[美 ]R.赖特

王晓棠 译自英刊《水力发电与坝工建设》2009年第4期

在可再生能源领域,抽水蓄能和风力发电正在发挥并将继续发挥重要作用。虽然抽水蓄能电站在经济、环境和运行方面都暴露出不少问题,但抽水蓄能仍被认为是通过蓄能、稳定电网和利用间歇性可再生能源创造价值的一种证明有效和环保的方法。

Symbiotics是一家总部设在犹他州的公司,它负责开发的北伊登(NorthEden)抽水蓄能工程处于预备阶段,该工程将使犹他州依靠煤炭的能源组合发生改变,并稳定电网。

1 犹他州能源状况

犹他州的能源状况与绿色能源相差甚远。该州盛产煤炭,其能源生产一直严重依靠燃煤电站。2006年,90%电力为煤电。基荷需求量年增长稳定在2.6%,峰荷需求量年增长为5.4%。虽然当地煤价低廉,且供应可靠,但不能应付电力需求的日波动。虽然修建了天然气电站来满足增长的峰荷需求,但这样会增加 CO2排放。而且,燃气电站建设成本高昂,只应付1a内很少出现的尖峰负荷,大部分时间被闲置。

在犹他州发展抽水蓄能效益显著。目前犹他州应对峰荷需求没有采用抽水蓄能,而是依赖峰荷电站。当该州开发太阳能和风能时,抽水蓄能提供了一种储存这些间歇性能源的方法,能够取代火电站承担电网调峰。

2 工程组成

北伊登工程位于里奇县,紧靠熊湖东侧。熊湖是位于爱达荷州东南部和犹他州东北部的休闲胜地。上库将建于布莱克山东缘,下库位于北伊登峡谷。

目前该工程正处于联邦能源管制委员会(FERC)审核阶段,所有工程数据是概念性的和初步的。在递交最终许可证申请之前,将完成详细设计。工程装机容量为700MW。上库蓄满时最大水头为283m,最小水头为227m。上库的最大流量约为373m3/s。

上库坝称为布莱克山坝,为粘土心墙分区土石坝,心墙两侧的坝壳料来自工程区的岩层露头。坝高约 31m,非常溢洪道向东延伸到北伊登峡谷。溢洪道底宽 9m,两侧边坡为2∶1,纵坡为5%。溢洪道最大泄水能力约为75m3/s。布莱克山坝形成的水库在最高水位为2148m时,其水面面积为53 hm2,总库容为1350万 m3,有效库容为1300万m3。库底与边坡将采用多层结构,在厚0.6m的粘土层上覆一层未加强的三元乙丙橡胶(EPDM)土工膜,再铺设厚0.6m的土层。进水口为碗形建筑物,用阀门将进水口与压力钢管隔离。

下库及其大坝离北伊登峡谷口1.6km。下库坝高约52m,基础面高程为1846m,采用与上库坝类似的方法建造,在不透水粘土心墙周围包以透水性较好的坝壳。非常溢洪道最大泄水能力为283 m3/s,将延伸到北伊登峡谷中坝肩处。溢洪道底宽18m,边坡为2∶1,纵坡为5%。

在最高库水位1891m时,下库水面面积为101 hm2,总库容为1700万 m3,有效库容为1470万 m3。坝基低于进水/出水建筑物,死库容约120万 m3。边坡和库底与上库类似,为粘土、EPDM土工膜和土壤的多层复合物。水轮机泄水将进入位于最低库水位以下约24m的消力池。将进水/出水建筑物布置在此处可减轻运行期间发生空化的可能性。

上下库之间用一条长792m、直径 9m、纵坡为32%的隧洞连接。采用渐变的压力钢管将主隧洞连接到水泵水轮机组。发电厂房将布置在下库南侧,可容纳多达7台的变速水泵水轮机和一个控制室。

北伊登河将是下库初次充水的主要水源。水权需要得到保障,用于初次充水和补充每年的蒸发耗水。该系统的优点在于,一旦完成初次充水,只需少量的水便可补偿上下库的年蒸发量。

目前,建议修建一条长约14km的230kV输电线,通到工程现场以东太平洋电力公司现有的230kV输电线。初步规划包括在上库坝址附近修建一座开关站/变电站,可能还需要修建第2座开关站/变电站。为了尽量减少对景观的影响,变电站将布置在上库东侧。第2座变电站可能用于互连。

