尾礦庫溢洪道排水發電潛能分析

李凡超，郭 峰

尾礦庫溢洪道排水發電潛能分析

李凡超，郭 峰

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，湖南 郴州市 423037)

水力發電是人類利用水能來滿足電力需求的重要方式之一。以柿竹園公司煙沖溝尾礦庫溢洪道清污分流項目中清水巷排水為例，通過對排水量進行統計，分析排水潛在的重力勢能和電能價值，并結合市場水輪發電機現狀設計了1套水力發電方案，合理利用現有的水能資源，達到降本增效的目的。

尾礦庫;溢洪道排水;水力發電;降本增效

0 前 言

尾礦庫是用于堆存金屬或非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦或其他工業廢渣的場所。尾礦庫是一個具有高勢能的人造泥石流危險源，存在潰壩危險，一旦失事，容易造成特大事故。尾礦庫內不僅有尾礦漿帶來的水，而且尾礦庫匯水面積內的水都會以地表徑流的渠道進入尾礦庫，因此溢洪道作為尾礦庫排洪系統的一部分，是保證每個尾礦庫壩體安全的必不可缺的重要組成部分。目前我國尾礦庫排水一般直接進入廢水處理廠處理回用或者經處理后達標排放，但利用尾礦庫排水發電的卻比較少。

本文以柿竹園公司煙沖溝尾礦庫溢洪道清污分流項目中清水巷排水為例，分析其排水發電潛能。該公司尾礦庫所在地區屬于亞熱帶濕潤季風氣候，歷年平均降水量約為1500 mm左右，且該尾礦庫周邊山體地貌屬于喀斯特地貌，地下多有裂隙洞穴發育，常有裂隙水賦存于周邊山體，全年水流量較大。2017年之前，該公司尾礦庫尾水未采取清污分流，尾水均通過原有的溢洪道進入污水處理廠進行處理，每到雨季來臨時，不僅增加了尾礦庫潰壩的風險，也增加了水處理的成本。2017年為保證尾礦庫壩體安全和降低水處理成本，該公司新施工一條溢洪道清水巷專門用于截取尾礦庫周邊山體匯入的雨水及裂隙水，匯水通過溢洪道匯集到溢洪道出口的集水池，再通過排水管道排至附近河流中。

1 清水巷排水量統計

根據長期的流量監測和統計資料，2018年通過清水巷排入河流的水量約為517.24 萬m3，溢洪道出口至排水管出口高程為 85 m，通過計算[1]，全年勢能約有119.6835 萬kWh，全年平均流量0.164 m3/s。

2 水輪機的選型

2.1 水能計算

水輪發電機組保證出力[2?3]，即平均出力為：

p=（1）

式中，p為保證出力，kW；為綜合出力系數，大型水電站（裝機＞25萬kW），取8.5，中型水電站（裝機=2.5~25萬kW），取8.0~8.5，小型水電站（裝機＜2.5萬kW），取6.0~8.0，由于該發電系統規模較小，取6.0；為發電流量；為水頭高度。

將各參數代入式（1）中可得到p=83.64 kW。由此可計算保證電能，即保證出力乘以1年的小時數所得出的發電量為p=8760p=732686.4 kWh。

2.2 年利用小時數目標值

綜合該公司實際生產情況及其他因素影響，小型水電站的裝機容量年利用小時可在4000~5000 h范圍內確定，此處年利用小時取值4500 h。

2.3 裝機容量確定

根據水能和年利用小時[4]可以計算得出總裝機容量：裝=p/=162.82 kW。

2.4 水輪機類型及機組臺數的選擇

水輪機的裝置方式可分為臥軸和立軸兩種，其中臥軸布置方式簡單，但是占地面積較大，立軸布置占地面積小，但是需要向下進行土石開挖，增加了土建成本[1]；臺數方面，臺數多會造成投資較大，還會增加后期的運行維修費用，由于調節庫容有限，臺數只選擇1臺則有可能出現枯水季少水導致機組無法正常發電，出現空載損耗現象，通過綜合考慮投資成本及調節庫容等因素，根據裝機容量及實地考察，為提高發電效率，降低建設成本，可以利用現空置的螢石產品倉庫布置2臺功率為80 kW的臥軸水輪機。

通過該項目產生的電能可以直接接入尾礦庫尾水處理站辦公室使用，不僅能保證尾水處理站中控室和在線監測設備的日常用電，還能防止在線監測設備因停電導致在線數據異常的現象。

3 實施效果評價

3.1 成本計算

成本包括固定資產的投入，年運行費及流動資金。

固定資產包括項目建設的全部費用，目前國內水輪發電機技術成熟，配套設施完善，本次方案中所選型的水輪機包括其他配套設施、安裝費用，場地則可利用現有的倉庫，不需增加其他土建成本投入，該方案預計固定資產投入約為18萬元。年運行費，按照每年維護檢修的費用2萬元計算。流動資金包括支付職工工資等其他開支，預計年投入約12萬元。

3.2 效益分析

目前公司工業用電單價按照平均價格0.56315元/kWh來計算，本方案年發電量產值為41.26萬元，項目運行第一年，投資收益率可達128.93%，接下來的每年，投資收益率可以達到294.71%，實現降本增效的目的。

通過實施該項目建設，極大地提高了水能資源的利用率，促進企業進一步管理，挖潛更深一步，不僅可以提高經濟效益，還能引導企業員工鉆研技術、創新管理、提高工作熱情和創造活力。

4 結 語

水能資源作為一種清潔的可再生資源, 在利用的過程中可多次循環重復利用, 對人類生活以及世界經濟發展都具有一定經濟價值。從我國水能資源的優勢特點來看, 小型水力發電已經成為了我國開發利用水能資源的一個重要選擇。小型水力發電站最典型的優勢特點是運行過程中堅守耐用, 使用壽命較長, 堅固耐用, 且市場價格穩定。尾礦庫溢洪排水蘊藏豐富的水力資源，開展溢洪道排水發電項目，是對尾礦庫溢洪排水水力資源的利用，在技術上和經濟上都具備現實的可行性。對現有資源的合理利用，是礦山企業開展降本增效工作的一條新的路徑。同時開展降本增效是企業優化成本結構，提高經濟效益的一種重要方式[6]，通過多領域的探討與挖潛，提升降本增效理論水平，打贏降本增效攻堅戰，才能不斷提高企業經濟運行質量，保持可持續發展。

[1] 王榮林,黃小忠,王 亮.礦井涌水發電潛能分析[J].中國礦山工程, 2016,45(2):23-25.

[2] 何文才.低水頭電站水輪發電機組的選型[J].中國農村水利水電, 2005(7):88-90.

[3] 張秀菊.水電站保證出力的計算方法[J].水力發電,2006,32(10): 21-23.

[4] 龍建明,李敏科.小型水電站裝機容量的確定[J].小水電,2006(4): 37-38.

[5] 顧永和,席 靜,王 靜,等.水能資源利用技術的研究綜述[J].山東化工,2018(1):48-64.

[6] 楊靜華.淺談企業降本增效的意義和途徑[J].經濟技術協作信息, 2013(35):41-41.

(2019-04-12)

李凡超(1990—) ，男，工程師，主要從事企業技術管理工作，Email: 408278016@qq.com。