牙买加小水电资源的开发

[牙买加] D.A 塔洛克 等

战略与规划

牙买加小水电资源的开发

[牙买加] D.A 塔洛克 等

在深化国家能源政策(2009～2030年)实施的过程中，牙买加开展了一项小水电开发选址可行性研究计划，这是促进水电开发战略的一部分。作为世界银行资助项目，该国同时对几座小水电站展开了预可研和可研工作，旨在提高其能源安全性和效率。详细论述了正在开展研究的几个潜在小型水电项目，以及水电在实现国家能源结构多样化、减少牙买加对化石燃料发电依赖性方面所发挥的作用。

水电资源开发；水资源投资；牙买加

1 能源发展概况

牙买加发电能源以化石燃料为主，约占该国总发电量的95%；但目前尚未开采该国的原油蕴藏资源。2014年，牙买加进口约1 550万桶石油用于电力、交通、制造及其他行业。每年用于发电的石油进口量约占石油进口总量的30%。风力和水力发电量仅占该国总发电量的5%。目前，该国约3%的电力来自8座径流式水电站，其中大多数建于20世纪60～80年代，全部由牙买加公共服务公司(JPS)拥有并运营。该公司是一家垂直一体化的电力事业公司。最新的水电站为马戈蒂(Maggotty) B水电站，于2014年3月26日投运，装机容量为13.2 MW。在此之前，水电已在近30 a无重大发展，目前该领域的重心是对现有电站进行修复，并将未运行的电站重新并网。牙买加石油公司(PCJ)旗下的全资子公司威格顿风电有限公司(WWFL)提供可再生电力(约占该国总发电量的2%)，并正将风电装机由38.7 MW扩容至 62.7 MW。

2011年8月，牙买加政府与世界银行签署了一项能源安全与效率提高项目协议。根据该协议，世界银行将为该国提供1 500万美元的资金援助，主要用于以下几个方面：①支持与牙买加国家能源政策(NEP)有关的国家公共教育行动计划； ②为增加480 MW基荷发电容量的发电项目提供援助； ③提高可再生能源发电项目的上网电价；④促进牙买加水电和风能资源开发。此外，协议规定给予私人投资者一定信用额度，允许其采用可再生能源及高效的能源技术参与商业活动，以提高竞争力。根据NEP目标，科技能源矿产部(MSTEM)与PCJ计划到2020年使该国水电和风电装机容量翻倍。

MSTEM和PCJ与意大利斯图迪奥皮耶特格里(Studio Pietrangeli)公司签订了咨询协议，并对马瑟布雷河、西班牙河、内格罗河和里约科布雷(Rio Cobre)河的历史研究成果进行了更新。在前期的资金援助计划下，加拿大国际发展署为PCJ提供资金支持，并通过加拿大魁北克能源公司对劳克兰(Laughland)河的可行性研究成果进行了更新；泛美开发银行为汉诺威(Hanover)与圣詹姆士(St.James)交界处的大河可行性研究提供了资金支持，该项研究由英国的IT电力公司完成。目前，MSTEM和PCJ试图通过优厚的开发条件，为以上几条河流的可行性研究项目(总装机26 MW)打包寻求开发商，旨在降低消费者能源成本(当前电价约0.27美元/kW·h)的同时，促进偏远地区的可持续发展。

2 电力发展背景

牙买加是加勒比海地区最大的岛国，官方语言为英语，人口272万，人均GDP为8 480美元。该国毗邻大宗贸易伙伴，经济相对开放。目前在与国际货币基金组织(IMF)签订的管理程序协议框架下进行经济改革。新的税收激励立法已于2014年通过，并利用现代化的方法完善税收征管机制，从而促进商贸发展。

JPS是牙买加独家电力经营商，其中日本丸红株式会社控股40%，韩国东西电力公司控股40%，牙买加政府控股仅约20%。除4座火电厂以外，JPS还拥有并运营8座水电站，分别位于上怀特河、下怀特河、罗灵河、里约布宜诺(Rio Bueno)A、里约布宜诺B和马戈蒂瀑布等，同时还拥有1座风电场。JPS还从4家独立电力供应商(IPPs)购买额外电力。根据1979年的石油法案，PCJ负责对牙买加的能源资源进行开发和推广，至2015年6月，该公司已成立36 a，在能源领域拥有5家子公司。PCJ是MSTEM的执行部门，在政府推动及实现国家能源政策目标中发挥着关键作用，同时该公司也在开展油气勘探，并被委以重任在公共可再生能源和能源效率方面起主导作用。