北伊登工程将位于拟建的用于互连的输电线路附近。接近输电建筑物的优势在于,公用事业公司或线路业主可通过增加、减少或拉掉系统的负荷有效地稳定能源。工程建成后,将能更加有效地利用大型输电线路的容量稳定西部电力协调委员会(WECC)的基础设施。WECC是负责美国整个西部与加拿大不列颠哥伦比亚省配电的能源委员会。

3 工程运行

在日循环开始时,将1293万 m3水量从下库泵送到上库。在日循环后期,反过来将相同的水量从上库下泄流经水轮机发电。其结果是下库水位变幅为20m,上库为29m。预期该工程每天抽水14h,发电 8h,2h作为紧急情况下的备用。有效发电容量为700MW,每天最多发电10h。工程的线 -线效率为75%～76%,年发电量可达2027GW◦h。

4 环境问题

Symbiotics公司寻求开发一项对环境影响最小的工程。但是,建两座水库涉及陆地与河岸生境的淹没和更替。该公司已经在其基于现有数据的初步申请文件(PAD)中确定了与工程有关的潜在影响和问题。将对工程潜在的环境影响和需要采取的缓解措施展开研究。在申请许可证的下一步中,公司将提交一份研究计划,供 FERC、资源管理机构和公众审查。该计划将通告未来的研究方向和为减轻环境影响所开展的工作。

北伊登工程将淹没5km的北伊登河河段,因此不能把它看作一个闭合的环路系统。此外,这5km河段中有3km是“高质量水域”,某些河鱼生境将永久性丧失。由于享有使用所有现有水流的灌溉水权,目前北伊登河在夏季不再与熊湖连通。对于水权持有者,该系统的现有蓄水权为 493376m3,附加0.11m3/s的河流引水权。Symbiotics公司将维持下游的灌溉和市政水权。作为一项缓解措施,正在调查改善与维持工程下游北伊登河水质的可能性。

工程涉及大量的土方工程,包括水库开挖、基岩以上的坝基清理、大坝填筑料的开挖与填筑,以及压力钢管、溢洪道和发电厂房的开挖。已提出建议,修建与改造道路,以通达工程主要建筑物处。所有这些施工活动均有可能向附近的熊湖排放泥砂。为了满足水质论证,Symbiotics公司将制订土壤侵蚀控制计划,以解决与工程建设有关的所有问题。

5 渔业、野生动物和植物资源

某些河岸生境将因该工程的开发而将永久丧失。邦尼维尔切喉鳟是北伊登河中的当地物种,工程对该物种生境的影响已引起高度关注,正在研究缓解措施。

建议方案之一是恢复在工程与熊湖之间2km的北伊登河河道。用围栏将河岸生境与牲畜隔离、恢复河流的形态与功能,并重新引进邦尼维尔切喉鳟。另一个可能性是利用鱼梯恢复河流与熊湖的连通。这将便于邦尼维尔切喉鳟的自然恢复。

工程施工将永久性置换162hm2的灌木 -草原生境和改变北伊登峡谷作为熊河高地野生动物走廊的价值。工程将会使该地区狩猎鹿、鹧鸪和鹬的某些休闲活动受到一定影响。在施工开始之前,将调查该地区的野生动物状况,划定敏感物种的生境,这将有助于生境恢复和缓解措施的开展。在工程区受到较多关注的物种有较大的鹬、侏儒兔、红海龟百舌鸟、洞穴猫头鹰、柳鹟和西部大蟾蜍。敏感植物物种调查和有害杂草调查将为施工和施工后的绿化工作提供资料。

6 景观资源

预计从公众休闲地熊湖看不到该工程的建筑物 。已建议进行一项研究,用文件(文字、照片、录像等)记录当地景观的现时特征,调查和确保在更大范围的熊湖区域内看不见工程建筑物。此外,工程建筑物的设计得与周围景观融为一体。

国家史迹名录和犹他州确认,在工程区没有任何重要的文化或历史遗址。但是,在开始所有破土工作之前,先要进行文化资源调查,以防破坏宝贵的文化资源。

7 工程进展

目前,北伊登工程正处于工程开发的许可证申请阶段。2008年12月,Symbiotics公司取得了FERC的初步许可。2009年1月,提交了介绍拟建工程初步计划和环境影响的预申请文件,以及常规许可证的申请。一经批复,公司将举行公开的评估会议,并将开始第1a的环境研究。最早将于2010年12月提交最终的许可证申请报告,工程将于2013年开工。