基于尼泊爾案例的綠色水電設計與評價.pdf

1、綠色可持續(xù)水電的理念主要關注的是水電開發(fā)過程中的環(huán)境與管理問題，關于如何提高綠色水利設施設計與建造水平、保證下游水量最大化且發(fā)電量最優(yōu)等相關研究正在蓬勃發(fā)展，需要進一步研究相關領域內(nèi)容。盡管綠色水電這個概念在上世紀早已被提出，但是各國在綠色水電開發(fā)的理念上存在差異，許多國家的綠色水電理念中沒有提及在天然河道中，不同季節(jié)不同水位條件下，如何不影響魚類洄游的問題。另外，傳統(tǒng)的水利設計理念只考慮在高水位階段如何沖泄泥沙的問題，而沒有考慮旱季時

2、期如何保證持續(xù)向下游宣泄泥沙。因此，本文選擇尼泊爾一座小型引水式發(fā)電站作為研究對象，開展綠色水電相關設計并進行經(jīng)濟性評價。所選的尼泊爾小水電站目前存在著較多的問題，例如枯水期，電站引水發(fā)電造成分流堰至電站尾水之間的下游區(qū)斷流，從而引發(fā)許多生態(tài)環(huán)境和其他社會經(jīng)濟問題。為解決這些問題，有必要研究更有利于可持續(xù)發(fā)展的小水電設計理論和方法，使小水電站以更有效的方式服務社會。
　　本文研究的目標是基于綠色水電設計理念，在保證最優(yōu)發(fā)電量的條件

3、下，能夠持續(xù)地宣泄泥沙，并確保下游生態(tài)需水量。此外，本文研究并設計了一種魚道結(jié)構(gòu)，使魚的洄游不受季節(jié)水位漲落的影響。課題以尼泊爾的一座小水電站為例，通過分析河流每個月的水文特征來進行設計，為未來綠色水電設計理念的發(fā)展提供技術支持。本課題的主要研究結(jié)果如下：
　　1、研究了急性變溫對魚類行為的影響，它是魚道設計的重要因素。結(jié)果表明，在5℃(急性降溫),15℃(適應溫度)和25℃(急性升溫)條件下，急性溫度變化影響魚類臨界游泳速度(U

4、crit)、耗氧率(MO2)、擺尾頻率(TBF)和擺尾幅度(TBA)。急性降溫至5℃或急性升溫至25℃，臨界游速都將顯著下降，在適應溫度時最大。15℃條件下耗氧率隨游泳速度增加而增大，而5℃和25℃時，耗氧率隨游泳速度增加反而下降。與15℃條件下相比，擺尾頻率和幅度在5℃和25℃時均下降，且擬合直線(TBF-U)的斜率也均低于15℃時。
　　2、將雨季和旱季天然河流水位變化的影響納入魚道設計。根據(jù)天然河流水流方向進行魚道選址，以吸

5、引更多的魚類進入魚道。采用流體計算軟件ANSYS Fluent14.5模擬魚道中的流場及水流速度。根據(jù)設計標準和經(jīng)驗公式計算了魚道設計的關鍵因素：流量、流速、入口流速，水深及體積耗散功率等。魚道設計的結(jié)果表明，上游的魚道出口通常的水流深度是2.5m，當洪水季節(jié)溢流高度升至0.5m以上，魚道仍可有效工作。當旱季的河流深度由2.5m下降至0.5m時，設計的魚道也可以正常工作，從而保證不同季節(jié)因產(chǎn)卵或其他原因需洄游的魚類都能通過魚道。旱季里河

6、流流量很小時，可利用閘式魚道和堰式魚道之間的開放河道產(chǎn)生誘魚水流，吸引魚類進入魚道。兩魚道間的開放河道還可用于降河洄游魚類的過魚通道以及定期將泥沙沖泄至下游。3、通過對未來可持續(xù)綠色水電開發(fā)的研究，遴選了綠色水電的評價指標。評價標準被分為三個方面，即技術、環(huán)境和社會-經(jīng)濟。環(huán)境和社會-經(jīng)濟因子與技術相關的條件下，使技術標準最大化。
　　4、通過水電項目的水力計算得到最大排放流量下的最佳發(fā)電量。當前的尼泊爾水電政策是要求維持月平均1

7、0％的排放流量，此流量在季風期的旱季是不夠的。本課題設計的流量為1.151m3/sec，而當前政策規(guī)定的流速在旱季只有0.23m3/sec。本設計將下游受到的不利影響最小化，全年平均每月的最小排放流量為30%，旱季的最大值可達63.9%，且對常規(guī)發(fā)電的影響非常小。此外，連續(xù)的排放到下游河流中有助于提高河流深度，即使是在旱季，可從現(xiàn)有的30cm提高到60cm，從而有利于維持正常的水溫和溶氧。更重要的是，此設計有助于管理洪水季的過量河水：洪

8、水季節(jié)采用兩種泄洪道，一個在堰的上游，另一個在入口后方，它們有助于維持魚道內(nèi)正常的流速和流量。
　　5、從社會-經(jīng)濟、生態(tài)和環(huán)境三方面對本研究的綠色水電設計進行了經(jīng)濟分析及評價，并與已有的設計相比較，得到了較好的結(jié)果。經(jīng)濟分析結(jié)果表明，本設計的效率成本比例(B/C)為2.11，內(nèi)部收益率(IRR)為20.67%，凈價值(NPV)為$16,109,000。而現(xiàn)有設計的效率成本比例為2.08，內(nèi)部收益率為20.21%，凈價值為$16,