2.1 水电实施进展

在过去30 a中，PCJ已开展了多座水电站的研究工作，确定新水电项目技术可开发装机容量约为80 MW。从2005年至今，由于电价上涨，这些项目的经济潜力稳步提升，同时对水电工程融资可行性的要求也不断提高。早在2005年，该国可再生能源资源潜力在联合国拉丁美洲和加勒比经济委员会(ECLAC)研究报告中已有记录，该研究有助于对几条河流的项目实施进行优先排序。

2.2 小型水电项目的审批与可行性研究

2012年1月，PCJ和MSTEM与美国联邦能源管理委员会(FERC)签署了合作备忘录(MoU)，在精简审批和许可程序方面，美国对牙买加新建水电项目给予支持。针对水电审批许可和许可证发放，三方团队进行了为期3 d的研讨，来自10个政府部门的代表参加了此次研讨会。该会议旨在推动水电行业管理制度改革，提高投资者和开发商的关注度。

牙买加的河流主要可为农业、旅游(包括皮划艇运动、水上冲浪和风景区)、渔业和居民供水。之前该国水电总装机容量为600 kW～7.2 MW。回顾现行的水电开发审批许可程序可以发现，非常有必要简化小型水电项目的审批许可，同时满足政府对环境和社会影响评估的要求。目前尤其需要推进以下几个方面：

(1) 与牙买加水电开发程序有关的网站；

(2) 促进水电开发的政策；

(3) 单独的审批许可和牌照发放程序协调领导机构；

(4) 政府机构之间共同的时间表，以允许并行处理许可证和牌照申请。

2013年2月，PCJ和MSTEM与斯图迪奥皮耶特格里公司签署合同，委托该公司开展以下几座水电站的预可行性和可行性研究工作。该公司对里约科布雷河、马瑟布雷河、内格罗河和西班牙河等流域进行了评估，工作范围涵盖坝址勘探、水文气象研究、地形地质评价、详细的投资估算、施工计划和社会环境影响评价。

预可行性研究成果表明，4座水电站经济效益明显，符合公共事业管理办公室制定的电价激励政策。完整的可行性研究已于2015年1月完成，MSTEM和PCJ采纳了关键利益相关者的意见，如水资源管理局、国家环境规划局、旅游产品开发公司和国家灌溉委员会等，以获得他们对最终推荐设计方案的支持。为促进可持续设计方案，在社会调查过程中引入了社区交流和反馈环节，并让土地所有者参与。

2014年3月，PCJ和MSTEM还与阿根廷布宜诺斯艾利斯的能源规划(Energy Solutions)公司和美国水科学顾问公司签订合同，以解决开发商和投资者可能面临的进程障碍，并为主要机构改革提供支持。目前，MSTEM和PCJ正与这些顾问公司合作，朝着加强协调和促进水电项目开发方面努力。同时，已启动另外6个项目的预可行性和可行性研究，分别为格林河、野藤河、迅河、圣格兰德1、圣格兰德2和里约科布雷的国家灌溉运河项目。2015年6月，斯图迪奥皮耶特格里公司已获以上6个项目的咨询服务合同。

3 主要河流项目

牙买加较大的河流位于西北和东南部。该国每年有2个雨季，第一个雨季为5～6月；第二个雨季为10～11月，同时也是飓风季节。近年来，气候特征发生了变化，雨季或旱季会变长，飓风更频繁，短期内的降雨强度明显增加，有时导致低洼地区和洪水易发地区发生洪水。以下介绍目前对几条河流深入研究的成果。

可投资的潜在水电项目位置、装机容量等汇总见表1。

表1 牙买加潜在水电项目

3.1 大 河

大河为第二大城市蒙特哥湾供水。该市是西北海岸主要的旅游区，河水资源也用于居民生活和农业生产。早在1978年和1981年，茉莉财团(哥伦布电机公司-拉梅尔国际咨询公司)和史威可(SWECO)公司就分别对大河开展过研究工作。1984年，拉梅尔国际咨询公司开展了优化研究，论证了发电机额定流量的最佳范围。2010年11月，IT电力公司完成了项目可行性研究。

