摘要：水电站是电力供给的重要设备，它也是可再生能源，但水电站普遍存在河道脱流或断流的生态问题，对生态环境有着较大的影响。面对这一问题，水电机组增效扩容改造全面实施生态措施成为了人们关注的热点。水电站在应用开发过程中，可能引发植被破坏、河段减脱水等生态问题。本文以华电南靖水电厂赤坑口水电站增效扩容改造工程，促进生态环境可持续发展，对河流生态环境以及老旧设备进行扩容改造，提高了水电机组的综合效率，水能利用率得到全面提升，同时彻底解决了水电站长期存在的河道减脱流生态问题，在保障环境的前提下，促进水电企业的经济效益，实现环保和效益双赢。
关键词：水电机组；增效扩容；河流生态；经济效益
水电站在进行增效扩容改造过程中，非常容易受到资金的影响，如果资金受到限制，就会严重制约水电站改造。在早期开发的水电站，或多或少存在一系列的问题，如水资源利用率不高、河流断流或减脱流等，直接影响了生态环境发展。因此，在提升当地经济发展和恢复生态环境的大背景下，国家启动了对老旧水电站进行增效扩容改造，推动水电站增容改造和河流生态修复同步进行，不但可以提升当地经济发展，同时也推动了经济与绿色生态的完美结合，满足二者相互结合的客观现实需要，将资金投放到项目改造的关键点，促进当地水电站绿色生态发展，提升水电机组的应用价值。
1赤坑口水电站现状
赤坑水电站在运行过程中，主要利用引水系统、河闸坝，并直接利用华电南靖水电厂的钢管设备。华电南靖水电厂是赤坑水电站旁边的厂房，设备采用了发电钢管进行系统的引水功能，赤坑水电站机组的容量为1x2.0MW，发电流量为2.7m3/s。在电站大坝的下游侧约有长为3千米的减脱水河段，对生态环境有一定的影响。在平时需开启大坝冲砂闸门，对下游河道进行水量的补充，才能达到河流生态给水的需要。（如图1所示）。
图1 增效扩容改造施工
赤坑水电站的进水口设置有拦污栅及自动清污机，对河流的漂浮垃圾进行清理，达到一定的清洁作用。整个河流需要修复的脱水河段长度为3.0公里左右，需对华电南靖水电厂的闸门进行除锈加固，并在大坝生态放水设施处安装实时监测设备和监控探头以及信息管理平台。同时，经过长时间的运行，造成机组运行效率下降，设备老化也比较严重，机组的经济效益明显受到较大影响，现场安全生产的不可控状况日益突显，极有必要结合国家对老旧机组进行增效扩容改造的有利政策，优先采用最新高效率水轮发电机组，大力提升机组综合效率，减少机组发电流量，在水电站机组的增效扩容上为生态经济发展提供前进动力。
2项目实施的必要性和有利条件
2.1项目实施的必要性
水电站机组增效扩容是推进生态措施落实的有力举措，在进行增效扩容过程中同步实施生态修复措施，对当地的生态环境和经济发展都将起到很好的促进作用，可谓一举两得，不仅可以有效的提升机组对水资源的利用率，增加机组的发电量，还可以彻底解决老旧水电站存在多年的生态环境问题。
首先，在进行水电机组增效扩容过程中，可以消除机组历史存在的设备老旧、自动化水平不高、可靠性差等安全问题，对水电站的安全生产起到最有效的提升保障。另外，现阶段国家对生态环境的发展越来越重视，人民对生态美景的需求越发强烈，从社会发展的角度来看，保障机组附近的人们群众对生命财产及环保安全已是势在必行。其次，可以作为当地地区“三农”发展的必要手段，水电机组的改造都是在国家政府的支持下进行扩建的，它是当地经济发展的主要来源，是公益事业发展的主要支撑，只有加强对基础设施设备的建立，才能促进魅力经济发展。
最后，设备的增效扩容也是河流生态发展内在需要。水电机组在运行过程中，很多水电站将整条河流的水全部引走，河道减脱水情况比较普遍，对当地绿色环境及生态链的发展会起到制约的影响，造成生态环境失衡。因此，水电站在运行过程中，对生态环境的影响主要在拦河坝至电站尾水渠之间会出现减脱水河段的现象，而河道中的减脱水河段主要依靠堰顶溢水、支流等方式进行河道的补水，才能维持河道的生态环境，但这些只依靠溢水、支流的方式，对环境的恢复作用相当有限，且具有不确定性。通过对河流生态改造进行修复，可以有效的保障修筑生态堰和基流泄放等问题得到优化，保障生态发展，恢复河道原有的生态链。
