烏東德水電站施工能耗分析與節能措施

(長江勘測規劃設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430010)

2011年12月，住房和城鄉建設部與國家質量監督檢驗檢藥總局聯合發布了水利水電工程有關節能設計的規范[1]。2013年水利部頒布了相關的編制規范[2]。2014年11月1日《水電工程節能降耗分析設計導則》(NB/T 35022-2014)開始實施。水利水電工程施工期的能耗分析與評價有著十分重要的意義，對實現我國政府制定的節能減排目標有著積極的推動作用[3-10]。根據《中華人民共和國節約能源法》《國務院關于加強節能工作的決定》《固定資產投資項目節能評估和審查暫行辦法》以及有關節能的規程規范要求，水利水電工程需對其施工期能耗進行分析與評價，達不到節能要求的項目不能開工建設。本文以烏東德水電站施工為例，介紹了大型水電工程施工節能的措施。

1 工程概況

金沙江下游干流河段上共建設有烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩4座梯級電站。烏東德壩址右岸屬云南省昆明市祿勸縣，左岸隸屬四川省會東縣。電站開發任務以發電為主，兼顧防洪、航運和促進地方經濟社會發展。壩址控制流域面積 40.61萬km2，多年平均流量3 830 m3/s，多年平均徑流量1 207億m3。

烏東德水電站正常蓄水位975 m，防洪限制水位952 m，死水位945 m，防洪高水位975 m；設計洪水位 979.38 m，校核洪水位 986.17 m；總庫容 74.08億m3，預留防洪庫容 24.4億m3，調節庫容 30.20億m3，庫容系數 2.50%，具有季調節能力。電站裝機容量10 200 MW，多年平均發電量 389.1億kW·h。

烏東德水電站為1等大(一)型工程，樞紐主體由擋水建筑物、泄洪建筑物、引水發電系統等組成。壩址處河谷狹窄、地形地質條件較好。擋水壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高270 m，壩頂弧長326.95 m。泄洪設施由壩身泄洪孔和岸邊泄洪洞組成，壩下設碾壓混凝土重力式二道壩，形成水墊塘消能。引水發電系統采用兩岸對稱布置，左右岸分別安裝6臺單機容量850 MW的混流式水輪發電機組。電站主要工程量見表1。

2 能耗種類、數量及指標

2.1 土石方施工

該工程土石方施工項目主要包括明挖、洞挖、支護、填筑、基礎處理及滲控工程等項目。主要施工機械設備有：鉆機、挖掘機、推土機、自卸汽車、振動碾、混凝土噴射機、抓斗、灌漿機等。土石方施工耗電量2.152億kW·h，柴油消耗量 41 120.41t，折合標準煤128 351 tce。

表1 烏東德水電站主要工程量

2.2 混凝土施工

擋水泄洪建筑物及地下電站主要采用常態混凝土，二道壩及廠泄導墻采用碾壓混凝土。混凝土施工主要設備為纜機、履帶吊、塔機、混凝土泵及混凝土振搗設備等。混凝土施工期耗電量4 591.12萬kW·h，柴油消耗量14 591.97 t，折合標準煤35 862 tce。

2.3 輔助生產系統

2.3.1 砂石加工系統

烏東德水電站共設置2套砂石加工系統，大壩砂石加工系統用電設備總裝機容量8 458.8 kW，下白灘砂石加工系統用電設備總裝機容量9 408.3 kW。砂石系統施工期總能耗為1.639億kW·h，折合標準煤52 127 tce。

2.3.2 混凝土生產系統

左岸設置2座混凝土生產系統，右岸設置1座混凝土生產系統，系統總裝機容量分別為12 000，5 000，11 000 kW，均配有制冷設備。混凝土系統施工期拌和混凝土總能耗1.61億kW·h，折合標準煤36 939 tce。預冷混凝土生產能力970 m3/h，其中7℃混凝土生產強度為400 m3/h，14℃混凝土生產強度為540 m3/h，主要耗能設備有螺桿制冷壓縮機組、氨泵、離心風機、冷卻塔等。3座混凝土生產系統制冷電機總功率約18 600 kW，施工期制冷總能耗為1.020億kW·h，折合標準煤32 445 tce。

2.3.3 綜合加工廠

綜合加工廠承擔鋼筋加工、木模加工、預制構建加工、機械修配、機電設備安裝和金屬結構拼裝等，施工期總能耗為2 567.16萬kW·h，折合標準煤8 164 tce。

2.3.4 給 水

烏東德水電站施工期在左右兩岸設置水廠，左岸水廠規模 8.1萬m3/d，右岸水廠規模 0.5萬m3/d，左岸上游馬師傅河溝和右岸下游阿巧溝供水量達1.8萬m3/d。

(1)電耗。兩座水廠的取水泵站、配水系統調節泵站等各種用電設備總裝機容量 6 752.02 kW，計算負荷 3 428.73 kW，整個施工期總電耗 7 476.05萬kW·h，折合標準煤 23 774 tce。

