国外小型水力发电站研究现状论文

Goldisthal抽水蓄能电站的创新设计 论文 作者：A.kristoff时间：2007-11-25 12:04:00来源：论文天下论文网 摘要：2003年9月30日，德国图林根州为1060MW的Goldisthal抽水蓄能电站举行了正式的落成典礼。本文着重对发电机组及其在线监测系统的创新设计做了总结回顾。 关键词：Goldisthal 抽水蓄能电站 创新设计 经过了六年多的施工建设，2003年2月3日，Vattenfall Europe Generation(VE-G) 1060MW的Goldisthal抽水蓄能电站第一台水泵-水轮机投入运行。 Goldisthal电站位于德国图林根州南部的Schwarza河上，是欧洲最大的抽水蓄能电站之一。最早的两个电站装机容量都是265MW，已经投入使用，并且成功地为Vattenfall的高压输电网送电。2004年伊始，另外两个变速机组也将投入运营。Goldisthal电站将会跻身于世界上最大的、最先进的抽水蓄能电站行列。 负责水泵-水轮机组（Konsortium Goldisthal水力发电站）的集团包括VA TECH Escher Wyss股份有限公司、Voith西门子水力发电站和CKD Blansko工程部门等等。发电机由ARGE AEV集团提供，包括Alstom Energietechnik股份有限公司和VA TECH ELIN股份有限公司。 土建工程包括发电主厂房、隧洞和上游水库，其承建者是ARGE PSW Goldisthal集团。 上游水库环形坝的沥青衬砌是由瑞士的Walo Bertschinger施工，下库主坝的沥青衬砌由Strabag完成。 1.创新与协作 Goldisthal是德国新近修建的唯一一座最大的水力发电设计方案，至少超前20年。由于它包括4个发电能力331MVA的机组，它不仅是世界上同类电站发电量最多的一座，最具能量的设备之一，而且还有一些创新点。 完全自动化环形焊接技术（TIG-Hot金属丝过程）首次应用于焊接钢制隧道内衬的环形接缝，达到了很高的安全性和焊接质量，其效率是手工焊接的两倍，而且证明对于高强度QT钢焊接是最好的。在点焊前，所有的焊接参数和程序都已经在VA TECH 水力发电站的林茨工厂按1∶1的比例原形展现。焊工的培训以及焊接程序的测试也将随后进行。 VA TECH Hydro对Goldisthal的提供范围包括变速异步发电机和同步发电机的详细设计，活动部分、轴承、轴和转动部分的生产，交流线圈的安装，所有装置安装和投入运营的监督管理，以及DIA Tech追踪诊断体系的安装。较大的水力发电设备，包括节制闸、叉管和所有的进、出口的水工钢结构都是由VA TECH Hydro和Linz提供的，电动机是由VA TECH Hydro和澳大利亚的Vienna/Weiz提供的。 2.提高效率 8400t钢隧道内衬是在一个临时的野外制造厂现场生产出来的。节制闸门和钢隧道内衬总共有320000t，其中160000t是在临时的施工现场生产的。 这种电动发电机的主要优点之一就是可以在分载涡轮运转方式（标准操作）下显著提高效率。为了实现变速运转，四台发动发电机其中两台是带有旋转炉双馈异步电机。 与正常的同步电机不同的是其转子是由三相交流电提供能量，这就可以通过用一个低频率变化的转动场传动转子来改变转动，而且是有计划地设计一套可确保高效运作的程序。在水泵运转中，为了高压输电网的稳定输出，可以控制输出量。这些机器额定电能331MVA、额定电压18KV和300347的转速（535转/分钟），另外的两台设计成常规的静态激振同步电机。 该级别的异步电机在欧洲是特有的。类似产品只有在日本生产过。在欧洲和美国使用的许多大电机都是VA TECH Hydro生产的。 在德国，VA TECH Hydro与他的合作伙伴Voith Siemens Hydro和CKD Blansk已经协作完成设计、供货并将完成安装、委托代理这四台水泵-水轮机，包括附件。在机械上，已经实现了水泵-水轮机组设计上的创新。最显著的设计特性包括一个带有轻型调速环导叶运行装置设计理念、FEM计算、最优化的蜗壳设计和在没有水压力的情况下埋置蜗壳。用于Goldisthal水泵-水轮机预应力导叶轴承证实了VA TECH Hydro的技术在一些年前已经有所发展，尤其应用于水泵-水轮机组。 VA TECH Hydro作为水泵-水轮机协会的领导者，应对水泵-水轮机的基础工程技术负责，提供一套座环的蜗壳、两套完整的带有导叶的导叶装置、上下机盖、两套转轮、专门为安装水泵-水轮机建起的成套工具等等，还有发电站的高低压系统。3.监测和故障早发现 鉴于生产最大化和成本最小化的重要性，先进的监测和诊断系统对环境改变下的监测指示，对于分析趋势和超越警戒水面提供警告是十分重要的。