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1、钱凯工程在秘鲁可再生能源开发中的作用2011年12月水利水电快报EWRHI第32卷第l2期文章编号:1006-0081(2011)12-0020-04钱凯工程在秘鲁可再生能源开发中的作用秘鲁B.扎拉科维奇摘要:秘鲁是拉丁美洲水力蕴藏量第三大国,仅次于巴西和哥伦比亚,总量超过60000MW,但是只开发了其中的5%或3000MW.为了改善这一局面,秘鲁政府采取各种法律和经济手段来刺激新水电工程的开发,努力增加各类可再生能源的发电量.在可再生能源(RER)工程的首次国内招标中,选定了17项小于20MW的水电工程.概述了秘鲁电力系统的状况,并对选中的17项工程中的其中的一项,即正在施工的19.2MW的
2、钱凯工程的概况及施工进展进行了介绍.关键词:再生能源开发利用;钱凯工程;秘鲁中图法分类号:TV213文献标志码:A20032008年是秘鲁电力行业重大的发展阶段,年需电量增加了8%,总计达到了4000MW.虽然2009年只增长了3%,但在2010年又回升到近7%.秘鲁国内电力行业有效装机容量的50%是水电,50%是火电(其中然气电站的建设和运行效益增长显着).秘鲁2/3的年发电量来自水电,其余来自火电,火力发电厂大多建在秘鲁的中部,靠近首都利马.如此的电站位置分布,加上输电系统能力不足而且装机容量小,对秘鲁北部和南部的生产,生活和经济发展产生了严重影响,而在增加的需电量中,该区域所占比重很大.
3、因此供电问题不解决,将阻碍今后的发展.鉴于秘鲁尚未开发的水电蕴藏量十分丰富,目前政府鼓励开发水电工程及其他可再生能源的利用.作为主要的刺激手段,已经对水电站提出并正在实施建设期预先返还当地增值税,取消进口税和特别关税,目的是补偿秘鲁电力市场极低的现行电费(目前大约为35美MW-h).在利用可再生能源长期供电的首次国内招标中,共选定了17座水电站站址,在未来的20a内,必须向其支付特别电费.招标获得的平均电价为60美元/MW?h左右,这样就使得建设一些新的小收稿日期:2011.0909?20?水电站在经济上是可行的.秘鲁的一家能源开发公司锡内萨(Sinersa)公司,在此次国内招标中,获得了其中
4、第4座水电站的开发权,该座水电站装机19.2MW.投标书中58.5美MW?h的开价已被接受,因此已经开始了电站工程的前期工作.该电站计划于2012年12月开始投入商业运行.1秘鲁电力系统的主要特征参数2009年,秘鲁电力系统的最大需电量为4260MW,年发电量为29950GW?h,从该数据来看,全国80%的总人口能用上电.然而,农村人口的电气化水平仍然很低,只有30%.秘鲁电力系统的主要特征参数列于表1.目前秘鲁与厄瓜多尔的电力系统已经联网,而且短期内还计划与巴西,智利,玻利维亚和哥伦比亚的电力系统联网.过去10a中,秘鲁国民生产总值(GNP)经历了重要和持续地增长,国内电力需求也随之相应增长
5、.20042008年,电力需求量年均增长8%,由于受到世界经济危机的影响,2009年只增长了3%.2010年,需求量的增长又超过了6%,2010年6月达到了12%.在未来几年内,预计电力需求量的增长趋势相同.秘鲁B.扎拉科维奇钱凯工程在秘鲁可再生能源开发中的作用表1秘鲁电力系统的主要特征参数项目指标2009年国家电力系统的最大需电量/MW43222009年总发电量/GW?h29950用电人口比例/%80农村用电人口比例/%30与国家电网联网的用户总数/万460220kV输电线路的总长度/kin5800138kV输电线路的总长度/kin3600水电蕴藏总量/MW61830联网运行厄瓜多尔计划联网
