Источник: Журнал «International Water Power & Dam Construction»
Автор: Рено де Батс, вице-президент «Eastern Region – Hydraulic Energy», «Innergex Renewable Energy», руководитель проекта ГЭС Умбата Фоллс
ВВЕДЕНИЕ
В канадской провинции Онтарио на реке Уайт‑ривер построена ГЭС Умбата Фоллс (Umbata Falls). Мощность станции 23,6 МВт, режим работы — по водотоку. Проект реализован партнерством Innergex и Ojibways of the Pic River First Nation. Описание привел Рено де Батс.
Рисунок 1 — Панорама строительства головного узла
Проект ГЭС Умбата Фоллс (Umbata Falls) является одним из недавних успешных проектов. К примеру, он был осуществлен с соблюдением баланса интересов как местного сообщества First Nation, так и частного сектора. В то же время проект помог правительству провинции Онтарио достигнуть целей освоения возобновляемых источников энергии. Кроме того, он был спроектирован по принципам «зеленого проекта» с учетом воздействия на окружающую среду.
Проект Умбата Фоллс предоставил столь необходимую для сельской местности занятость, позволил снизить выброс углекислого газа, происходящего при сжигании угля, на 90 тыс. т, и обеспечил среднегодовую выработку 109 млн. кВт∙ч. Реализованный всего за 5 лет, данный проект является хорошей моделью и полезным опытом для будущих проектов.
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТА
Уайт-ривер (White River) — крупная река протяженностью около 200 км, протекающая в нордовых лесах. Ее исток расположен к юго-востоку от г. Уайт Ривер (White River) в канадской провинции Онтарио. Река впадает в озеро Верхнее, входящее в систему Великих озер Северной Америки. Интерес к гидроэнергетическим ресурсам р. Уайт-ривер проявлялся в течение всех последних 50 лет. Было рассмотрено множество потенциальных площадок строительства ГЭС, девять из которых были признаны экономически рентабельными. Общий энергопотенциал реки составляет 63 МВт, из которых 23,6 МВт приходятся на проект Умбата Фоллс.
Рисунок 2 — Местоположение ГЭС Умбата Фоллс на границе Канады и США
ГЭС Умбата Фоллс располагается приблизительно в 30 км к юго-востоку от маленького городка Маратон (Marathon). Реализация проекта осуществлялась совместным партнерством Ojibways of the Pic River First Nation и дочерней компанией Innergex Renewable Energy Inc — канадской генерирующей компанией, работающей в сфере т.н. зеленой энергии. Первой принадлежит 51 %, второй — 49 % от юридического владельца станции — Umbata Falls Limited Partnership (UFLP). Партнерство оказалось выгодным для обеих компаний, с учетом предоставления правительством Онтарио мандата на повышение производства возобновляемой энергии.
Ojibways of the Pic River First Nation является сообществом индейского народа Оджибве, куда входит приблизительно 400 человек. Ojibways было первым лицом, оформившим права на развитие территории вокруг района водопадов Умбата (Umbata Falls) у правительства Онтарио в 1993 г. Также сообщество Ojibways ведет интенсивное развитие возобновляемых источников энергии через два другие проекта — Wawatay на реке Блэк-ривер (Black river) и Твин Фоллс (Twin Falls) на реке Каджано (Kagiano river). Кроме того, Ojibways финансирует проекты в ветряной энергетике, лесном хозяйстве, горнодобывающей отрасли.
Компания Innergex, фигурирующая на фондовой бирже Торонто под кодом INE, занимается в областях развития, проектирования и эксплуатации и управления независимых проектов на основе возобновляемых источников энергии, включая ГЭС и ветряные парки. Помимо своих собственных проектов, Innergex также управляет активами Innergex Power Income Fund, где Innergex принадлежит доля в 16 %. С 1990 г. компания осуществляет развитие, управление и эксплуатацию объектов общей установленной мощностью 350 МВт.
ДОСТИЖЕНИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ ЗАДАЧ
С 2004 г. правительство Онтарио заявило о принятии мер по стимулированию развития частных проектов в области возобновляемой энергетики (малые ГЭС, ветропарки) посредством реструктуризации энергетической отрасли. В августе 2004 г. правительство выпустило первый запрос о предложении развития 300 МВт возобновляемых ресурсов. В ответ на этот запрос о предложении и был представлен проект Умбата Фоллс. В результате 24 ноября 2004 г. был подписан т.н. RES-контракт (renewable energy supply contract — контракт на возобновляемые энергетические ресурсы).
Целевой задачей правительства Онтарио является ввод основанных на возобновляемых источниках энергообъектов суммарной мощностью 2700 МВт. При среднегодовой выработке около 109 млн. кВт∙ч проект ГЭС Умбата Фоллс позволяет предотвратить выброс за один год в атмосферу свыше 90 тыс. т углекислого газа, образующегося при сжигании угля на ТЭС. Сертифицированный по программе EcoLogo, проект также приносит прибыль, выполняя положения «ecoENERGY Initiative», разработанного федеральным правительством Канады (поощряющие выплаты в виде 8 долл./МВт∙ч в течении первых 10 лет эксплуатации).
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ВЫГОДЫ
RES-контракт предусматривает наличие фиксированной цены на электроэнергию, вырабатываемую оборудованием ГЭС Умбата Фоллс, с заданным инфляционным увеличением на период свыше 20 лет. Такое положение обеспечивает долгосрочную стабильность дохода в течении длительного периода выплаты предоставленного кредита. Это позволяет снизить финансовые риски, неопределенность для обоих участвующих партнеров, принести уверенность в ожидаемом доходе.
Митчелл Летелльер (Michel Letellier), президент и главный исполнительный директор Innergex, комментирует: «Innergex понимает важность работы в гармонии с природой. По существу, менеджмент Innergex внимательно анализирует возможности снижения воздействия на окружающую среду, и прислушивается к пожеланиям и ожиданиям местного сообщества, с момента планирования проекта и до его завершения».
Рисунок 3 — Генплан ГЭС
Действительно, ГЭС Умбата Фоллс не только обеспечивает для провинции Онтарио снижение выбросов CO2, но также предоставляет условия длительного роста экономических возможностей для Ojibways of the Pic River First Nation, со значительным положительным влиянием на это сообщество — как в краткой, так и долгосрочной перспективах. Кроме того, доход от ГЭС предоставит возможность финансирования выполнения продолжительных программ, реализуемых сообществом First Nation. Таковыми являются, например, улучшение жилищных условий, развитие инфраструктуры сообщества (дороги, водопровод и канализация, пожарная и медицинская службы, рекреация), образовательная программа, развитие социальных условий, общее экономическое развитие.
ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА
Площадка строительства ГЭС Умбата Фоллс располагает суммарным естественным перепадом величиной свыше 30 м, включая водопады Умбата высотой 27 м, и быстрины, текущие в узком каньоне. При площади водосбора величиной 5267 км2 средний расход р. Уайт-ривер составляет 64 м3/с. Наибольшие расходы приходятся на май—июнь, в соответствии со снеготаянием и весенними дождями. Период глубокой межени приходится на февраль—март.
Рисунок 4 — План головного узла
Для разработки технического проекта (preliminary design) и полной оценки воздействия на окружающую среду была привлечена компания Acres International. Рабочую документацию в ходе строительных работ выполнила квебекская компания BPR Groupe Conseil. После анализа нескольких вариантов с различными расположением и мощностью, и принимая во внимания экологические аспекты, проект был утвержден со следующими ключевыми параметрами:
– Бетонная переливная плотина. Располагается в основном русле реки, приблизительно в 180 м выше по течению от водопадов Умбата. Сооружение располагается достаточно далеко от водопада, чтобы не нарушить его природно-эстетические условия.
– Водохранилище. Образовано бетонной переливной плотиной и водосбросом. На расстоянии около 850 м вверх по створу происходит расширение зеркала с площадью дополнительного затопления 3,2 га.
