乌东德水电站施工能耗分析与节能措施

(长江勘测规划设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430010)

2011年12月，住房和城乡建设部与国家质量监督检验检药总局联合发布了水利水电工程有关节能设计的规范[1]。2013年水利部颁布了相关的编制规范[2]。2014年11月1日《水电工程节能降耗分析设计导则》(NB/T 35022-2014)开始实施。水利水电工程施工期的能耗分析与评价有着十分重要的意义，对实现我国政府制定的节能减排目标有着积极的推动作用[3-10]。根据《中华人民共和国节约能源法》《国务院关于加强节能工作的决定》《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》以及有关节能的规程规范要求，水利水电工程需对其施工期能耗进行分析与评价，达不到节能要求的项目不能开工建设。本文以乌东德水电站施工为例，介绍了大型水电工程施工节能的措施。

1 工程概况

金沙江下游干流河段上共建设有乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝4座梯级电站。乌东德坝址右岸属云南省昆明市禄劝县，左岸隶属四川省会东县。电站开发任务以发电为主，兼顾防洪、航运和促进地方经济社会发展。坝址控制流域面积 40.61万km2，多年平均流量3 830 m3/s，多年平均径流量1 207亿m3。

乌东德水电站正常蓄水位975 m，防洪限制水位952 m，死水位945 m，防洪高水位975 m；设计洪水位 979.38 m，校核洪水位 986.17 m；总库容 74.08亿m3，预留防洪库容 24.4亿m3，调节库容 30.20亿m3，库容系数 2.50%，具有季调节能力。电站装机容量10 200 MW，多年平均发电量 389.1亿kW·h。

乌东德水电站为1等大(一)型工程，枢纽主体由挡水建筑物、泄洪建筑物、引水发电系统等组成。坝址处河谷狭窄、地形地质条件较好。挡水坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高270 m，坝顶弧长326.95 m。泄洪设施由坝身泄洪孔和岸边泄洪洞组成，坝下设碾压混凝土重力式二道坝，形成水垫塘消能。引水发电系统采用两岸对称布置，左右岸分别安装6台单机容量850 MW的混流式水轮发电机组。电站主要工程量见表1。

2 能耗种类、数量及指标

2.1 土石方施工

该工程土石方施工项目主要包括明挖、洞挖、支护、填筑、基础处理及渗控工程等项目。主要施工机械设备有：钻机、挖掘机、推土机、自卸汽车、振动碾、混凝土喷射机、抓斗、灌浆机等。土石方施工耗电量2.152亿kW·h，柴油消耗量 41 120.41t，折合标准煤128 351 tce。

表1 乌东德水电站主要工程量

2.2 混凝土施工

挡水泄洪建筑物及地下电站主要采用常态混凝土，二道坝及厂泄导墙采用碾压混凝土。混凝土施工主要设备为缆机、履带吊、塔机、混凝土泵及混凝土振捣设备等。混凝土施工期耗电量4 591.12万kW·h，柴油消耗量14 591.97 t，折合标准煤35 862 tce。

2.3 辅助生产系统

2.3.1 砂石加工系统

乌东德水电站共设置2套砂石加工系统，大坝砂石加工系统用电设备总装机容量8 458.8 kW，下白滩砂石加工系统用电设备总装机容量9 408.3 kW。砂石系统施工期总能耗为1.639亿kW·h，折合标准煤52 127 tce。

2.3.2 混凝土生产系统

左岸设置2座混凝土生产系统，右岸设置1座混凝土生产系统，系统总装机容量分别为12 000，5 000，11 000 kW，均配有制冷设备。混凝土系统施工期拌和混凝土总能耗1.61亿kW·h，折合标准煤36 939 tce。预冷混凝土生产能力970 m3/h，其中7℃混凝土生产强度为400 m3/h，14℃混凝土生产强度为540 m3/h，主要耗能设备有螺杆制冷压缩机组、氨泵、离心风机、冷却塔等。3座混凝土生产系统制冷电机总功率约18 600 kW，施工期制冷总能耗为1.020亿kW·h，折合标准煤32 445 tce。

2.3.3 综合加工厂

综合加工厂承担钢筋加工、木模加工、预制构建加工、机械修配、机电设备安装和金属结构拼装等，施工期总能耗为2 567.16万kW·h，折合标准煤8 164 tce。

2.3.4 给 水

乌东德水电站施工期在左右两岸设置水厂，左岸水厂规模 8.1万m3/d，右岸水厂规模 0.5万m3/d，左岸上游马师傅河沟和右岸下游阿巧沟供水量达1.8万m3/d。

(1)电耗。两座水厂的取水泵站、配水系统调节泵站等各种用电设备总装机容量 6 752.02 kW，计算负荷 3 428.73 kW，整个施工期总电耗 7 476.05万kW·h，折合标准煤 23 774 tce。

