牙買加小水電資源的開發

[牙買加] D.A 塔洛克 等

戰略與規劃

牙買加小水電資源的開發

[牙買加] D.A 塔洛克 等

在深化國家能源政策(2009～2030年)實施的過程中，牙買加開展了一項小水電開發選址可行性研究計劃，這是促進水電開發戰略的一部分。作為世界銀行資助項目，該國同時對幾座小水電站展開了預可研和可研工作，旨在提高其能源安全性和效率。詳細論述了正在開展研究的幾個潛在小型水電項目，以及水電在實現國家能源結構多樣化、減少牙買加對化石燃料發電依賴性方面所發揮的作用。

水電資源開發；水資源投資；牙買加

1 能源發展概況

牙買加發電能源以化石燃料為主，約占該國總發電量的95%；但目前尚未開采該國的原油蘊藏資源。2014年，牙買加進口約1 550萬桶石油用于電力、交通、制造及其他行業。每年用于發電的石油進口量約占石油進口總量的30%。風力和水力發電量僅占該國總發電量的5%。目前，該國約3%的電力來自8座徑流式水電站，其中大多數建于20世紀60～80年代，全部由牙買加公共服務公司(JPS)擁有并運營。該公司是一家垂直一體化的電力事業公司。最新的水電站為馬戈蒂(Maggotty) B水電站，于2014年3月26日投運，裝機容量為13.2 MW。在此之前，水電已在近30 a無重大發展，目前該領域的重心是對現有電站進行修復，并將未運行的電站重新并網。牙買加石油公司(PCJ)旗下的全資子公司威格頓風電有限公司(WWFL)提供可再生電力(約占該國總發電量的2%)，并正將風電裝機由38.7 MW擴容至 62.7 MW。

2011年8月，牙買加政府與世界銀行簽署了一項能源安全與效率提高項目協議。根據該協議，世界銀行將為該國提供1 500萬美元的資金援助，主要用于以下幾個方面：①支持與牙買加國家能源政策(NEP)有關的國家公共教育行動計劃； ②為增加480 MW基荷發電容量的發電項目提供援助； ③提高可再生能源發電項目的上網電價；④促進牙買加水電和風能資源開發。此外，協議規定給予私人投資者一定信用額度，允許其采用可再生能源及高效的能源技術參與商業活動，以提高競爭力。根據NEP目標，科技能源礦產部(MSTEM)與PCJ計劃到2020年使該國水電和風電裝機容量翻倍。

MSTEM和PCJ與意大利斯圖迪奧皮耶特格里(Studio Pietrangeli)公司簽訂了咨詢協議，并對馬瑟布雷河、西班牙河、內格羅河和里約科布雷(Rio Cobre)河的歷史研究成果進行了更新。在前期的資金援助計劃下，加拿大國際發展署為PCJ提供資金支持，并通過加拿大魁北克能源公司對勞克蘭(Laughland)河的可行性研究成果進行了更新；泛美開發銀行為漢諾威(Hanover)與圣詹姆士(St.James)交界處的大河可行性研究提供了資金支持，該項研究由英國的IT電力公司完成。目前，MSTEM和PCJ試圖通過優厚的開發條件，為以上幾條河流的可行性研究項目(總裝機26 MW)打包尋求開發商，旨在降低消費者能源成本(當前電價約0.27美元/kW·h)的同時，促進偏遠地區的可持續發展。

2 電力發展背景

牙買加是加勒比海地區最大的島國，官方語言為英語，人口272萬，人均GDP為8 480美元。該國毗鄰大宗貿易伙伴，經濟相對開放。目前在與國際貨幣基金組織(IMF)簽訂的管理程序協議框架下進行經濟改革。新的稅收激勵立法已于2014年通過，并利用現代化的方法完善稅收征管機制，從而促進商貿發展。

JPS是牙買加獨家電力經營商，其中日本丸紅株式會社控股40%，韓國東西電力公司控股40%，牙買加政府控股僅約20%。除4座火電廠以外，JPS還擁有并運營8座水電站，分別位于上懷特河、下懷特河、羅靈河、里約布宜諾(Rio Bueno)A、里約布宜諾B和馬戈蒂瀑布等，同時還擁有1座風電場。JPS還從4家獨立電力供應商(IPPs)購買額外電力。根據1979年的石油法案，PCJ負責對牙買加的能源資源進行開發和推廣，至2015年6月，該公司已成立36 a，在能源領域擁有5家子公司。PCJ是MSTEM的執行部門，在政府推動及實現國家能源政策目標中發揮著關鍵作用，同時該公司也在開展油氣勘探，并被委以重任在公共可再生能源和能源效率方面起主導作用。