– Подводящий канал. Длина около 210 м, ширина 18 м, глубина 6—8 м. Образован выемкой в естественном понижении местности. В строительный период по каналу осуществлялся отвод стока реки для строительства бетонной плотины, в эксплуатационный период канал выполняет функции подвода воды к водозабору в деривационный туннель.
– Водосброс. Располагается приблизительно в 150 м выше по течению от водопадов Умбата, в пределах отводной части подводящего канала, на правом северо-западном берегу р. Уайт-ривер. Включает три пролета, два из которых оборудованы плоскими затворами, а один — двухсекционным. Пропускная способность водосброса составляет 610 м3/с. С учетом дополнительного сбросного расхода через переливную бетонную плотину, составляющего 160 м3/с, общая пропускная способность водосбросных сооружений гидроузла составляет 770 м3/с (при расходе паводка вероятностью 0,1 % равном 720 м3/с).
– Водозабор. Располагается рядом с водосбросом.
– Деривационный туннель. Выполнен необлицованным. Уклон 0,0813. Поперечное сечение D-образное, ширина 6 м, высота 6,1 м. Длина туннеля 460 м.
– Стальной трубопровод. Диаметр 4,6 м. Длина 41 м, из которых участок в 35 м располагается в туннеле с железобетонной обделкой, а участок в 6 м находится на поверхности и представляет собой развилку трубопровода.
– Здание ГЭС. Располагается приблизительно в 375 м ниже водопадов Умбата, на правом северо-западном берегу реки. Длина 37,5 м, ширина 22 м. В здании установлены две поворотно-лопастные турбины, поставленные VA Tech Hydro Canada (сейчас — Andritz Hydro), с двумя синхронными генераторами, поставленными фирмой Indar (Испания). Помимо гидросилового оборудования в здании ГЭС размещаются статические возбудители, батареи резервного питания, системы защит, трансформатор собственных нужд, водоотливной насос, мостовой кран, система SCADA.
– Отводящий канал. Длина 25 м, ширина 22 м.
– ОРУ. Располагается рядом со зданием ГЭС. Включает трансформатор (генераторное напряжение 115 кВ) и линейные защиты.
– ЛЭП. Напряжение 115 кВ, протяженность 23 км. Соединена с существующей линией Hydro One’s M2W.
– Подъездная автодорога. Выполнена в виде реконструкции участка существующей дороги (23 км), и новой автодороги протяженностью 6 км.
Рисунок 5 — Вид с нижнего бьефа на плотину и водосброс (октябрь 2008 г.)
Рисунок 6 — Строительство водозабора (июнь 2007 г.)
Рисунок 7 — Параметры гидросилового оборудования
Рисунок 8 — Строительство здания ГЭС (март 2007 г.)
Рисунок 9 — Работа буровой проходческой машины (октябрь 2006 г.)
Рисунок 10 — Водосброс и водозабор (июнь 2008 г.)
Рисунок 11 — Строительство здания ГЭС (июль 2007 г.)
В течение 2008 г. шла работа по постановке обоих гидроагрегатов под нагрузку. По предписанию управляющей энергетической компании Онтарио датой начала коммерческой эксплуатации (Commercial Operational Date — COD) стала 12 ноября 2008 г. Турбины и генераторы были успешно представлены на тесты производительности. Ожидаемая годовая выработка электроэнергии составляет 109 млн. кВт∙ч.
Проектирование и строительство осуществлено исходя из обеспечения срока нормальной эксплуатации, равного 40 годам, в соответствии с общепринятыми индустриальными стандартами (Good Utility Practice).
Рисунок 12 — Этапы проекта ГЭС Умбата Фоллс
ВЛИЯНИЕ ВОПРОСОВ ЭКОЛОГИИ
Проект ГЭС Умбата Фоллс был завершен с превышением на несколько месяцев расчетного пятилетнего срока реализации, и точно в рамках бюджета. Капитальные затраты составили 48,6 млн. долл., включая 35,0 млн. долл. прямых затрат и 13,6 млн. долл. накладных расходов. Затраты на непредвиденные расходы величиной 2,4 млн. долл. были израсходованы на дополнительные задержки и изменение проектных решений. Финансирование капитальных затрат на 85 % производилось Банком Монреаля (Bank of Montreal), остальные 15 % предоставлялись из средств Umbata Falls Limited Partnership (UFLP).
