Canadian Consulting Engineer

Award of Excellence: Malana hydroelectric complex, India

The Malana hydroelectric complex is an 85-MW facility that efficiently exploits stream flow from a basin nourished both by glacial melt water and torrential monsoon rains.

November 1, 2004  Canadian Consulting Engineer

The Malana hydroelectric complex is an 85-MW facility that efficiently exploits stream flow from a basin nourished both by glacial melt water and torrential monsoon rains.

Despite many climatic, environmental, social and logistical constraints, the project was successfully commissioned in a 30-month construction period and within budget, thanks to close collaboration between RSW International and the Indian owner.

The project was identified by the privately-owned Malana Power Company Limited (MPCL) after India’s Central Electrical Authority authorized two hydroelectric projects in the Kullu Valley region. This project, located on the Malana River, was one of the two projects authorized.

As soon as the power company decided to go ahead with the project in 1993, RSW International (RSWI) was commissioned to conduct a complete review of the pre-feasibility study and to optimize the project’s components.

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This phase involved collecting all existing MPCL and Central Electrical Authority data in order to verify whether objectives established in the prefeasibility study would be reached, i.e. maximizing the production of energy within an optimal cost-benefit ratio. Also, RSWI’s engineers had to review the Indian consultant’s design criteria and add any information that was required to obtain state and central government approvals for construction.

RSWI’s mandate was subsequently extended to include detailed engineering work and participation in construction management. The consultants optimized several important components and helped overcome construction problems relating to the region’s difficult geological and hydraulic conditions. Their innovative input included:

Design of river diversion works. RSWI introduced a run-of-river concrete dam concept having an overflow crest designed to handle sudden floods, as opposed to the developer’s original concept, which used control gates requiring a much longer response time. The dam is nevertheless equipped with a spillway to manage monsoon flows that are over 1,000 times the river’s average flow rate.

Modifications to the intake silt handling facilities. During high flow periods the river carries large quantities of sediment that must be intercepted and removed to minimize erosion of the steel penstock and turbine runners. To this end, the original design of the intake works was modified to ensure the incoming sediment was efficiently retained and disposed of. The completed head works include a water intake with four regulating gates that empty into four 100-m long settling tanks, together with a discharge control gate for the accumulated sediments.

Headrace tunnel design and construction. The desilting tanks discharge into a 250,000-m3 reservoir that feeds a headrace tunnel. The Malana plant’s headrace is the first headrace in India constructed with a shotcrete lining. The developer’s original concept proposed a concrete lining, which would have been much more costly and time-consuming to build.

Because of access problems, the tunnel alignment was also changed from the original near-horizontal design to one having a 7% gradient. Inclined tunnels are rare in Indian practice. The change led to innovative construction methods using a combination of Indian and North American technologies for rock excavation and muck removal. This change led to a 50% reduction in the original construction schedule.

To optimize the pressure tunnel design, RSWI required in-situ rock stress determinations to fix the length of the steel lining linking the tunnel with the surface penstock. The testing included hydraulic jacking tests, performed by the National Institute of Rock Mechanics of New Delhi, and a series of overcoring tests, performed by a Quebec firm using techniques developed by the mining engineering department of L’cole Polytechnique in Montreal. The test program created much interest in Indian university and industrial circles and will likely influence design practice for other pressure tunnels in the Himalayan region.

In summary, the Malana project’s main features are:

a dam with an overflow crest;

a 23.1-m3/s water intake;

four desanding tanks;

a 250,000-m3 regulating tank;

a 3.2-km long, 4-m diameter headrace tunnel, with a 7% downstream slope;

a 600-m long, 2.2-m dia. steel penstock;

an 86-MW power station with two Pelton sets producing 370 GWh/year;

a 25-km, 132-kV power line linking the plant to the Sarabai station;

a 9-km mountain access road linked to the region’s road network.

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Name of project: Hydroelectric Project Malana

Award-winning firm: RSW International, Montreal (Claudio Vissa, ing., Kent Murphy, ing., Georges Sayegh, ing., Ashraf Alam, ing., German Vera Lazo, ing., Raymond Ares, ing., Michel Claisse, ing., Guru Panesar)

Owner: LNJ Bhilwara Group Malana Power Company

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Le complexe hydrolectrique Malana est un amnagement de 85 MW qui exploite efficacement les apports d’un bassin nourri la fois des eaux de fonte des glaciers et des pluies torrentielles de la mousson.

Malgr de nombreuses contraintes climatiques, environnementales, sociales et logistiques, le projet a t mis en marche dans un dlai de 30 mois, sans dpassement des estimations budgtaires, grce une collaboration troite entre RSWI et son client indien.