2.1 水電實施進展

在過去30 a中，PCJ已開展了多座水電站的研究工作，確定新水電項目技術可開發裝機容量約為80 MW。從2005年至今，由于電價上漲，這些項目的經濟潛力穩步提升，同時對水電工程融資可行性的要求也不斷提高。早在2005年，該國可再生能源資源潛力在聯合國拉丁美洲和加勒比經濟委員會(ECLAC)研究報告中已有記錄，該研究有助于對幾條河流的項目實施進行優先排序。

2.2 小型水電項目的審批與可行性研究

2012年1月，PCJ和MSTEM與美國聯邦能源管理委員會(FERC)簽署了合作備忘錄(MoU)，在精簡審批和許可程序方面，美國對牙買加新建水電項目給予支持。針對水電審批許可和許可證發放，三方團隊進行了為期3 d的研討，來自10個政府部門的代表參加了此次研討會。該會議旨在推動水電行業管理制度改革，提高投資者和開發商的關注度。

牙買加的河流主要可為農業、旅游(包括皮劃艇運動、水上沖浪和風景區)、漁業和居民供水。之前該國水電總裝機容量為600 kW～7.2 MW。回顧現行的水電開發審批許可程序可以發現，非常有必要簡化小型水電項目的審批許可，同時滿足政府對環境和社會影響評估的要求。目前尤其需要推進以下幾個方面：

(1) 與牙買加水電開發程序有關的網站；

(2) 促進水電開發的政策；

(3) 單獨的審批許可和牌照發放程序協調領導機構；

(4) 政府機構之間共同的時間表，以允許并行處理許可證和牌照申請。

2013年2月，PCJ和MSTEM與斯圖迪奧皮耶特格里公司簽署合同，委托該公司開展以下幾座水電站的預可行性和可行性研究工作。該公司對里約科布雷河、馬瑟布雷河、內格羅河和西班牙河等流域進行了評估，工作范圍涵蓋壩址勘探、水文氣象研究、地形地質評價、詳細的投資估算、施工計劃和社會環境影響評價。

預可行性研究成果表明，4座水電站經濟效益明顯，符合公共事業管理辦公室制定的電價激勵政策。完整的可行性研究已于2015年1月完成，MSTEM和PCJ采納了關鍵利益相關者的意見，如水資源管理局、國家環境規劃局、旅游產品開發公司和國家灌溉委員會等，以獲得他們對最終推薦設計方案的支持。為促進可持續設計方案，在社會調查過程中引入了社區交流和反饋環節，并讓土地所有者參與。

2014年3月，PCJ和MSTEM還與阿根廷布宜諾斯艾利斯的能源規劃(Energy Solutions)公司和美國水科學顧問公司簽訂合同，以解決開發商和投資者可能面臨的進程障礙，并為主要機構改革提供支持。目前，MSTEM和PCJ正與這些顧問公司合作，朝著加強協調和促進水電項目開發方面努力。同時，已啟動另外6個項目的預可行性和可行性研究，分別為格林河、野藤河、迅河、圣格蘭德1、圣格蘭德2和里約科布雷的國家灌溉運河項目。2015年6月，斯圖迪奧皮耶特格里公司已獲以上6個項目的咨詢服務合同。

3 主要河流項目

牙買加較大的河流位于西北和東南部。該國每年有2個雨季，第一個雨季為5～6月；第二個雨季為10～11月，同時也是颶風季節。近年來，氣候特征發生了變化，雨季或旱季會變長，颶風更頻繁，短期內的降雨強度明顯增加，有時導致低洼地區和洪水易發地區發生洪水。以下介紹目前對幾條河流深入研究的成果。

可投資的潛在水電項目位置、裝機容量等匯總見表1。

表1 牙買加潛在水電項目

3.1 大 河

大河為第二大城市蒙特哥灣供水。該市是西北海岸主要的旅游區，河水資源也用于居民生活和農業生產。早在1978年和1981年，茉莉財團(哥倫布電機公司-拉梅爾國際咨詢公司)和史威可(SWECO)公司就分別對大河開展過研究工作。1984年，拉梅爾國際咨詢公司開展了優化研究，論證了發電機額定流量的最佳范圍。2010年11月，IT電力公司完成了項目可行性研究。