3.1.1 概 况

大河发源于圣詹姆斯与汉诺威交界处的圣伊丽莎白，流域面积约为327.27 km2，水电站位于圣詹姆斯与汉诺威2个地方自治区内。大河河道较短，冬季和夏季流量变化较大，最大流量为80 m3/s，月平均流量为10 m3/s。坝址位于佛蒙特州，主要地层为直布罗陀地层，岩性主要为两组白色石灰岩，岩溶较发育，地下水位较低。

电站为小型径流式电站，装机容量为8 MW，河床布置挡水堰，引用部分河水至水轮机发电。电站主要建筑物为挡水堰、侧向进水口、引水明渠、小型前池和引水隧洞，其末端布置竖直调压井，通过压力管道与电站厂房连接。厂房内安装2台立轴混流式发电机组，水轮机额定水头为 53.8 m，单机引用流量为8.5 m3/s，发电机单机容量为4 050 kW。进水口后接明渠，将水引至引水隧洞，明渠长329 m，坡底由缓至中缓。明渠渠底采用天然浆砌石防护，梯形断面，底宽3 m。前池位于明渠末端，起拦沙作用，并通过溢洪道将沉积泥沙排至原河道。压力钢管长约 85 m、内径为2.2 m，进入厂房前分为2根直径1.5 m的叉管至水轮机。设计平均引用流量为2 m3/s，作为旅游景点，工程还配有允许船只翻过溢流堰的设施。一般情况下，机组运行季节为4～12月，维护期为1～3月，在枯水季节保持低水位。电站年均发电量为35.206 GW·h。

3.1.2 环境和发展影响

挡水堰与厂房之间的区域没有居民，且未设置取水设施。在厂房下游，该国水资源委员会修建了1座高3 m的小型坝，通过泵站引水至蒙特哥湾地区。在水电站的上游规划了一家酒店，可使用小船和竹筏，在酒店与泵站之间的河道漂流。电站周边道路基础设施较好，新建有1条高速公路。若修建该工程，仍需修建3条进场道路通至坝址。

调查表明，河道右岸部分边坡不稳定。挡水堰结构需进行简单灌浆以减少渗漏，同时施工基坑需采取板桩防护。建基面需修整，且需在软岩中进行隧洞施工。调压井区岩性软弱，需要采用锚杆、钢筋网和喷混凝土支护。尽管压力管道不会引发重大问题，但开挖覆盖层较厚，需要有经验的承包商施工。主要堆存区要求能堆存砂石料和水泥。预计工程施工和调试运行时间为3 a。

3.2 马瑟布雷河

马瑟布雷河位于该国西北部特里洛尼省的帕里斯，源头高程580 m，总长32.5 km，最终流入北部海岸的大海。作为旅游景点，这条河拥有群岛中知名的漂流中心之一。该河亦用于灌溉，并提供居民用水。有研究机构分别于1984年和1990年对其开展过水电资源方面的研究。2013～2014年，作为PCJ和MSTEM的咨询顾问，斯图迪奥皮耶特格里公司对水电开发的坝址开展了可行性研究。

3.2.1 概 况

马瑟布雷河流量稳定，从推荐的进水口至厂房部位的河道断面宽约60～100 m。该区域地层岩性主要为白色石灰岩，在工程区多个部位均有出露。厂房区地层岩性主要为蒙特利埃地层致密灰岩，工程区灰岩最大厚度达1 km。推荐开发方案沿着长2 km河道布置，工程控制流域面积为439 km2，流域内年平均降雨量为1 343 mm。

上述推荐工程区河道断面全年有地下泉水涌入，推荐采用径流式电站的方案。工程主要由进水口挡水堰、低压管道、叉管和厂房组成。重力式档水堰基础条件较好，两岸为基岩，河床开挖深度为3～5 m。直径为2.8 m、长为2 km的玻璃纤维复合材料管沿河道布置，其末端连接金属叉管，分成2支进入电站厂房。该方案毛水头为 24.3 m，净水头为16.7 m，设计流量为25 m3/s，推荐装机容量为4.4 MW，估计年发电量为18.5 GW·h。

3.2.2 环境和发展影响

农业和旅游业的多个利益相关者均利用该河流，因此对利益集团的管理要求较高。同时，因项目进水口结构、输水管道和厂房部位均需具备交通条件，因此当地土地所有者也会因项目开发而受到影响。

有1条进入电站厂房部位的道路通过现有料场，但需新建和改建约4 km的道路通至进水口挡水堰和引水线路。为减少项目影响，并合理利用枯水期的小流量，施工方案必须与下游用水户共同拟定。当地的许多农民需要电力供应，且密切关注与方案相关的配电网络开发。由于取水影响，电站运行中必须保证一定的生态流量，以维持目前水生生物的生存。预计工程施工和调试运行时间为41个月。