Le projet hydrolectrique de Malana a t identifi par le promoteur priv Malana Power Company (MPCL) suite l’autorisation de deux projets hydrolectriques dans la rgion de la Valle de Kullu par la Central Electricity Authority (CEA). Le projet hydrolectrique de Malana, situ sur la rivire Malana, un affluent de la rivire Beas, tait l’un de ces projets.

MPCL a dcid d’aller de l’avant avec le projet en 1993. RSWI a alors t mandat pour effectuer la revue complte de l’tude de pr-faisabilit et pour optimiser toutes les composantes du projet. Cette phase impliquait l’tude de toutes les informations colliges par le personnel de MPCL et de la CEA, afin de vrifier si les objectifs fixs taient atteints, soit de maximiser la production d’nergie tout en maximisant le rapport bnfices/cots. De plus, les ingnieurs de RSWI devaient vrifier et, au besoin, complter les notes de calcul et critres de conception du consultant indien afin d’obtenir l’approbation des autorits indiennes pour la construction de la centrale.

Par la suite, le mandat de RSWI a t largi pour inclure la conception dtaille du projet ainsi qu’un rle dans la gestion de la construction. L’implication de RSWI s’est avre cruciale au succs du projet par la crativit de ses ingnieurs lors de l’optimisation des diffrentes composantes du projet et de sa construction dans le contexte gologique et hydraulique difficile de la rgion. Ces propos sont illustrs par les exemples suivants :

Conception des ouvrages de drivation : RSWI a avanc le concept de barrage en bton crte dversante au fil de l’eau, capable de subvenir aux crues subites, contrairement au concept original du promoteur, qui comportait des vannes impliquant un certain dlai d’ouverture et d’vacuation. Le barrage est nanmoins quip d’une vanne d’vacuation des crues, qui permet de grer une variation des dbits en priode de mousson, lorsque le dbit de crue est plus de mille fois suprieur au dbit moyen de la rivire.

Modifications aux ouvrages de rtention de sdiments: Pendant les priodes de forts dbits, la rivire transporte des quantits importantes de sdiments qui reprsentent un danger d’abrasion pour les turbines et la conduite d’amene en acier. La conception originale des ouvrages amont a t modifie afin d’assurer une rtention et une limination efficaces des sdiments. L’ouvrage d’interception a t quip d’une prise d’eau comportant quatre vannes rgulatrices qui se dversent dans quatre bassins de sdimentation de 100 mtres de longueur, quips d’un systme purge contrle.

Conception et construction du tunnel d’amene: Les quatre bassins de sdimentation convergent vers un rservoir d’une capacit de 250,000 mtres cubes qui alimente un tunnel d’amene 3.2 kilomtres de longueur et 4 mtres de diamtre, excav dans un quartzite trs dur comportant 95% de silice. Il s’agit du premier tunnel en charge re
vtu de bton projet en Inde. Le concept original du promoteur comportait un tunnel revtu en bton conventionnel, dont le cot aurait t plus lev.

Compte tenu des difficults d’accs, le tunnel a t construit suivant une pente de 7% vers l’aval. Il s’agit d’un des rares tunnels en pente construit en Inde. Sa construction a ncessit une approche innovatrice. En effet, les excavations ont t excutes selon les mthodes traditionnelles indiennes tandis que le transport des dblais d’excavation a t ralis selon les techniques nord-amricaines. Cette combinaison indite a permis de rduire de 50% les dlais initialement prvus.

RSWI a exig des mesures in situ de contraintes dans le roc, pour dterminer la longueur finale du blindage en acier qui relie le tunnel la conduite force. Des essais de fracturation hydraulique ont t raliss par le National Institute of Rock Mechanics de New Delhi alors que des essais de sur-carottage ont t excuts par une firme qubcoise, selon un modle dvelopp par le dpartement des mines de l’cole Polytechnique de Montral. Ce programme d’essais a suscit beaucoup d’intrt dans les milieux universitaires et industriels indiens et risque d’influencer la conception de futurs tunnels sous charge dans le Nord de l’Inde.

Composantes principales du complexe hydrolectrique de Malana:

Un barrage crte dversante;

Une prise d’eau d’une capacit de 23,1 m3/s;

Quatre bassins de sdimentation;

Un rservoir de rgularisation d’une superficie de 250 000 m3;

Un tunnel d’amene d’une longueur de 3,2 km par 4,0 m de haut et 4,0 m de largeur avec une pente de 7%;

Une conduite force en acier d’une longueur de 600 m et d’un diamtre de 2,2 m;

Une centrale de 86 MW abritant deux groupes Pelton produisant 370 GWh par anne;

Une ligne de transport 132 kV d’une longueur de 25 km reliant la centrale Malana au poste Sarabai;

Un chemin d’accs en montagne d’une longueur de 9 km reli au rseau routier provincial.

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