3.1.1 概 況

大河發源于圣詹姆斯與漢諾威交界處的圣伊麗莎白，流域面積約為327.27 km2，水電站位于圣詹姆斯與漢諾威2個地方自治區內。大河河道較短，冬季和夏季流量變化較大，最大流量為80 m3/s，月平均流量為10 m3/s。壩址位于佛蒙特州，主要地層為直布羅陀地層，巖性主要為兩組白色石灰巖，巖溶較發育，地下水位較低。

電站為小型徑流式電站，裝機容量為8 MW，河床布置擋水堰，引用部分河水至水輪機發電。電站主要建筑物為擋水堰、側向進水口、引水明渠、小型前池和引水隧洞，其末端布置豎直調壓井，通過壓力管道與電站廠房連接。廠房內安裝2臺立軸混流式發電機組，水輪機額定水頭為 53.8 m，單機引用流量為8.5 m3/s，發電機單機容量為4 050 kW。進水口后接明渠，將水引至引水隧洞，明渠長329 m，坡底由緩至中緩。明渠渠底采用天然漿砌石防護，梯形斷面，底寬3 m。前池位于明渠末端，起攔沙作用，并通過溢洪道將沉積泥沙排至原河道。壓力鋼管長約 85 m、內徑為2.2 m，進入廠房前分為2根直徑1.5 m的叉管至水輪機。設計平均引用流量為2 m3/s，作為旅游景點，工程還配有允許船只翻過溢流堰的設施。一般情況下，機組運行季節為4～12月，維護期為1～3月，在枯水季節保持低水位。電站年均發電量為35.206 GW·h。

3.1.2 環境和發展影響

擋水堰與廠房之間的區域沒有居民，且未設置取水設施。在廠房下游，該國水資源委員會修建了1座高3 m的小型壩，通過泵站引水至蒙特哥灣地區。在水電站的上游規劃了一家酒店，可使用小船和竹筏，在酒店與泵站之間的河道漂流。電站周邊道路基礎設施較好，新建有1條高速公路。若修建該工程，仍需修建3條進場道路通至壩址。

調查表明，河道右岸部分邊坡不穩定。擋水堰結構需進行簡單灌漿以減少滲漏，同時施工基坑需采取板樁防護。建基面需修整，且需在軟巖中進行隧洞施工。調壓井區巖性軟弱，需要采用錨桿、鋼筋網和噴混凝土支護。盡管壓力管道不會引發重大問題，但開挖覆蓋層較厚，需要有經驗的承包商施工。主要堆存區要求能堆存砂石料和水泥。預計工程施工和調試運行時間為3 a。

3.2 馬瑟布雷河

馬瑟布雷河位于該國西北部特里洛尼省的帕里斯，源頭高程580 m，總長32.5 km，最終流入北部海岸的大海。作為旅游景點，這條河擁有群島中知名的漂流中心之一。該河亦用于灌溉，并提供居民用水。有研究機構分別于1984年和1990年對其開展過水電資源方面的研究。2013～2014年，作為PCJ和MSTEM的咨詢顧問，斯圖迪奧皮耶特格里公司對水電開發的壩址開展了可行性研究。

3.2.1 概 況

馬瑟布雷河流量穩定，從推薦的進水口至廠房部位的河道斷面寬約60～100 m。該區域地層巖性主要為白色石灰巖，在工程區多個部位均有出露。廠房區地層巖性主要為蒙特利埃地層致密灰巖，工程區灰巖最大厚度達1 km。推薦開發方案沿著長2 km河道布置，工程控制流域面積為439 km2，流域內年平均降雨量為1 343 mm。

上述推薦工程區河道斷面全年有地下泉水涌入，推薦采用徑流式電站的方案。工程主要由進水口擋水堰、低壓管道、叉管和廠房組成。重力式檔水堰基礎條件較好，兩岸為基巖，河床開挖深度為3～5 m。直徑為2.8 m、長為2 km的玻璃纖維復合材料管沿河道布置，其末端連接金屬叉管，分成2支進入電站廠房。該方案毛水頭為 24.3 m，凈水頭為16.7 m，設計流量為25 m3/s，推薦裝機容量為4.4 MW，估計年發電量為18.5 GW·h。

3.2.2 環境和發展影響

農業和旅游業的多個利益相關者均利用該河流，因此對利益集團的管理要求較高。同時，因項目進水口結構、輸水管道和廠房部位均需具備交通條件，因此當地土地所有者也會因項目開發而受到影響。

有1條進入電站廠房部位的道路通過現有料場，但需新建和改建約4 km的道路通至進水口擋水堰和引水線路。為減少項目影響，并合理利用枯水期的小流量，施工方案必須與下游用水戶共同擬定。當地的許多農民需要電力供應，且密切關注與方案相關的配電網絡開發。由于取水影響，電站運行中必須保證一定的生態流量，以維持目前水生生物的生存。預計工程施工和調試運行時間為41個月。