6、暴翌琵近些年来,秘鲁电力系统需电量的年变化情况示于图l;秘鲁电力系统耗电量的年增长估计趋势示于图2.考虑到秘鲁电力系统2010年的最大电力需求量接近4500MW,由此预测未来的需电量年增长为300400MW.毒咖描咖*榷00050o0005000005000005000005000_.襄孽器量吾营善荟誊誊荟誊一-一年份图1秘鲁电力系统需电量的年际变化乐观平均保守估计值估计值估计值2009298072980729807乐观估计值.2o071446729737l650077.3%5重影响了新水电站的建设.火电站用天然气的定价为1.4美MBTU(远低于相应的世界市场价),目前秘鲁的电价相当低,大约为
7、35美元/MW?h.因此,在此背景下,只有极少的水电工程才被认可在经济上是可行的.20052010年,天然气发电量的增长为25.9%,而水力发电量的增长只有2.3%,见图3.图32008年水力发电所占的发电量份额各类能源的发电量在电力系统中所占的份额见图3.从图3中可以看出,发电量主要来自水电(61%),天然气发电量只有32%.水电图42009年6月秘鲁电力系统典型调度示意图4是秘鲁电力系统的典型调度图,显示了各类能源所占的发电份额.2刺激水电站的建设虽然秘鲁是拉丁美洲水力蕴藏量的第三大国,仅次于巴西和哥伦比亚,总蕴藏量达到60000MW,但该国只开发了其中的5%,这就使得秘鲁成为该地区水力蕴
8、藏量开发最少的国家之一.自1992年起,政府开始特许私营业主投资水电,尽管同一时期的需电量超过了一倍,但是私营业主投资的水电开发只有500MW.将按能源类型划分的秘鲁能源系统的总有效容量统计数据列于表2.将2004年全国总水电蕴藏量,装机容量,以及2015年的规划装机容量列于表3中.满怀在未来几年内可以提供正常和可靠供电条件的期望,秘鲁政府对水电站的建设和运行采取了各种刺激手段.其中最重要的是:取消进口税,增值.21?姗姗咖姗咖姗咖湖o44332211:.=兮;2:22011年12月水利水电快报EWRHI第32卷第12期税的预先移交和在更短时间内折旧水电站全部资产的可能性.对装机容量小于20M
9、W的小水电工程建设给予了特别关注,根据秘鲁法律,将这些小电站归类为可再生能源(RER)还会有特别的”RER补贴”,这是表2按能源类型划分的秘鲁能源系统的总有效容量MW表32004年总水电蕴藏,装机容量以及2015年前的规划装机容量国家巴西2600006779210117439哥伦比亚930858893972510秘鲁61832303236286墨西哥5300096501278424委内瑞拉46000124911729238阿根廷445009783l131925智利251654278560522厄瓜多尔234671734353515巴拉圭125167410946576圭亚那760051001哥斯
10、达黎加64111296l42222危地马拉5000627140028洪都拉斯5000466109922巴拿马3282833l30040总计64685812829017984628对超出实际电价的额外支付,作为对这些工程较高的建设和运行成本的一种补偿.t,Wi表示政府已经认识到了开发和利用RER的特殊重要性.为了满足未来几年需电量的预期增长,能源部制定了建设和运行新的RER电站的计划,目标是这些电站的容量达到全国总装机容量的5%.由于政府意识到了新建水电站,特别是新建RER水电站的不利条件,因此向有意于建设和运行这些电站的投资者采取了各种刺激手段,其中最重要的是以下几个方面.2.1取消所有的进口
