小水电绿色改造和现代化提升模式思考.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023小水电绿色改造和现代化提升模式思考王欢1，王继秀2，季健康1（1.水利部 产品质量标准研究所，浙江 杭州 310012；2.山东省沂水县院东头镇人民政府，山东 临沂 276400）摘要：小水电是我国成熟应用的低碳能源和具有高度灵活性的储能系统。目前，小水电发展存在一些安全和生态问题，表现在安全生产形势严峻、生态修复有短板、管理水平不高、强监管手段欠缺。提出河流生态修复与绿色示范、小水电提质增效与标准化、智能化运维管理、“小水电+扶贫惠农”、监管体系创新等小水电绿色改造和现代化提升的建设模式。关键词：小水电；绿色改造；高质量发展；绿色发展中图分类号：TV742文献标志码：Bdoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.057收稿日期：2022-12-08作者简介：王欢（1990），女，山西文水人，工程师，主要从事水利水电工程运行管理、水电站瞬变流仿真与控制等方面的研究与技术咨询工作E-mail：小水电是我国成熟应用的低碳能源和具有高度灵活性的储能系统。但是，受历史定位、开发理念、设计水平和经济技术条件限制，一些建设年代较早的小水电站普遍存在水工建筑物设计标准低、水能资源利用效率低、老化严重等问题，甚至个别小水电过度开发造成局部河段减水、脱流、干涸等生态环境问题。大力推进小水电绿色发展和现代化提升是破解小水电行业发展中安全和生态问题的根本路径，是实现小水电高质量发展的迫切需要1。1小水电开发现状截至2020年底，全国共有小水电站约4.4万座，总装机容量8 133.8万kW，占全国水电总装机容量的22%。2020年全国小水电年发电量为 2 423.7 亿 kWh，占全国水电发电总量的17.9%2。从区域分布来看，小水电主要分布在我国西南、华东地区。2020年末各地区装机容量及发电量情况见表1。2存在的主要问题近年来，通过实施小水电安全管理年检、安全生产标准化建设、增效扩容改造及河流生态改造、绿色小水电示范电站创建、小水电清理整改等工作，我国小水电产业发展取得可喜成绩。但我国小水电发展仍存在一些安全和生态问题，主要表现在以下几方面。（1）安全生产形势严峻。大部分小水电站位置偏远、工程规模小，普遍存在运行人员年龄偏大、技术素养较低、管理能力较弱等问题；部分老旧小水电站因缺乏资金和技术投入而尚未进行技术改造，机组效率低下、设备长期带病运行，存在安全生产隐患；部分小水电站水工建筑物防洪标准偏低，形成安全隐患。此外，水利部自2014年开始在全国大力推行安全生产标准化建设，但截至2021年底，全国标准化达标小水电站仅3 963座3，约占全国总数的9%。（2）生态修复有短板。目前，全国已有近3万座小水电站落实生态流量，长江经济带修复减水河段超9万km，河流生态修复取得积极成效3。但是，现行水电价格机制缺少有效的激励手段，部分小水电业主在生态流量落实方面主动性不强。另外，一些小水电承担供水、灌溉、抗旱等任务，在某些时段无法按要求下泄生态流量等。（3）管理水平不高。部分老旧小水电站存在技术管理能力弱、自动化水平低等问题。因此，需要开展小水电站集约化、信息化、物业化管理，通过提高自动化水平、提升运管人员专业能力，提高管理水平和能效发挥。（4）强监管手段欠缺。截至 2021 年底，全国累计创建了870座绿色小水电示范电站3；13个省份已构建省、市、县三级监管平台，长江经济带2.1万余座小水电站生态流量监控信息全部接入监管平台3。目前，大多小水电行业监管平台初步建成，在功能设计开发、现场感知设备设施建设、云计算整合应用、大数据挖掘等方面与智慧水利体系下的强监管数字化转型发展要求还存在差距，安全与生态监管全过程的动态监管尚未表12020年末各地区装机容量及年发电量情况地区华东华南华中西南西北华北东北新疆建设兵团水利部直属合计省份山东江苏安徽浙江福建江西上海广东广西海南湖北湖南河南四川云南贵州西藏重庆市宁夏新疆青海陕西甘肃北京天津河北山西内蒙古辽宁吉林黑龙江装机容量/万kW各省份8.63.8114.9411.5729.9351.0773.3464.749.9391.9631.551.21 147.51 267.3369.542.2302.00.6174.8108.4172.9287.92.20.640.520.99.547.162.040.343.112.28 