3.3 勞克蘭河

勞克蘭河位于海島的西北海岸，在另1個主要旅游區圣安·奧喬里奧斯的正西方。其水資源主要用于居民生活和農業生產。1976年，哥倫布電機公司(現在的AF顧問公司)曾對該河作過研究，1981年加拿大國際能源開發公司(CESDI)再次對其進行了研究。1985年，拉梅爾國際咨詢公司對其開展了可行性分析，2005年德國技術合作公司(GTZ)完成了另外1項可行性研究。潛在開發方案為1座小型徑流式電站，不存在技術難題。

3.3.1 概 況

勞克蘭河流域面積約96.1 km2，河道相對較短，從源頭至加勒比海入海口總長為3.5 km。河流流經2個私有資產的交界處，分別是克蘭布魯克莊園(約52.61 hm2)和蘭達夫里階莊園。克蘭布魯克莊園是生態花卉農場，蘭達夫里階莊園是奶制品和畜禽農場，未來可能發展為健身中心。勞克蘭河最大流量為29 m3/s，月平均流量約12.4 m3/s，該項目設計引用流量為2.62 m3/s。項目位于中新世黃色石灰巖地層，地下巖溶較發育。靠近海岸依次分布有濱海相灰巖、沙灘沉積的法爾茅茨組砂礫石。Font Hill組為硬質泥質至軟質泥灰巖。法爾茅茨組為圓度較好的砂礫石，夾雜珊瑚灰巖。

該工程推薦方案為徑流式電站，裝機容量為2 MW，主要建筑物布置在右岸，渠道和壓力管道總長2 400 m。閘控溢流堰和渠道的設計與克蘭布魯克莊園周邊環境相協調，其工程量最少，且河床部位采用土工膜防滲。進水渠長45 m、寬4 m、深1 m，渠道線路利用1條已廢棄的灌溉渠道。壓力管道采用直徑1.4 m、長2 345 m的鋼管。電站利用毛水頭為105 m，凈水頭為98.2 m，廠房內安裝1臺沖擊式水輪機。年平均發電量約13.92 GW·h。

3.3.2 環境和發展影響

勞克蘭河水質分析結果表明，水質適合魚類和水生生物生存。調查中記錄了19類大型動物種群，在與當地居民的交流中識別了另外7種生物，沒有瀕危魚類。美洲鰻(阿根廷鰻鱺)為在冊保護動物，因為其在牙買加以外地區的數量正在減少。該地區的哺乳動物很少，但據觀察，鳥類有22種。工程區陸地(包含次生林)只發現2個品種包含在世界自然保護聯盟(IUCN)的紅色清單中。

推薦的施工方案將會產生一定的水體污染、土壤污染和河岸侵蝕。工程區的植被清理也可能會削弱土體穩定性，并增加局部土壤侵蝕。在環境緩解措施中，充分考慮到重型機械活動、意外泄漏及對旅游活動的影響，如在天然泳池游泳和沿河岸野餐，特別是在進水口和電站廠房這一河段。為確保勞克蘭河水電站的正常施工，需要從電站廠房修建1段長168 m的交通道路連接至濱海高速公路。預計工程施工和調試運行時間為2 a。

3.4 西班牙河

當然，在這里可以砍價，一般來說銷售人員會先自動下降30-40%，然后會不停地讓你出價，這會讓你很為難，你如果還價高了會有吃虧的感覺；但如果你還價低了，他們可能會告訴你去低價區看看，讓你很尷尬。一般來講，經過觀察，砍掉一半應該是一個合理的選擇，最多你可以從30%的價格砍起。

西班牙河位于海島東北部末端的波特蘭區，該區是牙買加最濕潤的地區之一。西班牙河流經藍山背面的咖啡種植帶，藍山是海島最高峰，山頂高程2 256 m。河流水資源主要用于居民生活和農業生產。20世紀80～90年代，一些機構對其進行了研究。1987年和1996年的潛在水電站清單也都將西班牙河作為經濟可開發梯級之一。2013～2014年，作為PCJ和MSTEM的咨詢顧問，斯圖迪奧皮耶特格里公司對擬開發水電站的壩址進行了可行性研究。

