细节设计

一　采水｜从河面到机组

引水系统分五段。全线在平面上是一条 7.49 km 的直线，中间被 3,814 m 的分水岭截断，只能穿洞。

进水枢纽

低坝堰顶约 3,379 m，正常挡水高度 2 m。取水口底坎设在最低水位以下 2.5 m。冬季河面形成稳定冰面后从冰下取水，冰凌与浮木不进入引水系统。

拦污栅：栅条间距 60 mm，配回转式齿耙清污机，按栅前后压差 200 mm 自动启动。

沉沙池：50 × 3 × 5 m，设计流速 0.15 m/s，可沉降 0.2 mm 以上砂粒，池长 37.5 m，取 50 m 留余量。汛前排空清淤一次。

闸门：工作闸门与检修闸门各一道，闸门井保温并设 10 kW 电伴热。

引水干洞

干洞净空间约 φ3.6 m，内铺设一根 φ1.6 m 的钢管和一条 1.2 m 宽的检修步道。底坡约 0.3 %，沿洞壁支架敷设 10 kV 电缆与 24 芯光缆。

干洞采取有压设计。若做成明流，洞内水面就是前池水位，0.3 % 底坡在 4.36 km 距离会丢失约 13.1 m 高程，约损失 341 kW 功率。加压后，测压管水头仍是进水口水位。而出口处洞内压力差只有 1.3 bar，衬砌按承压结构验算即可。

步道的意义在维护。取水口距基地约 7.5 km、间隔高约 3,814 m 的分水岭，铺设翻山公路现实挑战太大，因此在洞内铺设步道。洞内常年保持 4–8 ℃，宽 1.2 m 的步道配蓄电池车，保证人和备件全年可以抵达取水口；10 kV 电缆与光缆也走同一条隧洞，不再另开隧道。

调压井与压力管道

调压井为地下阻抗式，井筒从洞顶海拔 3,364 m 延伸至地面 3,373 m，井深约 31 m，正常水位 3,377 m（测压管水头线），水面在地面以下约 4 m。

管径取 1.4 m 维持在效率和耗材最优区间，既保持损耗高程可接受，又将消耗的钢材控制在能接受的范围内。

钢管不采用明管。全线地面海拔高于测压管水头线，明管会导致地表出现负压段；且盆地内极端最低气温 −27.4 ℃，停机容易导致管道冻裂。最终采取管顶埋深 1.5 m，砂垫层 200 mm 的设计，每 12 m 设一道支墩、每 100 m 设一道镇墩、每 60 m 设一道伸缩节。

厂房与机组

两台机组的必要性：单机检修时仍保 50 % 可发电能力；在 2,283 kW 需求下，两台机组各占 88 % 负载率，保持在混流式水电机组的高效区间。低水头混流机在 50 % 负荷以下效率剧减，单台无法应对需求波动。

二　供暖｜从岩心到湖心

采暖使用 1,800 m 深的地热井直接提供。井下 64 ℃ 的热水因水压自流到地面，经板式换热器把热量交给采暖水，降温后的地下水回灌到同一岩层以维持地下水位。

井身结构

三开裸眼，不下筛管。热储岩层为碳酸盐岩的裂隙—岩溶型，打筛管反而堵住岩缝阻碍取水；裸眼搭配酸化（15 % 盐酸 + 缓蚀剂）是这类地层扩大出水量的标准做法。生产井与回灌井均为两口，其中一口作为备份。

对自流特性的高效利用

1,800 m 深处的静水压力约 176.2 bar（998 kg/m³ × 9.81 × 1,800 m）；而 64 ℃ 的热水密度只有 980.6 kg/m³，同样高度只产生 173.2 bar。共计 3.0 bar 的压力差就是井口余压，维持热水自动上涌。

同时，从可维护性角度出发，水泵维修难度过大。井下潜没泵在 64 ℃ 的卤水里寿命普遍只有 3–5 年，一百年要更换二三十次，消耗的人力物力过大。自流则不存在水泵老化腐蚀的问题。唯一需要水泵的地方在回灌侧，需要克服 3 bar 的自然压力差与岩层的阻力，消耗功率约 4.6 L/s × 4 bar ÷ 0.65 = 2.8 kW。

换热与热网

一次取热只降低 10 K 同样是权衡的结果。同等热功耗下降温多则水量小、换热器小，但回灌水温度过低会加速热突破，且低温回灌在碳酸盐岩里更易诱发方解石沉淀堵塞。为控制整体风险，采用降低 10K 的设计。

温泉梯级

54 ℃ 的地热水与自然矿泉，天生适合温泉经营。因此增加一级降，令采暖后的回水进板换②，把镜面湖的湖水加热到 40 ℃，供温泉池使用。泡完温泉水溢流回湖。

该热量无法对镜面湖整体温度产生影响。面湖的蒸发散热功率约 232 MW（94.9 L/s × 2.45 MJ/kg），而 850 kW 只占其 0.37 %，几乎不影响热平衡。

水流采取隔离设计。地热水始终限制在生产井 → 板换① → 板换② → 回灌井闭环链路中；温泉池采用湖水，经板换②加热，泡完依旧回湖。保证镜面湖中不会流入过量矿物质等带来潜在的生态危机。