133.8合计1 619.71 287.91 074.73 128.5744.773.6149.4装机容量占比/%19.915.813.238.59.20.91.80.50.1发电量/（亿kW h）各省份0.70.528.882.0164.289.1157.7144.011.1119.7194.88.5440.5384.1132.610.787.10.165.856.452.9120.30.10.15.73.12.19.719.114.014.63.72 423.7合计365.3312.7323.01 055.0295.511.042.8发电量占比/%15.112.913.343.512.20.51.80.60.2 112人 民 黄 河2023年S1（下转第115页）有效开展。3小水电绿色改造和现代化提升的方案模式3.1河流生态修复与绿色示范建设模式3.1.1严格落实生态流量小水电站应安装生态流量监测监控设施，按照核定的生态流量足额下泄，并按照上级要求开展生态调度运行，做到科学泄放和长效监管。生态调度运行应按照“兴利服从防洪、区域服从流域、电调服从水调”的原则，坚持安全第一，充分考虑坝（闸）体安全，建立干支流梯级水电站联合调度或协作机制，合理安排拦河设施的下泄水量和流量过程，重点保障枯水期、鱼类繁殖期下游基本生态用水需要。3.1.2因地制宜修复河流生态在小水电站严格落实生态流量指标后，河流生态功能自然修复仍存在困难的河段，在符合相关规划前提下，应采取修建亲水性堤坝、生态跌坎、生态堰坝、过鱼设施等辅助工程设施对下游有关河道予以治理。对沿岸有村庄的少水河段，应充分挖掘地方人文历史、河湖水文化，与乡村振兴、美丽乡村建设紧密结合，加强沿河亲水便民等基础配套设施建设，如建设生态护坡、亲水绿道、文化景观节点等，并考虑当地特色文化、乡村规划整体风格，实现“一村一溪一风景”，增加居民的满足感，努力打造“幸福河”。3.1.3绿色小水电示范电站创建小水电绿色发展的一个重要展示就是创建绿色小水电示范电站，要打造生态友好、社会和谐、管理规范、经济合理的绿色小水电示范电站。创建时应严格按照 绿色小水电评价标准（SL/T 7522020）进行申报，并符合水利部相关要求。一般申报电站的重点创建任务是完成安全生产标准化建设、完善水库管理责任落实、提升生态流量保障方式、提升形象面貌、绿色文化建设、申报视频制作等。3.2小水电提质增效与标准化建设模式3.2.1小水电提质增效小水电提质增效以提高综合能效、安全性能、科学利用水能源、维护河流健康为目标，应满足安全、生态、节能、环保等要求，遵循“安全可靠、绿色环保、技术合理、经济适用”原则，从实际出发，对机电设备、水工建筑物、金属结构等老化设备设施进行技术改造，应采用新技术、新工艺、新设备、新材料，严禁使用国家明令淘汰的产品4-5。小水电完成提质增效后，同步开展安全生产标准化建设。3.2.2安全生产标准化建设农村水电安全生产标准化建设是强化小水电安全基础管理、规范安全生产行为、完善安全监管体系等的重要抓手。小水电应根据水利部和各省（区、市）出台的标准化评审办法进行建设。一般小水电的重点建设任务是完成大坝安全鉴定、落实经费投入、完善安全管理制度、加强设备设施管理、配置标志标识、提升厂容厂貌等。对总装机容量1 000 kW以下的小水电站，可参考温州市重点落实“八有”创建标准的做法6，因地制宜地开展小水电规范化、标准化建设。3.3智能化运维管理建设模式3.3.1单站智能化改造小水电的智能化控制，应建立在自动调速、自动励磁和油气水辅助设备自动化的基础上，是进行远程控制、智能诊断、集约化管理的重要基础。相应的设备改造应具备自感知、自学习、自决策、自执行和自适应能力，从而构建高效节能、绿色环保、环境舒适的人性化小水电。改造重点包括控制系统、调速系统、励磁系统、进水主阀、油气水系统等。3.3.2集约化管理以“无人值班、少人值守”建设为目标，以小水电智能化改造为基础，应用远程监控、小水电群联合调度等技术，建设集控中心对多个小水电站进行统一管理。集控中心的总体技术架构可考虑采用云平台，集成电站基本信息、安全生产管理、生态流量监管、预测调度、智能监控、统计分析、大屏可视化展示等子系统，大屏可视化界面集中展示各电站的实时运行数据与视频图像，实现对所辖站点日常运行监控、设备设施维护等全方位、数字化、智能化管理。3.3.3物业化管理实施物业化管理可有效解决小水电运行人员专业素养不高、安全意识不强和效益发挥不足等问题。