灯泡贯流式机组的发展前景

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贯流式水轮发电设备是从1 8 9 2年开始研制的, 至今有一百多年的历史。上世纪8 0年代以来, 灯泡贯流式水轮机组在国内应用日益普及, 在2 0 m水头段以下, 大有取代立式轴流式机组的趋势, 目前基本上已进入实用性阶段。我国拥有丰富的水能资源, 发展水电的资源优势相当突出。为了开发我国丰富的水力资源, 国内兴建和审批了大量水电项目, 这些项目中, 很大一部分是采用和规划采用灯泡贯流式水轮发电机。这一发展趋势给灯泡贯流式水轮发电机生产企业带来了机遇。

研究灯泡贯流式水轮机组在我国的发展及应用前景, 对我国制定长远的水电发展规划具有积极意义, 同时能指导水轮机企业制定发展规划, 因此进行这方面的研究具有重要的理论和实际意义。

1 国内外灯泡贯流式水轮机组的应用现状

了解灯泡贯流式机组在国内外的应用现状对于研究其在我国的发展前景前具有积极意义, 下面将分别讨论灯泡贯流式机组在国内外的应用现状。

1.1 国外灯泡贯流式水轮机组应用现状

国外灯泡贯流式水电站建设水平和规模首推以奥地利境内多瑙河的梯级开发最具代表, 该河段规划梯级电站1 2座, 总装机容量为2570WM, 年发电量154.78亿kwh, 设计水头在8m~16m之间。由于多瑙河在欧洲航运的重要地位, 水电站建设过程中应避免对多瑙河航运的干扰, 为此改段的梯级均采用了灯泡贯流式机组, 从而显著地减少了厂房尺寸, 取得了显著的社会和经济效益。法国的罗纳河梯级开发的成功经验却最值得借鉴, 它是由一系列低水头电站共21个电站组成, 总落差为3 3 0 m, 总装机容量3075WM, 年发电量160.00亿wkh, 其在各梯级电站均设计和安装了适合平原河流使用、过流量大的大型灯泡机组, 对罗纳河的综合开发等方面, 起了决定性作用。德国的莱茵河上, 在修建通航运河的同时, 也修建了一系列的灯泡贯流式水电站。

1.2 国内灯泡贯流式水轮机组应用现状

我国从20世纪60年代开始贯流式水轮机的研究和应用, 到2 0世纪8 0年代, 贯流机组技术及其应用取得突破性的进展。1 9 8 3年引进设备的第一座大型灯泡贯流机组电站湖南马迹塘水电站建成, 最近2 0年来, 相继开发建成引进设备、技术合作或自行装备的大型灯泡贯流机组电站数十座, 如凌津滩、王甫洲、尼那、洪江等。目前规划或在建的贯流式水电站遍布全国各地, 在建的广西长洲水电站装机1 5台, 总装机容量达6 2 1.3 M W。在黄河干流上现已建成青海尼那电站, 宁夏沙坡头电站即将竣工, 甘肃柴家峡、青海直岗拉卡等电站在建。尼那电站是我国海拔最高的大型灯泡贯流机组电站, 沙坡头则是应用于高含沙水流的第一座大型灯泡贯流机组电站, 各具特色, 为贯流式水电站的开发提供了新的经验。

2 灯泡贯流式机组的技术、经济优势

分析灯泡贯流式机组的技术、经济优势, 对于研究灯泡贯流式机组在我国的发展前景来讲至关重要。下面将分别探讨灯泡贯流式机组技术、经济优势。

2.1 灯泡贯流式机组的技术优势

灯泡贯流式机组主要有以下技术优势[7,8]:

(1) 流道型式好、尺寸小。

灯泡贯流式水轮发电机组流道平直对称, 避免了水流拐弯造成的水力损失, 使其尾水管能量恢复系数高达0.9, 远高于常规弯肘形尾水管0.7 5的平均水平。同时, 由于取消了蜗壳和肘形尾水管, 使灯泡贯流式机组流道尺寸减小, 同尺寸转轮直径条件下, 机组段水力尺寸仅相当于轴流式机组的2/3左右。

(2) 能量参数大、效率高。

由于灯泡贯流式水轮发电机组具有良好的水力特性, 其效率也较高。通常情况下, 额定点效率在9 4.5%左右, 而最高效率在9 5.5%左右, 分别比轴流转桨式机组高5%与3%左右。

(3) 机组尺寸小、重量轻。

灯泡贯流式水轮发电机组能量指标高, 更兼有结构紧凑、体积小、消耗材料少等特点, 使得其尺寸和重量都相对较小。水头和单机容量相同相同的情况下, 灯泡贯流式机组转轮直径比轴流转桨式机组转轮直径小1 5%左右, 重量减轻2 5%左右, 整机重量相差更可达1.7倍。

(4) 运行性能好、适用范围大。

由于良好的效率和水力特性, 灯泡贯流式水轮发电机组在运行经济性和稳定性方面都远优于其它常规发电机组;同时, 灯泡贯流式水轮发电机组可在4 m~2 5 m水头段可靠而高效的运行, 使其相对其它形式的发电机组具有更为广阔的应用范围。

2.2 灯泡贯流式机组的经济优势

灯泡贯流式机组主要有以下经济优势。

(1) 土建工程量少、投资省。

灯泡贯流式水轮发电机组的厂房面积相对较小。此外, 由于灯泡贯流式水轮发电机组为水平布置, 其开挖深度也小于轴流转桨式机组。总之, 总体厂房工程费用可节省30%~40%。

(2) 灯泡贯流式机组属低水头机型, 投建后移民少。

水电站投建后, 往往会淹没水库周边的大片土地, 迫使原居民搬迁, 即形成移民。水电站建设过程中产生的大量移民, 往往难以安置, 给政府造成困难, 产生巨大经济损伤。灯泡贯流式机组属低水头机型, 因此在投建后能降低水库淹没损失、减少移民。

(3) 灯泡贯流式机组属径流式电站, 有利于生态的发展。

社会经济要求与生态环境和谐发展, 形成一种可持续发展的模式。与轴流式水电机组不同, 灯泡贯流式机组属于径流式机组, 因此这种灯泡贯流式机组投运后有利于保护生态环境。

3 灯泡贯流式机组在我国的发展前景

根据普查, 我国水能资源居世界第一位, 其理论蕴藏量为6.7 6×1 0 5 M W, 可供开发的水力资源达3.7 8×1 0 5 M W。根据我国当前的能源结构, 面对石油、煤炭能源供应紧缺的现实, 水能资源在我国能源的组成中占有越来越重要的地位。随着中高水头资源开发到一定程度, 低水头电站的开发就日益重要起来。低水头水力资源主要是江河中下游和沿海潮汐能源, 在我国这些地区现在情况是经济发达, 但能源紧缺。开发表明, 贯流式机组是低水头 (尤其2 0 M以下) 电站最经济最有利的机型。

目前拟建中小型水电站均选择了灯泡贯流式水轮机组。因为灯泡贯流式机组适于低水头, 且投资省、工期短、土地淹没少、动迁规模小, 因此非常适合于为民间集资办水电的需求。经过多年的刻苦攻关, 贯流式机型在国内目前基本上已进入实用阶段, 一次性启动成功率不断增加。这种机型将是我国今后集资兴建的低水头水电站的理想机型, 所以它在我国的应用前景是十分广阔的。