水量;监控上游来水量,合理安排电站运行调度;根据电网总的用电峰、谷规律,适时预报,将信息及时传达到下游等。广东省北江飞来峡水利枢纽,其电站具有不完全日调节能力,参与系统调峰运行。电站的调峰运行是根据电力系统的负荷情况和水库天然来水情况进行。当天然来水量在250~630m3/s时,电站调峰工作容量约在9~14万kW;枯水期一般可调峰2~4h,时段为18~21点。电站调峰运行同样要保证水库下泄流量≥200m3/s,满足了下游正常通航和用水的要求,在枯水期这一下泄流量改变了建库前下游的断航状态。
(2)对引水式电站断流段的影响。引水式电站是利用天然河道落差,由引水系统集中发电水头的电站;还有些电站既用挡水建筑物、又用引水系统共同集中发电水头,成为混合式水电站。引水式电站会造成挡水建筑物至发电厂房段的河道断流,或是永久性断流,或是间断性断流,跨流域引水发电,可造成较长河段的断流或流量减少。河道断流造成的影响很大,主要是对森林植物、动物的栖息环境、断流段的小气候等生态环境的影响,这种影响往往是破坏性的和不可逆转的。必须要采取必要的可行措施,来保护断流段的生态环境,如:从挡水建筑物下泄一定的水量,保证该段的生态环境用水,将这部分水称为生态需水量,或称最小生态用水量。
4结语
(1)水电开发项目,特别是梯级开发,是河流流域水资源利用的宏伟工程,它既可以改造自然,造福人类,又可以对环境造成一定程度的破坏。水电开发对环境影响的研究,就是要将问题提出,要明确工程建设与环境之间的关系,有助于工程环境影响评价工作质量的提高,有利于处理好建设项目与环境保护之间的矛盾。
(2)要努力做到水电开发建设与环境保护协调发展,在水资源开发利用的同时,注意针对由于开发项目造成的环境问题,采取强有力的环保对策和措施,使工程对环境的影响减到最小,使受到破坏的环境尽快得到恢复。并注意在水电工程建设时,应尽量兼顾当地环境问题的解决。
(3)河流流域是一个完整的生态系统,流域水电梯级开发对环境的影响,不同于单一电站对环境的影响,在空间尺度上、时间尺度上、影响内容上、评价方法和目标上,都有差别。应在单个水电站环境影响研究和评价的基础上,进一步开展水电梯级开发对流域累积环境影响的研究,主要包括:累积环境影响的基本概念和理论;累积影响形成的主要途径;累积影响的评价方法和模式的构建;评价的指标体系等。
(4)目前,应尽早开展流域开发的环境影响评价工作。在流域水资源综合开发规划阶段,就要进行环境影响评价,以期在流域开发决策前,对流域资源的合理利用、自然环境、生态系统的结构和功能、流域环境的承载能力、区域污染源和污染物排放总量控制、污染防止措施等方面进行评估和论证,按区域经济可持续发展的要求,调整流域开发方案。
参考文献:
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