3.3 劳克兰河

劳克兰河位于海岛的西北海岸，在另1个主要旅游区圣安·奥乔里奥斯的正西方。其水资源主要用于居民生活和农业生产。1976年，哥伦布电机公司(现在的AF顾问公司)曾对该河作过研究，1981年加拿大国际能源开发公司(CESDI)再次对其进行了研究。1985年，拉梅尔国际咨询公司对其开展了可行性分析，2005年德国技术合作公司(GTZ)完成了另外1项可行性研究。潜在开发方案为1座小型径流式电站，不存在技术难题。

3.3.1 概 况

劳克兰河流域面积约96.1 km2，河道相对较短，从源头至加勒比海入海口总长为3.5 km。河流流经2个私有资产的交界处，分别是克兰布鲁克庄园(约52.61 hm2)和兰达夫里阶庄园。克兰布鲁克庄园是生态花卉农场，兰达夫里阶庄园是奶制品和畜禽农场，未来可能发展为健身中心。劳克兰河最大流量为29 m3/s，月平均流量约12.4 m3/s，该项目设计引用流量为2.62 m3/s。项目位于中新世黄色石灰岩地层，地下岩溶较发育。靠近海岸依次分布有滨海相灰岩、沙滩沉积的法尔茅茨组砂砾石。Font Hill组为硬质泥质至软质泥灰岩。法尔茅茨组为圆度较好的砂砾石，夹杂珊瑚灰岩。

该工程推荐方案为径流式电站，装机容量为2 MW，主要建筑物布置在右岸，渠道和压力管道总长2 400 m。闸控溢流堰和渠道的设计与克兰布鲁克庄园周边环境相协调，其工程量最少，且河床部位采用土工膜防渗。进水渠长45 m、宽4 m、深1 m，渠道线路利用1条已废弃的灌溉渠道。压力管道采用直径1.4 m、长2 345 m的钢管。电站利用毛水头为105 m，净水头为98.2 m，厂房内安装1台冲击式水轮机。年平均发电量约13.92 GW·h。

3.3.2 环境和发展影响

劳克兰河水质分析结果表明，水质适合鱼类和水生生物生存。调查中记录了19类大型动物种群，在与当地居民的交流中识别了另外7种生物，没有濒危鱼类。美洲鳗(阿根廷鳗鲡)为在册保护动物，因为其在牙买加以外地区的数量正在减少。该地区的哺乳动物很少，但据观察，鸟类有22种。工程区陆地(包含次生林)只发现2个品种包含在世界自然保护联盟(IUCN)的红色清单中。

推荐的施工方案将会产生一定的水体污染、土壤污染和河岸侵蚀。工程区的植被清理也可能会削弱土体稳定性，并增加局部土壤侵蚀。在环境缓解措施中，充分考虑到重型机械活动、意外泄漏及对旅游活动的影响，如在天然泳池游泳和沿河岸野餐，特别是在进水口和电站厂房这一河段。为确保劳克兰河水电站的正常施工，需要从电站厂房修建1段长168 m的交通道路连接至滨海高速公路。预计工程施工和调试运行时间为2 a。

3.4 西班牙河

当然，在这里可以砍价，一般来说销售人员会先自动下降30-40%，然后会不停地让你出价，这会让你很为难，你如果还价高了会有吃亏的感觉；但如果你还价低了，他们可能会告诉你去低价区看看，让你很尴尬。一般来讲，经过观察，砍掉一半应该是一个合理的选择，最多你可以从30%的价格砍起。

西班牙河位于海岛东北部末端的波特兰区，该区是牙买加最湿润的地区之一。西班牙河流经蓝山背面的咖啡种植带，蓝山是海岛最高峰，山顶高程2 256 m。河流水资源主要用于居民生活和农业生产。20世纪80～90年代，一些机构对其进行了研究。1987年和1996年的潜在水电站清单也都将西班牙河作为经济可开发梯级之一。2013～2014年，作为PCJ和MSTEM的咨询顾问，斯图迪奥皮耶特格里公司对拟开发水电站的坝址进行了可行性研究。