物业化管理应针对不同地区社会经济发展状况、小水电现状，实行差异化管理，即视情况将小水电的全部或部分运行管护事项委托具有独立法人资格且具有相应能力的物业服务企业承担。水行政主管部门或水电站产权人应制定水电站物业管理考核办法，确保物业服务高质高效。3.4“小水电+扶贫惠农”建设模式近年来，浙江涌现了一批探索小水电促进乡村振兴、共富模式的典型案例7-8，将其做法总结如下。（1）成立国有公司。政府统筹成立国有公司，负责小水电资产整合、绿色提升改造、生产运营等事宜。资金来源为地方国有投资集团、强村富民基金、地方扶贫专项资金等。（2）资产整合。由国有公司对小水电站进行产权收购，可按照电站类别进行：国有电站采用资产划转方式，集体和股份（私人）电站视情况按比例收购。（3）小水电绿色改造提升。资产整合完成后，由国有公司对收购的小水电站实施提质增效、智能化改造、标准化创建、集约化管理等，提高机组效率，达到“无人值班、少人值守”，实现小水电绿色转型升级。（4）助力扶贫惠农。分为2种方式：一是村集体投资分红，即小电站被村集体全资收购，或村集体经济相对薄弱的行政村认购地方国有投资集团的金融产品，由国有公司进行信用背书，保障村集体每年获得一定数额的收益；二是小水电发电收益分红，即国有公司每年向投资主体分红，该项收益分红固定用于帮扶低收入农户或村集体增收。3.5监管体系创新建设模式积极推进小水电安全监管、生态流量监管工作的数字化、信息化、智慧化建设，充分应用大数据、物联网、人工智能等新技术建设小水电智慧监管平台，开发小水电行政管理、安全监管、生态流量监测等模块，有效开展全过程的动态监管，保障干支流控制断面生态流量，满足重点区域生态用水的水量调度，实现全域小水电统一管理。探索构建小水电行业信用评价体系，建立小水电信用守信激励、失信惩戒机制，实现小水电安全与生态动态化监管。4结语通过对我国小水电行业发展中存在问题的分析，围绕绿色、安全、智慧、惠民、强监管的要求，提出了小水电绿色改造和现代化提升的方案建议。在“绿色”方面，小水电应严格落实生态流量，开展厂坝间河流生态修复，开展绿色小水电示范电站创建，强化小水电生态优先、绿色发展的示范引领作用；在“安全”方面，以小水电提质增效、安全生产标准化建设为主要抓手，消除安全隐患，切实提升电站能效与管理水平；在“智慧”方面，引导小水电站进行智能化改造，推行集约化、物业化管理，实现“无人值班、少人值守”，全面提升水电站现代化水平；在“惠民”方面，鼓励各地因地制宜探索“小水电+扶贫惠农”新模式；在“强监管”方面，应积极推进小水电智慧监管平台建设，建立小水电行业信用评价体系，促进小水电高质量发展。113人 民 黄 河2023年S1渗水：沿裂隙或空隙浸出的渗水和滴水，快速掘进，根据渗水监测适时进行封堵处理，以改善施工环境为主。线状涌水（线流）、射流、股状涌水（股流）：以堵为主，要求堵水效果应大于80%，堵水标准不得大于150 m3/（mkm），不出现线状流的水。富水洞段当渗水量达到设计排水规模的60%时，需停工堵水。当TBM掘进已揭露出水点时，应对隧洞侧拱、顶拱附近的出水设置排水管或引流管，将渗水及涌水沿洞壁引导到隧洞底部的水沟中，避免出水导致设备受损而影响掘进工作的正常进行。3.2.3排水措施一般排水规模为420 m3/h，考虑备用排水规模420 m3/h；支洞段一般排水规模545 m3/h，考虑备用排水规模635 m3/h。按照最新排水设计要求：本标段TBM9洞段一般排水规模为420 m3/h，考虑备用排水规模420 m3/h；支洞段一般排水规模545 m3/h，考虑备用排水规模635 m3/h。首先利用TBM设备配置的水泵，将前端隧洞水抽排至后配套台车上的污水箱内，经污水箱内的水泵再通过污水卷筒排至主洞排水管路。主洞排水采用立式管道离心泵，每5 000 m布置1台，接力方式集中排至主支洞交叉部位支洞桩号6+218 m集水仓，然后支洞采用卧式离心泵3级排至洞外废水沉淀池。3.2.4掘进和地下水控制之间的关系根据设计提供的排水规模：TBM9 洞段一般排水规模为420 m3/h，考虑备用排水规模420 m3/h。TBM9掘进渗水量达到252 m3/h（一般排水规模的60%）时需停机堵水，堵水效果需达到 80%，即渗水量 50.4 m3/h（渗水量 252 m3/h 剩 20%）以下。TBM掘进时，地下水渗水量达到停机堵水规模进行堵水，堵水效果达到设计要求继续掘进。3.3保证措施3.3.1组织保证措施地下水控制关乎TBM施工安全，需要各部门重视，相互协调，应建立健全各级管理机构，明确施工过程中不同部门和不同岗位的职责范围，同时配备充足的专业技术管理人员，以应对可能发生的问题。