回灌与热突破

冷水从回灌井跑到生产井只要 18 年，但由于岩石的热容远大于水，温度锋面比水的锋面慢约 12.1 倍。所以真正影响到生产井需要 218 年，不影响百年生存。同时，井距取 1,000 m 而不取 500 m的设计，为热储有效厚度 50 m、裂隙率 5 % 保留了充足余量。

三　湖水守恒｜补水与排水

镜面湖是一座人工湖，3.00 km² 的水面每年要蒸发掉一整个湖的水量，引出水量平衡的重要性。

补水从沉沙池下游取，经 5 μm 过滤后进入湖体；26.9 L/s 对 2.98 m³/s 的引水系统只占 0.9 %，水量上没有任何压力。初次蓄水 4.5 Mm³ 直接从压力管道放，30 天即可灌满。

镜面湖同时承担能源储备作用。湖面以下 1,047 m 存在岩溶管道，可用于向金沙江排水。天然形成的巨大落差，保证了跨季储备能源的稳定供应。

常态按 27 L/s 流量发电，功率约 235 kW，正好是维持湖面水位所需的补水量，保持湖面的波动在厘米级。竖井管径 φ2.0 m，内套 φ0.6 m 的压力钢管，可承受的最大静压为 103 bar，壁厚 24 mm；考虑到 1,047 m 的巨大高差，采用立轴冲击式水机以发挥最高效率

这条竖井是基地的跨季储能通道，镜面湖水面下降 3 m 即可放出 9 Mm³ 水体，按 1,047 m 计算合计总能量约 21,826 MWh。

四　预算闭合｜从红线到类目

类目与预算行不是同一套，必须对一次账：

美学能耗上限可动态调整，额度按总量减其余总能耗确定。

五　峰值｜2,254 kW，全年没有一小时超过装机

全年最高功率 2,254 kW，出现在 12 月 31 日 19 时跨年夜。装机容量 2,400 kW，余量 146 kW，全年没有一小时超过装机。超过净需求上限 2,044 kW 的只有 5 小时（0.1 %）。

净需求上限约束的是年电量，不是瞬时功率。这 5 小时超出的电量合计 0.5 MWh，是日内库存 394 MWh 的 0.12 %，无需新增设备发电。

峰值几乎全部来自夜间照明：19 时居住与美学两项合计 1,296 kW，其余五类加起来 958 kW。

六　同时系数｜峰值不能直接相加

把四组的峰值直接相加是 2,502.7 kW，比系统实际峰值 2,254 kW 高 248 kW。我们将实际峰值与累计峰值做比，得到的 90.1 % 命名为同时系数，可用于衡量耗电高峰同步程度。

七　三维负荷曲面

下方的交互模块是基地负荷的完整曲面：横轴日期、纵轴时刻、高度功率。可以旋转、缩放、悬停读数；点某一天会出那天的 24 小时剖面；两条虚线分别是净需求上限 2,044 kW 与装机 2,400 kW。

数据来源与推断口径如下：

建筑与美学：日内形状取冬至／春分／夏至／跨年四条实测曲线，按日序插值；幅度由该日日均功率标定。两组未分离。

农业与食品：来自机群 24 小时数据曲线；季节性按 ±6 % 余弦推断（夏至高、冬至低），归一化后年均不变。

工业：功率保持恒定，备件装配不受季节影响，损耗率基本不变。

社会制度与人文：四类月均值按月中心线性插值到日，日内形状按类别缩放；物流保持全年一致。

整体安全：288.96 kW 平坦基线 ＋ 通风 45 kW（11–4 月）／60 kW（5–10 月）。

渲染方法：时刻轴由 24 点线性加密到 96 点并做一次三点平滑，避免逐时阶跃在曲面上变成 24 道锯齿；原曲线中 24 个节气日的单日 +50 kW 仪式尖峰（旧口径年均 20 kW、装机 321.6 kW）已按压缩后的 1.2 kW 替换为邻日插值，跨年夜不动。

推理数据以推断标记。

八　运行

能源系统根据两种时间因素进行动态调整：白天随负荷变化，冬季随冰期变化。

取水口无人值守。闸门常开、拦污栅自动清污、沉沙池冬季不排沙；SCADA 经洞内光缆回基地中控，24 小时值班，报警 30 分钟内判断。

百年内只有两种情形需要真人前往：汛前清淤与五年一次的隧洞放空检查，均落在 5–10 月。

冬季按 −27.4 ℃ 的极端值设计：闸门井电伴热需求功率 10 kW、利用压缩空气吹泡放结冰需求功率约 2 × 5.5 kW、压力管顶埋深 1.5 m、停机即放空管道。

检修周期：隧洞五年放空检查一次；水轮机小修一年、大修八年；地热井五年进行一次洗井，其间切换备用井；板换设备两年拆洗一次，两台轮换。

能源组编制 14 人：电站运行 4 人、水工与隧洞 2 人、地热与热网 3 人、输配电 3 人、储能与仪控 2 人。