2.2项目实施的有利条件
水电机组增效扩容是提升当地经济生态发展的必要途径，加上国家政府对这类改造提供了政策、资金支持，党中央、国务院非常重视这方面的发展，在政策中明确指出“发展绿色小水电”的重要性和必要性，推进水电机组增效扩容是支持国家政策的体现。赤坑口水电站增效扩容改造工程获得国家补助资金140万元，加下自筹的资金，有效解决增效扩容改造的资金筹集，对设备进行了全面更新改造及对安全设施进行标准化配置，有效提升设备健康水平和安全规范化水平。在国家政策的支持下，在机组增效扩容改造过程中，能够比较彻底改变电站的基础和条件，经过改造应用有非常明显的效果，并积累了较好的改造经验。赤坑水电站已经运行了多年，在政府政策的支持下，针对此工程项目制定了详细的管理和运行体系，例如，防汛调度、管理安全制度、技术维修制度等等，并根据现状的不断变化，结合当地发展的客观需要，进行了不断的完善调整，使整个工程管理依法纳入法制轨道中，在管理中做到有法可循、有法可依，为水电机组增效扩容发展提供良好的创造条件[1]。
3改造河流情况以及河流选择条件
（1）在河流生态改造中，国家政府在机组增效扩容前置审批中，要求将相关的生态改造修复措施进行规范设计，并纳入项目审批内容，同时对生态河流的改造发布了相应的任务和标准，生态修复措施必须做到与增效扩容同时实施同时投入生产运行，对生态修复的有效实施起到了至关重要的作用。在水电站机组增效扩容中，要严格按照所属河流引水、生态发展等的生态指标，对增效扩容改造的任务进行及时的调整和改善，才能最终确定河流生态总体任务和方案。
（2）在赤坑口水电机组改造过程中，河流上要保证没有违规建筑物，如果在进行改造中，河道上有违规建筑物，应该及时联系当地政府主管部门，通过行政手段对其进行消除，才能保证电站的运行安全，并保证生态环境改造后的实效，避免河道出现生态环境破坏的现象。
（3）在进行河流生态改造方案中，应该以河流为单元制定合理的经济措施，保证技术的可行性，还要保证单位工程施工措施的合理性，只有这样才能获得政府的审批，并保证资金方案的落实[2]。
4机组增效扩容改造的主要问题
4.1水轮机转轮磨损严重、效率低下
赤坑口水电站旧的水轮机型号为HLA253-WJ-60，转轮性能不佳，效率低下，加上设备经过长时间的运行，各种间隙不断加大，漏水严重，特别是转轮本体出现了较严重的气蚀问题，以致发电机组出现效率低下，运行工作稳定性不良。
4.2电气设备老化严重、能耗高
机组经过长时间的运行，出现电气设备老化、陈旧现象，设备绝缘性能下降，效率降低，对设备的可靠性产生严重的影响。同时当电气设备出现老化，就会造成设备运行中频繁出现故障，并给设备运行中带来安全隐患等问题。尤其是10kV开关设备和发电机定子、转子的老化程度更加厉害，开关电阻的性能可能会造成设备安全可靠性不可控，甚至有些设备中的元器件在市场上已经找不到，相应的替代配件也不好找，在进行维修中出现一定难度[3]。
4.3设备技术普遍落后，自动化水平低
目前，电气设备中的元器件老化，这是普通常见的现象，严重影响着早期继电器的正常工作运行，当继电器出现不可靠或有一定故障时，就无法保证设备的安全运行。在水电站自动控制和保护中，电站的整体技术和监控设备如出现问题，基本都是由于技术、设备、运行可靠水平低下造成的，无法满足运行要求，其中，安全生产和电网调度是在运行中非常重要的环节，它自身的反映速度是影响的至关因素，这些影响因素都与自动化设备的反应、可靠性和准确性息息相关。另外，计算机监控保护技术是控制设备中的重要元件，要保证元件的质量，才能提升水电机组的运行效率[4]。
5生态效益
5.1促进节能减排，减少温室气体排放