确保供风、供水、供电、排污等各项辅助设施满足施工要求，加强施工过程中的维护和管理，保障施工顺利进行。内部各部门之间加强沟通，注重总体上协调配合，提高整体协调的机动性和工作效率。3.3.2技术保证措施地下水控制现场实际情况在没有摸清边界条件时严禁盲目采取技术措施，需要具体问题具体分析，避免简单问题复杂化。在施工过程中及时发现和收集施工中存在的施工难点，以及制约施工进度的相关技术因素，开展专项技术讨论活动，及时解决存在的问题。4深埋TBM隧洞地下水控制案例应用某深埋TBM隧洞已揭露开挖段K231+303K231+323围岩完整性较差，局部有滴渗水和线状流水。现场采用GEI综合电仪法对K231+323K232+353段开展超前地质预报监测，其中X方向为竖直方向、Y方向表示掌子面宽度方向、Z防线表示开挖方向，坐标原点为掌子面中心位置，三维点电阻率图像中电阻率值整体较低，推断该区域围岩已出现滴渗水，局部有可能有线状出水。开挖至K231+327时，掘进涌水量达264.5 m3/h，现场及时停机，对渗水区域进行初步堵水，为保证堵水效果及施工便捷性，待TBM通过该区域后对区域开展进一步堵水工作，现场对散水区域进行环向和纵向帷幕止水灌浆孔钻孔，采用纯压式灌浆，待表面封堵和浅层灌浆完成后，将涌水最后汇集到主水孔中，引流孔堵水灌浆采用分段灌浆。堵水灌浆前后均应对灌浆区段出水量进行量测和记录，并进行拍照和摄像，以便评价和验收灌浆堵水效果。此外，通过现场组织调配保证堵、排水的顺利进行，后续测量结果表明渗水量为37.9 m3/h，灌浆堵水后封堵效果减水率大于80%，且隧洞洞壁不再出现线状流水，堵水效果满足设计掘进要求，取得较好的堵水效果。5结论针对超长深埋TBM隧洞地下水控制问题，本文提出了地下水控制以预报为先，隧洞渗、涌水遵循“以堵为主、限量排放”的处理原则。采用超前地质预报和超前地质钻探方法获取未开挖区域围岩及渗水情况，依据测试结果，在不同地下水类型中采用相应的处理措施；同时，为保证地下水控制的及时性、持续性和完备性，从管理的角度提出了相应的保障措施。此外，采用上述地下水控制措施对现场渗水段区域开展防治工作，结果证明上述方法能够控制隧洞围岩渗水情况。参考文献：1 齐梦学，杨国清，曾绍毅.全断面岩石隧道掘进机（TBM）施工超前处置技术综述与思考 J.隧道建设（中英文），2021，41（9）：1555-1564.2 中国公路学报 编辑部.中国交通隧道工程学术研究综述 2022J.中国公路学报，2022，35（4）：1-40.3 朱廷宇，王唤龙.TBM穿越富水构造风化破碎带脱困处理方案研究 J.高速铁路技术，2021，12（4）：103-110.4 刘泽，王勇，李小锋，等.海域复杂地质双模式TBM设备选型与应用关键技术 J.隧道建设（中英文），2020，40（6）：868-872.5 杨继华，闫长斌，苗栋，等.双护盾TBM施工隧洞综合超前地质预报方法研究 J.工程地质学报，2019，27（2）：250-259.【责任编辑简群】（上接第113页）参考文献：1 于博智，刘连翔.“双碳”背景下小水电高质量发展路径思考 J.中国农村水利水电，2022（9）：227-231.2 水利部农村水利水电司.2020年农村水利水电工作年度报告 EB/OL .2022-11-19 .http：/ 水利部农村水利水电司.2021年农村水利水电工作年度报告 EB/OL.2022-09-14.http：/ 中华人民共和国住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.小型水电站技术改造标准：GB/T 507002022 S.北京：中国计划出版社，2022：1-12.5 财政部，水利部.财政部水利部关于继续实施农村水电增效扩容改造的通知 EB/OL.2022-11-06.https：/ 温州市水利局.温州市水利局关于印发温州市1 000千瓦以下小水电站安全生产标准化创建三年行动计划（20222024年）的通知 EB/OL.2022-11-06.http：/ 水利部农村水利水电司.浙江婺城区创新“国资统筹”做法打造水电绿色发展新模式 EB/OL.2022-11-29.https：/ 杭州日报.“小水电”激活绿色共富“活水”！绍兴新昌全面启动小水 电 绿 色 化 和 现 代 化 提 升EB/OL.2022-11-28.https：/