它们应该提供在发生严重破坏之前非正常老化和故障变异原因的快速诊断，这些分析和诊断结果可以帮助电站操作员、技术专家和电站业主作出明智的选择，这样就可以降低维修费用和提高发电效率。 硬件和软件的利用是根据现代系统概念面向未来的发展和补充，也应支持溶合现有的监测部件要素和一定用户的扩充。 早期故障诊断、减少不定期的运转中断和缩短修理时间是将来运作过程的主要目的。此外，长时间的电子存储精确的结果能够更容易地了解历史数据，不仅在数据分析时具备巨大的优势，而且还可以帮助改善电站经营。达到峰值能量供应表明提高了效率。 为了完成这些目标，在Goldisthal的抽水蓄能电站上装备了DIA TECH监测和诊断系统。 4.在线智能监测系统 在一定程度上DIA TECH系统和国际供电公用公司合作发展。软件和硬件是由微软公司生产的“视窗”操作系统的技术发展而来的。它的模数体系结构使得对单个操作者的专用方案增强和补充发展成为可能。这种开放式的系统体系结构允许三方成果的简单综合。 各种诊断模块（已知模块）对于机械、绝缘和热力问题的鉴定是有用的，验证和监测不同的运转方式（停止、启动、稳定状态、关闭）和模型（例如发电、同步电容器运转、水泵作用运转）。 使用这种在线智能监测系统，能够较早发现主要机器部件的状态改变，而且更容易判断应力的大小，从而事先提供一个基本可靠的维修策略。这使得监控机器管理简化，与此同时改进电站的实用高效。 5.气候和地貌 旱季水库将提供2.9 106m3的水量并在雨季水库能起到控制增大洪水的作用。由于上下库水位差很大，因此，两库的水都允许使用。 在站点，特殊的气候条件要求所有的安装制作必须在抗寒的条件下完成。必须严格地遵从许多的环境规律，尤其是对于野外装配工作。与土木承包商的密切合作对隧洞工程的完成也是至关重要的。 上库坐落在Farmdenkopf山上，是一座沥青混凝土密封、填石环形水坝。上库蓄水能力为12 106m3，经由钟形入口，连接两个920m长直径为6.2m的钢纹压力隧洞，通往发电站的洞室。 主要的洞室长137m，宽26m，高49m。该发电站由水泵-水轮机、发电机、球形阀和附属设备四部分组成。两条380m长直径为8.2m的尾水渠通向下库的出口，下库由Schwarza河上67m高的填石水坝构成，也组建了一个小型的电力设备。 6.环境保护 Goldisthal工程的目的是为了开发可靠并且环保的水电能源。通过建造地下发电站，让庄稼继续在地面上生长，业主和建筑队都能够保护环境，则可避免主要的环境变化。地下洞室式发电站的运转也将是比较经济的。 电站除了提供1060MW的能量外，还将带来其它方面的利益，包括调节高压输电网和其他后备电站的主次功率。另外，在工程建设时期将用到近1000多个工人，还将有50个永久性工作岗位。另外将为当地的服务和维修部门创造80个工作岗位。 精密的规划设计和施工上库占地55公顷，包括截流，钻4.74 km长的隧洞进入山脉，开挖大量的石头。为了避免地质上的断层，涡流洞窟干线的位置不得不改变。不管工程多么巨大，采用简单易行的方式。 过去通常采用大块岩石锚固，再喷混凝土和钢啮合以保护桥墩和一些内部通道。开挖出的大约155000m3的原料作为水坝的填石。为了不影响风景，下游主坝的迎水面斜坡和环形水坝的外坡用草皮覆盖并且管理部门的建筑按照当地的建筑风格建造。 在整个工程中，Vattenfall不断地监测当地的动植物群落并采取积极的措施预防和纠正由工程引起的失衡和破坏。在德国的东部，为了保护自然环境和促进环境与工程相适应，已经和德国协会建立了合作基金会。[

小型水力发电够用的现在，小型水力发电站行业生命周期。通过对小型水力发电站行业的市场增长率、需求增长率、产品品种、竞争者数量、进入壁垒及退出壁垒、技术变革、用户购买行为等研判行业所处的发展阶段；小型水力发电站行业市场供需平衡。通过对小型水力发电站行业的供给状况、需求状况以及进出口状况研判行业的供需平衡状况，以期掌握行业市场饱和程度；小型水力发电站行业竞争格局。通过对小型水力发电站行业的供应商的讨价还价能力、购买者的讨价还价能力、潜在竞争者进入的能力、替代品的替代能力、行业内竞争者现在的竞争能力的分析，掌握决定行业利润水平的五种力量； 4）小型水力发电站行业经济运行。主要为数据分析，包括小型水力发电站行业的竞争企业个数、从业人数、工业总产值、销售产值、出口值、产成品、销售收入、利润总额、资产、负债、行业成长能力、盈利能力、偿债能力、运营能力。 5）小型水力发电站行业市场竞争主体企业。包括企业的产品、业务状况（BCG）、财务状况、竞争策略、市场份额、竞争力（swot分析）分析等。 6）投融资及并购分析。包括投融资项目分析、并购分析、投资区域、投资回报、投资结构等。 7）小型水力发电站行业市场营销。包括营销理念、营销模式、营销策略、渠道结构、产品策略等。 小型水力发电站行业现状分析报告是通过对小型水力发电站行业目前的发展特点、所处的发展阶段、供需平衡、竞争格局、经济运行、主要竞争企业、投融资状况等进行分析，旨在掌握小型水力发电站行业目前所处态势，并为研判小型水力发电站行业未来发展趋势提供信息支持。