3.4.1 概 況

西班牙河流域面積約121.5 km2，從藍山的源頭至加勒比海入海口的河道總長為19 km。沿河道兩岸為間隔分布的陡坡，出露巖石為花崗閃長巖。該地區雨量大、持續時間長，年均降雨量為5 100 mm，約為海島中部和沿海地區的7倍。巖石裂隙發育，長期暴露風化，已有滑坡產生。設計區域包括西班牙地層和切普斯托地層，底部為里士滿地層。區域發育有由北東至南西的斷層和數條支流、小溪，在河道附近發現多個泉眼。

該項目推薦方案為小型徑流式電站，裝機容量8 MW，位于2個村莊之間5 km的河段上。工程主要建筑物布置于左岸，推薦的擋水堰為經典帶剛性基礎的混凝土重力式結構，取水流經長4.5 km水道進入電站。擋水堰高7 m，長31.5 m。自由溢流的水道長3.6 km，后接長955 m的壓力管道進入廠房，廠內安裝2臺立軸混流式機組。電站運行凈水頭158.5 m，單機引用流量為 5.7 m3/s。壓力管道為直徑為1.5 m的鋼管。年均發電量為18 GW·h。

3.4.2 環境和發展影響

該地區適宜咖啡種植與加工，阿爾巴尼咖啡廠生產用水從河道引入。水質成分較好，沿大部分河道分布樹木，次要的河岸植被幾乎不受擾動。該地區發生滑坡的可能性較高。進場交通條件較差，需要復建和升級，這也將有助于咖啡種植戶產品生產和輸出。該地區的哺乳動物很少，調查到的鳥類僅15種。預計工程施工和調試運行時間為4 a。

3.5 里約科布雷河

3.5.1 概 況

里約科布雷壩址地層巖性主要為白色灰巖。流域面積560 km2，方案設計引用流量16 m3/s，最小發電流量4.8 m3/s。項目布置緊湊，電站位于進水口擋水堰的左側，無需布置壓力管道。該項目利用毛水頭9 m，凈水頭8.5 m。

項目將替代上游約10 m處已有的溢流堰，為新電站打下堅實基礎。電站計劃安裝2臺燈泡貫流式水輪機組，運行的流量變化范圍較大。推薦方案中電站裝機容量為1.3 MW，年均發電量為 4.9 GW·h。

3.5.2 環境和發展影響

該項目占地面積小，因此對周邊環境的影響很小。電站庫容不大，與原壩庫容相近。需要修建1條連接電站廠房和開關站的道路，從壩址連接到國家電網69 kV輸變電線路的距離不遠。由于水流沒有被引走，仍在原河道，所以不會對灌溉或居民供水系統造成影響。

河道中的原結構需要拆除，為方便施工，需先修建圍堰再拆除，因此在新擋水堰和電站廠房施工期間，將有部分臨時的渣土或巖石傾入河道。工程施工和調試運行時間約為4 a。

3.6 內格羅河

內格羅河位于牙買加東南沿海的偏遠地區，僅向圣托馬斯區的一些小型社區居民供水。1981年，CESDI完成首次水電站研究。1990年，列入內格羅河潛在工程方案清單。2013～2014年，斯圖迪奧皮耶特格里公司對電站開發方案進行了可行性研究。

3.6.1 概 況

內格羅河流域面積約140 km2，河流發源于藍山地區，河道長10 km，最終流入加勒比海。壩址地層為圣海倫斯蓋普地層，巖性主要為風化灰綠色火山巖，局部夾有灰巖。該地區發現數條斷層，恩里基洛-芭蕉園斷層為本區的主要斷層，另有卡瓦利斷層、頓維爾斷層和卡菲噶里斷層。

推薦方案為裝機容量2.3 MW的小型徑流式電站，為減少泥沙侵入，采用經典的重力式擋水堰和希羅爾進水口設計。工程將通過長3 km的水道從內格羅河引水至亞拉斯河。該水道包括長1.1 km的灌溉渠和長2.06 km的壓力管道，與電站廠房相連，廠房內安裝1臺沖擊式水輪發電機組，運行凈水頭為271.1 m，設計引用流量為1 m3/s，年均發電量為7.2 GW·h。

3.6.2 環境和發展影響

為保證擋水堰和電站廠房施工，需要新建道路。位于該國東南部圣托馬斯郊區的哈格力蓋普(Hagleys Gap)是一個移民區，其居民用水來源于內格羅河，因此該設計中考慮了向居民生活和農業生產的供水問題。工程施工和調試運行時間約為3 a。

曹艷輝 孫 言 譯

(編輯：唐湘茜)

2016-10-15

1006-0081(2017)02-0001-05

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曹艷輝，男，長江勘測規劃設計研究有限責任公司，高級工程師。)