11、税由于水电站的大多数设备是进口的,因此政府决定取消其进ISI税.而在此决策之前,设备的税率为12%一18%.?22?2.2预先发放增值税水电站所有设备的购买以及土木工程的支付包含了19%的增值税,而这些税只能通过销售电力和能源来返还,这样要花几年时间才能收回已支付的增值税.因此,政府决定RER水电站可享受特殊的待遇:在建设期预先发放增值税,使其总成本减少了19%,因而提高了建设水电站的经济可行性.2.3加速水电站资产的折旧秘鲁新建电站的全部资产均可以折旧:土木工程为33a,设备为10a.水电站只要在以下情况下就被允许加速折旧:可在水电站运行的第1个5a内折旧全部资产.这一措施明显改善了工程的现
12、金流动和内部收益率.2.4RER水电站的特殊补贴在国家管理的电力系统内运行的所有电力生产厂家,收取同样的能源和供电规定价格.每年根据今后2a内预计的边界成本来确定这一价格.为了使RER(其中包括20MW的水电站)的投资更加诱人,政府决定给予这类电站特别的”绿色补贴”,并根据招标结果确定相应的补贴值.在2009年2月组织的招标的第1阶段,潜在的RER水电站开发商出售电力的平均报价是60美MW?h左右,即显着高于35美MW?h左右的平均调节能源价.由于这17项水电工程的总装机容量小于规定的限制(国家总装机容量的5%),开发商的电力投标价格也低于能源部招标的最高许可电价,于是批准建设提交的所有水电工
13、程.能源部与每个开发商均签订了合同,保证以美元计算的电价在工程投运发电后仍保持20a不变,包括每年随通胀调整.2.5秘鲁电力系统内的调度优先权所有的RER水电站都得到了优先调度的保证,这意味着电站可以生产发电并向电网供应所有可用电能,而不会受到任何联网调度的限制,只取决于可用水量.2.6获得最终发电许可的特别程序RER水电站,包括装机容量大于20MW的水电站,可在比其他电站更加优惠的特殊条件和特殊秘鲁B.扎拉科维奇钱凯工程在秘鲁可再生能源开发中的作用情况下获得最终发电许可.例如,作为相关程序的一部分,RER水电站无需完成环境影响研究这一程序(只需要满足一些简单的环境条件).满足规定的建设程序所
14、需要的保证比其他电站少,需要提交的技术文件也要少.2.7新输电线路的加速建设建设新水电站(包括小于20MW的)的主要问题之一是水电资源蕴藏地区缺乏输电线路.因此,已经批准了改造现有线路和建设新线路的宏伟计划,还考虑了在未来510a内,在开始运行新电站的可能位置修建新的输电线路.2.8改变发放水电站新许可证的法律程序根据1992年的法律,秘鲁电力系统开始实施私有化改革,此时一旦投资者获得新水电站的开发和运营许可,则可以持有相当长的时间,即使这项工程完全瘫痪或投资者没有真正的经济实力去实施该项工程.因此,非常有吸引力的各水电站开发坝址被潜在的投资者控制多年,其中有些人根本不想或无法完成工程.根据新
15、法律,前期准备工作和非常严格的施工程序成为获取工程开发许可条件的一部分,与不可抗拒力无关的最终延误,会导致将许可从未完成程序的投资者手上收回并转发给其他投资者.在获得许可之前的这段时间里,每个潜在投资者必须证明他们有实施工程的经济实力.在此前提下,RER工程首次全国投标的所有参与者,首先必须证明其具有开发所投标工程的经济实力,保证工程投入商业运行的确切时间,并出具相应的银行保函.3钱凯水电工程的建设辛迪卡托(Sindicato)能源公司是一家私营公司,主要营运水电站的建设和运行.公司已经建设并正在运行以下几座电站:(1)12.5MW的库鲁穆依(Curumuy)电站,1998年投运;(2)15.