国内外工程设计与研究现状的资料：起步阶段、发展阶段、相持阶段和拉开档次等四个阶段。 1.1 起步阶段 八十年代中期，PC-1500袖珍计算机使得最基层的地勘队有幸成为计算机的拥有者。袖珍机用于工程地质水文地质的一些小型计算，物理力学试验资料的分析整理，一些小型的简单图件的绘制等等。许多袖珍计算机的使用者们将自己的经验和成果无私奉献出来，在各类专业技术刊物上登出了大量解决实际问题的源程序，自发地形成了自由软件库。单位和个人的应用程序的交流也比较随便和自由，这对提高系统内计算机整体应用水平起到了积极的作用。可以这样说，八十年代中期水利水电系统的袖珍计算机热，为系统内的计算机应用培养了人才，锻炼了队伍。 1.2 发展阶段 八十年代后期至九十年代初期，随着计算机硬件和软件技术的发展，PC系列微机大量涌入中国市场，国内计算机处理汉字信息技术也进入了实用阶段，中国人应用计算机有了划时代的突破，水利水电工程地质的计算机应用也进入了形势大好的发展阶段。系统内一些领导比较重视的单位相继组建了工程地质专业的微机室或电算组，装备了一定数量的台式微机，部分地质师转而从事工程地质计算机应用工作，从此有了水利水电工程地质计算机应用的专业队伍。在此期间，工程地质专业计算机应用软件有了很大发展，绘制钻孔柱状图、地质剖面图、等值线图、节理统计图等地质图件亦可达到计算机出图的实用水平；数据库的应用方面，有了一些初步实践和应用规划；在工程地质数值计算方面，将当年在袖珍机上应用较为成熟的一些工程地质计算程序搬到了微机上，并继续开发了一些新的计算程序。总之，这些成果反映出工程地质的计算机应用逐渐进入了实用阶段。 1991年底在长沙首次召开了水利水电工程地质计算机应用交流会，将计算机应用作为水利水电工程地质专业的一项应用技术提高到了可以召开专门会议的重视程度，也是对当时一些人曾认为计算机在工程地质专业中没有多大用处的正面回答，是对本行业计算机应用工作的一次总结。 1.3 “相持”阶段 这个阶段大至为1992年到1995年期间，此期间的硬件已从286、386档次迅速更新换代到486和Pentium系列；各类编程工具、制图平台、数据库平台等等，功能越来越强大，Windows系统走向成熟。水利水电工程地质专业的计算机应用自然也有了新的发展，主要表现在绘制钻孔柱状图作了一些版本更新，或与数据库的结合方面有些新进展，剖面图方面可以利用数据库和数据文件在AutoCAD环境下处理复杂地形、断层构造、非钻孔控制的地质剖面等问题，达到了推广应用的水平。在探讨三维地质模型于计算机上的实现亦有些新进展，但离实用水平还有相当距离。就整体应用水平而言，基本上没有更为可以宣扬的重大突破，在此称之为“相持”或“稳定”阶段,当然并不一定很合适。社会不希望动荡，政治强调的是稳定，而科学技术处于稳定状态就等于停滞不前，那可不是我们所希望的。 鉴于“相持”阶段存在的问题，1995年11月在武汉召开了第二次全国水利水电工程地质计算机应用技术交流会，参会单位演示了自行开发的专业应用软件，进行了自由软件的交流。会议就地质计算机应用及软件开发中多年来一直困扰开发者和用户的标准化、通用性等问题展开了热烈讨论，决定筹建水利水电工程地质计算机应用技术协作网（以下简称协作网），以利于加强交流，试图寻找出一条共同发展的新路。 1.4 拉开档次阶段 这个阶段大致从1996年至今。水利水电系统的工程地质计算机应用发展很不平衡，经过起步、发展、相持阶段之后，迅速拉开档次就成为必然结果。主要表现在水平高的单位已经建立起了勘测系统的Intranet，可以与分散的地质队实现远程网络通讯，交换工程及管理信息，计算机出图率可达80%以上，地质报告的编写、地质资料的分析整理等等均已达到计算机化。但一些进展迟缓的地方设计院的勘测单位，还有地质计算机出图率为零的，或最多只能出钻孔柱状图。也有少数甲级大院似乎也才刚刚起步，大多数地质师不会熟练操作计算机或水平较低，如此技术水平，当然远远不能适应现代化建设的需要。 这个阶段在行业管理方面做了一些力所能及的工作，由水利部水利水电规划设计总院牵头，组建了协作网筹建组，出版发行《工程地质计算机应用》内部交流季刊；投入部分资金开发出《水利水电工程地质标准图例库》软件，该软件以最新批准出版的中华人民共和国行业标准《水利水电工程制图标准(SL73-95)》中的勘测图图例为主，并收入与该标准不重复的部分补充图例。此软件已免费发送水利水电勘测系统各单位试用。