智能气动盾形闸门在电站上的应用
智能气动盾形闸门在电站上的应用
国际上对小水电站的规模限定为额定容量为001kW-12000kW的水电站,特小水电站的额定容量小于1000kW,它特别适合于供应分散的农村用电,不需要架设很长的输电线路,是大电网达不到的边疆、山区和海岛等农村地区的最优越的能源。小水电站工程简单、工期短、见效快,是一种廉价、洁净的再生能源,是农村经济发展的重要基础设施,环境保护与生态建设的重要手段,在解决农村用电、带动农村经济社会发展、改善农民生活条件、促进节能减排等方面发挥了重要作用。
一、现有水电站坝型优缺点对比
我国农村地域广阔,河流重多,特别适合建设小型水电站,目前,我国小水电站装机容量和发电量约占全国水电的30%。国家规划到2020年全国小水电站装机容量达到7500万kW。即使如此,装机容量也只占其可开发量的58%,离世界发达国家开发水平还有很大差距,因此小水电站建设将得到迅猛发展。
小水电站挡水坝建设最初采用混凝土坝,由于其存在建设施工成本高、周期长、泄洪能力差等比较显著的缺点,处于逐步被淘汰的状态。后来逐步发展为水泥翻板闸、钢坝闸、橡胶坝,坝体建设技术不断进步
通过多年的实际应用,人们发现新的坝体建设技术也各有优缺点,比如钢坝闸建设成本高;水泥翻板闸在长时间运行后由于泥沙堆积和漂浮物卡挂造成闸门关闭不严、开启困难和泄洪能力差;橡胶坝存在使用寿命短、安全性、景观效果差等问题。这些缺影响了小水电站建设的发展,急需研发一种能够综合上述坝体优点、解决缺点的坝体。
二、气盾坝的技术优势
气盾坝是将橡胶坝与钢坝闸之所长相结合经创新之后的新型水工建筑物,是橡胶水坝的一次技术突破,更是对液压钢坝闸、水泥翻板闸的一次技术革命。气盾坝在美国已经多年功应用,并于2007年在北京安装了一座样板工程,但因价格昂贵未能在国内广泛推广。
水利部、中国水利水电科学研究院在2008年发文推广应用这一新产品,组织多个专业厂家进行开发和国产化。但由于生产气囊的工艺难度和前期投入大,多数厂家未能坚持。
铁岭尔凡橡塑研发有限公司公司经过多年的攻关和研发,在气囊制造工艺方面取得成功,实现了气盾坝的国产化,也使气盾坝在小水电站上应用成为可能。气盾坝与传统坝型相比有以下技术优势:
1、 成本低、结构简单、施工安装工期短
建设成本比钢坝闸、混凝土坝低,同时建设时不需要大量的支墩、中墩、工作桥,设计为简易、模块化的结构,安装作业现场不需要大型吊装机具, 安装作业人员少。施工安装周期短,能够缩短河道内作业工期,避开突发降雨、来水的威胁和危害,基础上部安装一般只要两周就可完成。
2、 运行安全可靠、可控
气盾坝刚柔相济的结构,能缓解各种不确定水环境的影响。不需要充水橡胶坝的强排,水泥翻板闸、钢坝闸的液压系统,不会因断电造成坝体塌落不下或塌落不充分的危险,设有手动排气阀,手动和电动都可以排出压缩空气,实现顺利泄洪。洪汛期间,特别是在无法正常供电或意外断电时,仍可随时手动降坝、安全泄洪。
3、 清污、排淤能力更强,适应范围更广
气盾坝降坝行洪时,盾板可与基础底面平齐,不阻水,可实现充分排淤。通过快速降坝,提高下泄水流速度,也可加大排砂、排淤能力。在钢坝闸不适应的泥沙淤积严重、漂浮物多的流域:橡胶坝、水泥翻板坝不适应的洪汛频繁、流速急,漂浮物、滚石夹杂多,凌汛频繁的流域,气盾坝均可适应这些环境并有效使用。
在对老水电站拦河坝进行气盾坝改造时,可采用植筋技术,在原有橡胶坝、水泥翻板闸基础上直接改造,也可在原混凝土拱坝、重力坝的基础上直接加高,由此可大幅节省工程改造资金和增效扩容。挡水水位稳定的状态下续可调,而洪水来了可一放到底。因此,较之其他坝型的泄洪出现的行档水位的大起大落,气盾坝可稳定维持高水位运行的能力,能够减少汛期弃水,有效延长电站运行周期,提高发电能力和发电效率。
4、 运行可控、管理简单
气盾坝自身运行故障极少,无需经常涉水进行维修、维护,气盾坝的盾板连为整体,没有间隙和大量的支墩,树枝、木棍等漂浮物会顺流而下,不宜发生卡挂,清理工作量少,因此,气盾坝的运行管理较简单,无需作业人员的大量涉水作业,安全保障程度更高。
5、 挡水和过水能力提高
橡胶坝设计规程要求的设计挡水高度一般不超过5米,坝顶溢流不超过50cm:水泥翻板闸的设计挡水高度一般也不超过5米,自动开启的水位高度般不超50cm。气盾坝实际应用的挡水高度已达10米,没有橡胶坝、翻板闸设计挡水高度的限制,挡水能力大幅提高。因此,气盾坝已突破了橡胶坝、钢板闸等规定的设计范围,挡水和过水能力大幅提高。
6、 使用寿命高于橡胶坝
气盾坝使用寿命长短取决于橡胶气囊的寿命对橡胶气囊最大的伤害产生于外来的机械破坏、磨损和紫外线照射的橡胶老化,与橡胶坝相比,气盾坝无论是升坝运行和降坝行洪,气囊都在盾板下面处于保护状态,避开了日光和紫外线的直接照射,可有效减小橡胶气囊老化程度,不受滚动砂石的磨损碰撞、竹木等漂浮物的划伤等外部伤害,可确保使用寿命在30年以上。
7、 景观效果更好
气盾坝在溢流时具有更好的挑流效果,能形成更为美丽、壮观的瀑布景观,可以为城市、景区等增添亮丽的风景,气盾坝可根据需要在坝体背部设计不同的装饰,产生意想不到的效果。