16、4MW的普乔斯(Poeehos)1级电站,2004年投运;(3)10MW的普乔斯2级电站,2009年投运.根据该公司的发展目标以及秘鲁的最新鼓励政策,公司决定建设第4座水电站钱凯(Chancay)水电工程,并拟将其作为RER项目来运行.钱凯水利水电工程坝址位于秘鲁的中部,离首都利马180km,坐落在钱凯河上,该河平均流量大约是10In/s.如图5所示,进水建筑物高程为2725In,电站建筑物高程将近1900m,毛水头约为835Ill.水电站的主要组成部分是:进水建筑物,输水系统,电站厂房,开关站和输电线路.进水建筑物的总容量是3.2ITI/s,其中3in./s用于发电,0.2In/s用于沉砂池
17、的水力冲沙.由于装机容量相当于发生概率为95%的流量,因此全年都有多余的水量从进水建筑物和电站之间的河道流过.0.60_n681.22n711烨5ql一2725.00五-g冀鲁2加导1【3墨JI,0111|rT1TIlI1一2724.0o-_雾:.:f【II】【:予r导赛_.-I100l50Lo.75【3.003.25图5钱凯水电站引水建筑物的横断面沉砂池设有2个室,总长度为30In,建在进水建筑物以外.从进水口到电站的输水系统包括:平台和进行了外部包覆的塑料管,隧洞,虹吸管,前池和压力管道,总长为15800in.电站输水系统的最大部分将建在开挖平台上,该平台也将用作输水系统施工和维护的道路,
18、还将作为安装直径为1.35In的塑料管道的通道.将采用开挖的材料对管道进行覆盖,见图6.隧洞总长为3500in,将修建在不可能开挖平台或开挖成本很高的地段,隧洞建成后,也将成为输水系统的一部图6钱凯水电站输水系统的典型断面(下转第3O页)?23?2011年12月水利水电快报EWRHI第32卷第l2期5展望能源消耗量每年都在增加,同时要求关闭对二氧化碳平衡有负面影响的火电厂.因此,需要增加建设非火电厂来承担基荷与峰荷,同时扩大水轮机的运行范围也变得越来越重要.抽水蓄能可以增加运行方式,对于电网调节是必要的,也是可选择的.在水轮机部分负荷运行区域,采用对液体控制射流的思路,在过去几年中已有不同的研
19、究机构一直在进行研究,有些研究成果甚至还取得了专利.目前正在开展有关改进射流控制方面的研究工作.1.O0-0.75.0.50-0.250O.25O.500.751.00转轮体至下环图8轴面速度比较:CFD与测量瞬态的CFD计算是采用SSTSAS模型进行,计算结果显示了与实际尾水管水流分布的良好相关性.对于尾水管的瞬态影响,将采用更精确的紊流模型来研究.非常有必要进行细致的水流测量,以比较和开发不同的用于非规则统计紊流模型和尾水管的模拟对策.同时在工程运用和有效采用CFD工具的开发过程中,如果能够在资金方面获得良好的支持,则可能会获得更加可靠的结果.对于单一的部件,可视为达到了现代水平,而对于有
20、差异的部件,部件之间有很强的相互作用的复杂设备,则并不足以信赖.利用稳定的水流条件,优化点可模拟具有其物理特性的实际水流条件;在优化以外的运行将会复杂得多,非常费时的计算已经与实际情况较接近,但仅仅是接近而已.对于小型水电站而言,重要的是开发便宜而又有效的部件,以优化机组的配置和/或扩大机组的运行范围.在本文所叙述的水轮机方面的研究工作中,对可变速设备进行了分析计算.对于水轮机较宽的运行范围,其发挥的效益还不足以补偿变频器所增加的效能.但是,对于部分负荷下的长期运行来说,效益会很明显.马元瑗译自英刊水电与大坝2011年第1期沙文彬校(上接第23页)分.前池,非常溢洪道和用于压力引水管的进水建筑
21、物的高程为2701m.直径为0.9m的压力钢管总长为1300m,布置在混凝土块上.图7为钱凯水电站的横断面.?30?图7钱凯水电站的横断面水电站设计流量的水位高程为1899m,交通平台的高程为1905m.这样可以为最大流量或是100a一遇洪水流量情况下的水电站的正常运行提供条件.电站厂房内将安装2台卧式冲击式水轮机和2台发电机,总装机容量为19.2MW(流量为3m/s,净水头为765m).通过长为60km的60kV输电线路,该水电站与国家电网相连,投运以后,其年发电量为165GW?h左右.最近已完成了修建该水电站所需的所有的咨询,招标及前期工作.土木工程和设备的制造,安装及测试工作将历时24个月,因此该电站计划于2013年1月1日正式投入运行.丛珊范莎莎译自英刊水电与大坝)2011年第2期山松校