RES-контракт был подписан с условиями начала строительства в 2005 г. и началом коммерческой эксплуатации с 1 марта 2007 г. Тем временем изменилось природоохранное законодательство Онтарио, требуя получения разрешений и влияя на общую временную линию. По этой причине по соглашению с Ontario Power Authority дата начала коммерческой эксплуатации была перенесена на июль 2008 г.
Рисунок 13 — Установка турбин в здании ГЭС
Рисунок 14 — Турбины ГЭС перед бетонированием (май 2008 г.)
Однако строительство оказалось в большой зависимости от различных поставщиков со всего мира. Из-за задержек в изготовлении элементов оборудования дата начала коммерческой эксплуатации была перенесена на ноябрь 2008 г.
Производство строительных работ успешно продолжалось несмотря на изолированность района расположения и удаленность от поставщиков. Генеральный подрядчик, CRT Construction из Квебека, нес ответственность за общее руководство строительства и выполнение графика работ. В дополнение к контракту на общестроительные работы с CRT Construction, были заключены еще пять контрактов:
– VA Tech Hydro Canada (сейчас — Andritz Hydro): поставка и монтаж гидросилового оборудования.
– Hydro ECI (г. Гранби, Квебек): поставка и монтаж электрического оборудования и автоматики.
– MGB (г. Сен-Пи, Квебек): поставка и монтаж элементов ОРУ.
– Powertel (г. Уайтфиш, Онтарио): строительство ЛЭП.
– Pic River Development Corporation (г. Пик-Ривер, Онтарио): все виды работ по очистке.
Рисунок 15 — Партнёры проекта
Работы по подъездной автодороги начались с реконструкции существующего участка дороги протяженностью 20 км была начата в зиму 2005—2006 гг., и вместе с новым участком длиной 4 км были завершены весной 2006 г. Строительные работы часто прерывались из-за природы естественного основания (текучий илистый песок), легко размываемого при дождливой погоде. Это потребовало внесения изменений в конструкцию противоэрозионной защиты от загрязнений малых водотоков и предотвращения оползневых явлений в открытой выемке.
Проходка деривационного туннеля осуществлялась буро-взрывным методом. Использовались две буровые проходческие машины и транспортные вагонетки. Работы начались в августе 2006 г. Туннель длиной 460 м был выполнен за 3,5 месяца, включая выемку под водозабор и финальную расчистку. На монтаж стальной облицовки и развилки турбинного водовода было потрачено 2 месяца, включая бетонные работы.
Работы по выемке под подводящий канал начались в июле 2006 г., и завершились через 2 месяца, за исключением скальных целиков, сохранявшихся до ноября 2007 г. В течении зимы 2007 г. были завершены строительные работы по водозабору и водосбросу, и осуществлен монтаж затворов. Из-за исключительно высоких зимних и весенних расходов воды завершение строительства бетонной переливной плотины было задержано до конца 2008 г.
Датой фактического начала строительства здания ГЭС стал апрель 2007 г. Основной объем работ (гидротехническая часть, верхнее строение, монтаж мостового крана) был выполнен в начале 2008 г. Поступление на стройплощадку различного вида оборудования началось в ноябре 2007 г. с поставки облицовки отсасывающей трубы. В апреле 2008 г. были доставлены турбины, в июне — генераторы, в августе — предтурбинные затворы. К 4 ноября, преследуя цель обеспечения директивной даты начала эксплуатации 12 ноября, были выполнены работы по синхронизации гидроагрегатов.
Проект доказал свою беспроигрышность для всех сторон, вовлеченных в него с начала строительства. И обещает быть таковым и в будущем.