水电站是清洁的可再生能源，机组在工作运行过程中，不会出现有害气体，对当地的生态环境不会产生污染，当机组实施增效扩容改造后，可以充分的利用这一特点进行可靠地运行，增加机组的绿色可再生能源，这一目的，不仅对发电机组的可再生能源起到较好的保障能力，同时，还能增加当地的经济效益，促进改善生态环境问题。根据《全民节能减排手册》来看，水电机组在进行增效扩容过程中，有效提高了水能利用率，增加机组发电量，将其自身工作的电能替代为煤火电厂进行发电，对节能减排起到非常好的效果，同时也带来巨大的经济收益。赤坑口水电站增效扩容后，机组最大功率由改造前的1600kw.h提升到2300kw.h，机组发电能力提升43.75%；机组额定流量由改造前的2.79m3/s降为2.49m3/s，水能利用率提高了12.05%，改造后以上参数的提升，有效提高了机组发电量，不仅提高了经济效益，而且还可以减少能源污染，一举两得。在全国电力工业数据统计中，水电机组产生的清洁能源对生态环境贡献度相当大，因此，对水电机组进行增效扩容改造，促进节能减排，为生态环境发展做出贡献[5]。
5.2保护生态环境
在农村水电增效扩容改造后，实施了对生态修复措施的一厂一策方案，不仅能有效改善河道两岸群众生产生活的生态环境，解决群众农业灌溉、生活用水等取水问题，而且有利于保护森林植被，促进退耕还林，提高森林覆盖率，确保现有人工林、天然林面积，防止大地沙化，增强抗蚀能力，改善气候条件，调节温度，防止风害和风蚀，净化空气，美化环境，促进生态环境的良性循环，对于当地生态环境的发展具有深远的意义[6]。
同时，赤坑口水电站对大坝弧形闸门进行全面除锈，采用从大坝弧形闸门下放生态流量，装设生态流量监控设备，实现对生态下泄流量进行实时监测，全面解决3公里减脱水段生态问题，实现了整条河道没有减脱水，使整条河流的生态链得到彻底的恢复，河道的生态环境基本能够恢复到电站建设前的水平，各种河道生物将逐步恢复良好的平衡状态，实现人与环境的和谐共处。其次，水电站增效扩容改造后，机组的发电量得到大力提升，这样可以更好促进农村群众的电气化进程，减少农村砍柴烧火的现状，大幅减少了CO2、SO2等有害气体的排放。
通过对河流单元中的减脱流现象进行分析，有针对性地实施增效扩容项目改造，不但对当地的经济状况起到了一定的推动作用，并对当地的水资源进行了充分的利用，通过建立硬件生态流量排放设施，即增设无控制的生态基流泄放孔，配套了软件生态流量实时监控装置，实现了生态流量的不间断足量泄流，比较彻底地解决河流减脱水环保问题，进一步改善河流生态环境，维护河流健康生命[7]。
结论
采用创新的理念和方法，辩证地认识和处理水电站增效扩容改造与下游河道生态环境修复的关系，将人与自然和谐相处作为水能资源进一步开发利用的核心，坚持发展与保护并重，在发展过程中保护生态，在保护生态中求发展。全面实施小水电增效扩容改造与下游河道生态建设相结合的机制，对河流的生态以及可再生资源得到了较好的保障，促进了当地生态经济共同发展。
参考文献
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[3]李东进,干超.富山三级电站增效扩容改造分析[J].小水电,2018,(4):43-44,57.
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[5]叶永,雷未,牟玉池.农村水电站增效扩容改造机组选型探讨[J].中国农村水利水电,2016,(11):193-195
[6]杨新春.浅谈增效扩容改造小型水电站装机容量的确定[J].陕西水利,2015,(5):66-68.
[7]王开柱,周道明,张志新, 等.严格质量控制,确保生态机组稳定运行[J].四川水力发电,2018,37(1):48-50,72.
论文作者:黄更新
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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