(2)药耗。两座水厂采用的混凝剂均是聚合氯化铝(PAC)，每座水厂均有两个投药点，每个投药点最大投加量20 mg/L。右岸上游水厂消毒剂采用次氯酸钠(NaClO)，投加量为2～3mg/L，左岸水厂出厂水不消毒。整个运行期两座水厂混凝剂总耗量4 260 t，消毒剂总耗量14 t。

(3)水耗。用于预沉池排泥、絮凝沉淀池排泥、滤池反冲洗等。由于金沙江水含沙量高，两座水厂采用两级混凝沉淀工艺，耗水量较大，占总供水量的10%～15%。工期水厂耗水量 2 744.7万m3。

2.3.5 排 水

(1)生产系统排水。砂石加工系统、混凝土系统产生的大量含泥沙废水由废水处理系统处理，该系统总装机容量约2 600 kW，计算负荷2 141.05 kW，施工期总耗电3 370万kW·h，折合标准煤10 717 tce。

(2)基坑排水。大坝初期排水、上下游基坑经常性排水以及其他部位经常性排水设备总电耗2 729万kW·h，折合标准煤8 677 tce。

2.4 生产性建筑物

生产性建筑物主要为混凝土系统、砂石加工系统、综合加工厂等生产用建筑物以及油库、水泥仓库、粉煤灰仓库、炸药库、钢筋钢材仓库、机电设备仓库、综合仓库等，均为临时建筑物。施工期耗电量5 970.35万kW·h，折合标准煤18 986 tce。

2.5 生活性建筑物

生活性建筑物包括前期营地、集中统建的新村管理营地、施工作业面附近的施工单位自建临时施工营地等。施工期耗电量 9 047.43万kW·h，用水量 742.05万t，折合标准煤28 771 tce。

乌东德水电站施工期能耗分析见表2。

表2 乌东德水电站施工期能耗分析

3 节能措施

乌东德水电站工程节能措施体现在大坝、泄水消能、引水发电建筑物的设计方面。

3.1 大 坝

充分利用坝址河谷狭窄、地质条件优良的特点，采用混凝土用量少的双曲拱坝。上部拱推力小的部位利用弱卸荷岩体，中上部拱肩槽采用半径向开挖，开挖量和混凝土浇筑量均有较大幅度减小。拱坝体形选择对坝址河谷形状适应性好的抛物线拱，充分利用混凝土后期强度进行坝体混凝土分区，且多采用4级配混凝土。

3.2 泄水消能建筑物

以坝身泄洪为主(5个表孔、6个中孔)，充分利用坝下天然水垫深厚、岩石抗冲能力强的特点，对水垫塘采用护岸不护底方案，大大节省混凝土用量和运行维护成本。水垫塘边坡支护与混凝土边墙锚固结合布置，边坡排水与边墙排水结合布置，可减少边坡支护量。二道坝采用碾压混凝土方案。泄洪洞3个工作闸室操作平台以下保留岩埂，减少开挖量和混凝土浇筑量；泄洪洞挑流鼻坎嵌入出口洞脸边坡内，以减少开挖量。

3.3 引水发电建筑物

(1)合理利用坝址地形、地质条件。地下厂房靠河侧布置，与靠山内侧布置相比，单机输水线路长度缩短约200 m。将主厂房、主变洞和调压室3大洞室平行布置，缩短发电机至主变压器之间大电流离相封闭母线的长度，减小电能损耗。将开关站GIS配电装置布置于主变压器的上方，可降低输电线路损耗、节省开关站布置和运行期维护工作。尽可能采取永久工程和临时工程相结合的施工组织设计。

(2)尽可能压缩地下厂房空间。①机电设备紧凑布置；②仅在厂房下游侧布置运行通道，取消厂房上游侧通道，将风罩紧贴上游边墙布置；③采用岩锚吊车梁以减小主厂房跨度，并使得大桥机提前投入运行；④蜗壳部位采用倒悬开挖体型，避免蜗壳尺寸成为厂房跨度的控制因素；⑤利用数值分析技术优选三大洞室间距、地下厂房洞室群施工开挖顺序及锚喷支护参数。

(3)加快机组安装进度。乌东德水电站装机容量大，机组安装过程中转子及定子安装耗时最长，是控制机组安装进度的主要因素。通过在厂房另一端布置副安装场，增设一个转子安装工位；集水井布置在副安装场下部，使主安装场尽早形成，为加快机组安装进度及早日投产提供必要条件。

4 结 论

(1)乌东德水电站为Ⅰ等大(一)型工程，施工期总能耗为423 992 tce。设计中因地制宜进行枢纽布置和建筑物设计，节省了工程量，降低了项目的能源消耗量。与国内其他同等规模的巨型水电站相比，如白鹤滩水电站施工期总能耗107.57万 tce，乌东德水电站的能效水平处于先进水平。

(2)乌东德水电站建成后，每年可减少标准煤用量1 220万t，减少CO2排放量3 050万t，减少SO2排放量10.4万t，减少NOx 排放量 9.0万t，环保效益显著，与我国政府制定的2020年CO2排放量下降目标一致。