(2)藥耗。兩座水廠采用的混凝劑均是聚合氯化鋁(PAC)，每座水廠均有兩個投藥點，每個投藥點最大投加量20 mg/L。右岸上游水廠消毒劑采用次氯酸鈉(NaClO)，投加量為2～3mg/L，左岸水廠出廠水不消毒。整個運行期兩座水廠混凝劑總耗量4 260 t，消毒劑總耗量14 t。

(3)水耗。用于預沉池排泥、絮凝沉淀池排泥、濾池反沖洗等。由于金沙江水含沙量高，兩座水廠采用兩級混凝沉淀工藝，耗水量較大，占總供水量的10%～15%。工期水廠耗水量 2 744.7萬m3。

2.3.5 排 水

(1)生產系統排水。砂石加工系統、混凝土系統產生的大量含泥沙廢水由廢水處理系統處理，該系統總裝機容量約2 600 kW，計算負荷2 141.05 kW，施工期總耗電3 370萬kW·h，折合標準煤10 717 tce。

(2)基坑排水。大壩初期排水、上下游基坑經常性排水以及其他部位經常性排水設備總電耗2 729萬kW·h，折合標準煤8 677 tce。

2.4 生產性建筑物

生產性建筑物主要為混凝土系統、砂石加工系統、綜合加工廠等生產用建筑物以及油庫、水泥倉庫、粉煤灰倉庫、炸藥庫、鋼筋鋼材倉庫、機電設備倉庫、綜合倉庫等，均為臨時建筑物。施工期耗電量5 970.35萬kW·h，折合標準煤18 986 tce。

2.5 生活性建筑物

生活性建筑物包括前期營地、集中統建的新村管理營地、施工作業面附近的施工單位自建臨時施工營地等。施工期耗電量 9 047.43萬kW·h，用水量 742.05萬t，折合標準煤28 771 tce。

烏東德水電站施工期能耗分析見表2。

表2 烏東德水電站施工期能耗分析

3 節能措施

烏東德水電站工程節能措施體現在大壩、泄水消能、引水發電建筑物的設計方面。

3.1 大 壩

充分利用壩址河谷狹窄、地質條件優良的特點，采用混凝土用量少的雙曲拱壩。上部拱推力小的部位利用弱卸荷巖體，中上部拱肩槽采用半徑向開挖，開挖量和混凝土澆筑量均有較大幅度減小。拱壩體形選擇對壩址河谷形狀適應性好的拋物線拱，充分利用混凝土后期強度進行壩體混凝土分區，且多采用4級配混凝土。

3.2 泄水消能建筑物

以壩身泄洪為主(5個表孔、6個中孔)，充分利用壩下天然水墊深厚、巖石抗沖能力強的特點，對水墊塘采用護岸不護底方案，大大節省混凝土用量和運行維護成本。水墊塘邊坡支護與混凝土邊墻錨固結合布置，邊坡排水與邊墻排水結合布置，可減少邊坡支護量。二道壩采用碾壓混凝土方案。泄洪洞3個工作閘室操作平臺以下保留巖埂，減少開挖量和混凝土澆筑量；泄洪洞挑流鼻坎嵌入出口洞臉邊坡內，以減少開挖量。

3.3 引水發電建筑物

(1)合理利用壩址地形、地質條件。地下廠房靠河側布置，與靠山內側布置相比，單機輸水線路長度縮短約200 m。將主廠房、主變洞和調壓室3大洞室平行布置，縮短發電機至主變壓器之間大電流離相封閉母線的長度，減小電能損耗。將開關站GIS配電裝置布置于主變壓器的上方，可降低輸電線路損耗、節省開關站布置和運行期維護工作。盡可能采取永久工程和臨時工程相結合的施工組織設計。

(2)盡可能壓縮地下廠房空間。①機電設備緊湊布置；②僅在廠房下游側布置運行通道，取消廠房上游側通道，將風罩緊貼上游邊墻布置；③采用巖錨吊車梁以減小主廠房跨度，并使得大橋機提前投入運行；④蝸殼部位采用倒懸開挖體型，避免蝸殼尺寸成為廠房跨度的控制因素；⑤利用數值分析技術優選三大洞室間距、地下廠房洞室群施工開挖順序及錨噴支護參數。

(3)加快機組安裝進度。烏東德水電站裝機容量大，機組安裝過程中轉子及定子安裝耗時最長，是控制機組安裝進度的主要因素。通過在廠房另一端布置副安裝場，增設一個轉子安裝工位；集水井布置在副安裝場下部，使主安裝場盡早形成，為加快機組安裝進度及早日投產提供必要條件。

4 結 論

(1)烏東德水電站為Ⅰ等大(一)型工程，施工期總能耗為423 992 tce。設計中因地制宜進行樞紐布置和建筑物設計，節省了工程量，降低了項目的能源消耗量。與國內其他同等規模的巨型水電站相比，如白鶴灘水電站施工期總能耗107.57萬 tce，烏東德水電站的能效水平處于先進水平。

(2)烏東德水電站建成后，每年可減少標準煤用量1 220萬t，減少CO2排放量3 050萬t，減少SO2排放量10.4萬t，減少NOx 排放量 9.0萬t，環保效益顯著，與我國政府制定的2020年CO2排放量下降目標一致。