3.4.1 概 况

西班牙河流域面积约121.5 km2，从蓝山的源头至加勒比海入海口的河道总长为19 km。沿河道两岸为间隔分布的陡坡，出露岩石为花岗闪长岩。该地区雨量大、持续时间长，年均降雨量为5 100 mm，约为海岛中部和沿海地区的7倍。岩石裂隙发育，长期暴露风化，已有滑坡产生。设计区域包括西班牙地层和切普斯托地层，底部为里士满地层。区域发育有由北东至南西的断层和数条支流、小溪，在河道附近发现多个泉眼。

该项目推荐方案为小型径流式电站，装机容量8 MW，位于2个村庄之间5 km的河段上。工程主要建筑物布置于左岸，推荐的挡水堰为经典带刚性基础的混凝土重力式结构，取水流经长4.5 km水道进入电站。挡水堰高7 m，长31.5 m。自由溢流的水道长3.6 km，后接长955 m的压力管道进入厂房，厂内安装2台立轴混流式机组。电站运行净水头158.5 m，单机引用流量为 5.7 m3/s。压力管道为直径为1.5 m的钢管。年均发电量为18 GW·h。

3.4.2 环境和发展影响

该地区适宜咖啡种植与加工，阿尔巴尼咖啡厂生产用水从河道引入。水质成分较好，沿大部分河道分布树木，次要的河岸植被几乎不受扰动。该地区发生滑坡的可能性较高。进场交通条件较差，需要复建和升级，这也将有助于咖啡种植户产品生产和输出。该地区的哺乳动物很少，调查到的鸟类仅15种。预计工程施工和调试运行时间为4 a。

3.5 里约科布雷河

3.5.1 概 况

里约科布雷坝址地层岩性主要为白色灰岩。流域面积560 km2，方案设计引用流量16 m3/s，最小发电流量4.8 m3/s。项目布置紧凑，电站位于进水口挡水堰的左侧，无需布置压力管道。该项目利用毛水头9 m，净水头8.5 m。

项目将替代上游约10 m处已有的溢流堰，为新电站打下坚实基础。电站计划安装2台灯泡贯流式水轮机组，运行的流量变化范围较大。推荐方案中电站装机容量为1.3 MW，年均发电量为 4.9 GW·h。

3.5.2 环境和发展影响

该项目占地面积小，因此对周边环境的影响很小。电站库容不大，与原坝库容相近。需要修建1条连接电站厂房和开关站的道路，从坝址连接到国家电网69 kV输变电线路的距离不远。由于水流没有被引走，仍在原河道，所以不会对灌溉或居民供水系统造成影响。

河道中的原结构需要拆除，为方便施工，需先修建围堰再拆除，因此在新挡水堰和电站厂房施工期间，将有部分临时的渣土或岩石倾入河道。工程施工和调试运行时间约为4 a。

3.6 内格罗河

内格罗河位于牙买加东南沿海的偏远地区，仅向圣托马斯区的一些小型社区居民供水。1981年，CESDI完成首次水电站研究。1990年，列入内格罗河潜在工程方案清单。2013～2014年，斯图迪奥皮耶特格里公司对电站开发方案进行了可行性研究。

3.6.1 概 况

内格罗河流域面积约140 km2，河流发源于蓝山地区，河道长10 km，最终流入加勒比海。坝址地层为圣海伦斯盖普地层，岩性主要为风化灰绿色火山岩，局部夹有灰岩。该地区发现数条断层，恩里基洛-芭蕉园断层为本区的主要断层，另有卡瓦利断层、顿维尔断层和卡菲噶里断层。

推荐方案为装机容量2.3 MW的小型径流式电站，为减少泥沙侵入，采用经典的重力式挡水堰和希罗尔进水口设计。工程将通过长3 km的水道从内格罗河引水至亚拉斯河。该水道包括长1.1 km的灌溉渠和长2.06 km的压力管道，与电站厂房相连，厂房内安装1台冲击式水轮发电机组，运行净水头为271.1 m，设计引用流量为1 m3/s，年均发电量为7.2 GW·h。

3.6.2 环境和发展影响

为保证挡水堰和电站厂房施工，需要新建道路。位于该国东南部圣托马斯郊区的哈格力盖普(Hagleys Gap)是一个移民区，其居民用水来源于内格罗河，因此该设计中考虑了向居民生活和农业生产的供水问题。工程施工和调试运行时间约为3 a。

曹艳辉 孙 言 译

(编辑：唐湘茜)

2016-10-15

1006-0081(2017)02-0001-05

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曹艳辉，男，长江勘测规划设计研究有限责任公司，高级工程师。)