我国中小水电可持续发展

我国中小水电可持续发展的新设想和开发途径曹楚生（天津大学/水利部天津设计院）摘要我国正处在走向现代化空前繁荣的大好形势下，水利水电(以后简称水电)进展神速，一些地区(沿海等)大型经济可开发水资源和水能资源已出现开发殆尽现象,已影响到大型水电的开发.近年来小水电发展迅猛,于计也祗有约20年的开发空间.本文除常规和传统方法外，还从国内外江河开发经验提出水利水电要和其他资源如各种火电核电太阳能风电等电能、抽水蓄能和电网等一道和协相处、共谋发展。由于增设了抽水蓄能,形成了新的循环链(如图1示),使低谷剩余电再生循利用.这样水资源、水能资源和其他能源是可以相互转换，相互支持的。本文提出中小水电可持续发展的新设想和途径。[关键词]水资源、水能资源、能源、水利水电、火电、抽水蓄能、电网、可持续发展。一、前言目前我国大中小型水利工程的划分以水库总库容1亿m3和1000万m3为界,而水电站则以25万kW和5万kW为界.过去大型工程一般由国家筹建,而小型工程则由地方(县或市)承建.此划分界限是随着国民经济水平逐年增长的.如在新中国建国之初小水电指的是500kW以下者,而目前己提升至5万kW.近年来一些地方实力迅速提高,有些县市自主独立承建近百米高坝和中小水电时有所闻.此外从当前小水电发展趋势中可以见到抽水蓄能(PSP)已悄然崛起,它(PSP)作为水电的补充,为水电提供了良好的机遇和发展空间,从国内外经验对某一小集雨区的装机容将会有大幅度增长.为此本文针对中小水电进行阐述.·我国水资源的蕴藏总量比较丰富（2.71万亿m3），占世界第五位。但由于我国幅员广大，人口众多，人均蕴藏量仅2700m3/人，相当全世界人均数的1/4。故按人均而言，我国水资源储量是比较贫乏的。·我国水能资源居世界首位，总蕴藏量达6.76亿kW,可开发容量为3.78亿Kw,其中小水电计7000余万Kw.倨最近调查上述诸值都有增加,其中经济可1开发总达4亿Kw,其中小水电约1.2亿kW我国系世界文明古国，水利工程开始较早，自19世纪以来，世界发达国家随着工业的崛起,水利工程也得到长足进展,但我国水利工程仍长期处于落后状态。新中国成立50多年来在现代水利水电方面做出了显著成绩:·大坝水库兴建了8万余座，总库容约6000亿m3,水电站容量已逾1亿Kw,其中小水电3500万Kw,约总容的1/3.·这些工程首先初步控制了洪水灾害；其次对城乡用水提供了大量水源。主要由于水库对径流的调节作用,增加了可利用的水量及水电站在电力系统中发挥的调峰作用，大大地缓解了供水和供电的需要，并在生态、环境以及地区经济建设中发挥显著作用。还应该指出上述占水电1/3的小水电分散于广大农村和边远地区,能较好地为农村农民农业服务.当今我国科学技术突飞猛进，带动各行各业正在以雷霆万钧、势如破竹之势走向现代化，已进入了一个空前繁荣的新时期。但国民经济及工农业等的急剧增长，城乡用水及水电的供应仍时有供不应求的现象，且近年来更趋严重。·水资源可循环再生，若经开发即兴建水利水电工程,经合理运行可除害兴利且可年复一年持续运行下去，这是水利水电可持续发展的基本条件。·但在当前全国大好的形势下，水利水电进展神速，一些地区水资源和水能资源已出现开发殆尽现象，再修建新的大型水电已受到限制，小水电目前虽尚有发展空间,但因进展迅猛,终将影响水利水电的可持续发展。本文除常规或传统的方法外，还从国内外经验对水电提出了一些新设想和可持续发展的途径。二、水电的可持续发展“水利”一般应涵盖防洪、供水、灌溉、航运以及发电等等，但习惯上往往又代之以“水利水电”，而“水资源”又代之以“水资源和水能资源”。故水利水电的可持续发展应与水利行业、电力行业（煤电、核电、油电等）以及能源、水文地质等部门都有关。从国内外经验：(1)抽水蓄能作为水电的补充，可弥补水能资源不足，使电网中低谷时剩余电能转换成尖峰时的宝贵电能。实质上其作用相当于使电网中日益增长的、如不用反会带来负面影响的剩余电能转换成为可再次利用的电能，和可再生能源一样，再次使用。其作用巨大，十分有利于水利水电和整个电网中各种电能（煤、油、核、天然气等等）的可持续发展.水利水电和其他资源通过抽水蓄能和电网等载体可以和谐共处，共谋发展;(2)此外在干旱缺水时段籍电网中的电能引水或抽取地下水以供应急需要.总之水和电是可以互通有无的.一般电网由水电和火电组成，因水电具有较好的调峰性能，故电网输电质量2好，而当该地区水能资源开发殆尽，水电不能与火电同步增长，水电所占比重低下时(20--30)，造成电网中可调峰电源减少，而低谷时又造成电流周波和电压加大，影响输电质量。一个电网随着时间的推移，由于国民经济和生活质量的提高，其容量往往逐渐由小到大。但当水电发展受限，而新能源如核电、风电、太阳能、潮汐生物能发电等等大量兴起，造成电网中水电可调峰电能比重减低。当地区电力负荷急剧变动时(如空调、特殊工业等)，更显示出调峰电源的不足。当水电发展受阻,不能与其他电源同步增长时，电网中峰谷差加大，尖峰时缺电而低谷时有多，这种现象将会与日俱增。尖峰时缺电，可临时增设燃气轮机等解决，而低谷时多余电所占比重达一定程度后，将会影响电网输电质量的问题，则较难处理,使电力系统的进一步发展将受到阻碍。但历史进程告诉我们，当抽水蓄能电站的兴起，作为水电的补充，使水电重新步入了新的境界。虽然已无新的水能资源以供开发，但可利用电力系统低谷剩余电能,通过抽水蓄能转换在尖峰时发电，这样给水电的可持续发展增加了新的活力。近10余年来我国已建和在建抽水蓄能电站约24座，总容量已愈1595万kW,其中也有不少小型抽水蓄能电站如岗南寸塘囗羊卓雍湖溪口响洪甸天堂佛磨等.由于社会对电力的需要日益增长，我国各地区电网中主要能源煤电增加很快，而常规水电受水能资源的限制，往往不能与他种能源成比例地增加，因此电网中水电比重日益减少，有的已低于10％甚至更低。这样将导致调峰电源缺乏，造成电网中能源比例失调，常采用以下两种措施：(1)火电机组深度调峰(40%),有的甚至采用分班制,不仅造成煤耗油耗增加,并影响火电机组的稳定运行和电网输电的质量.(2)水电弃水调峰,在我国很多以煤电或火电为主的电网，为不使火电机组调峰时受损失，倒过来令水电在洪水期间甚至在需要时竟采用弃水调峰.据统计全国2003年水电平均利用小时数仅为3150h/y，火电平均利用小时数为5449h/y，这样水能资源白白付之东流,实为可惜！众所周知：以上两种由于可调峰的水电所占比重减小，当低于30%-20%时,就不得不采用火电深度调峰或水利水电弃水调峰,这些都是不合理和不可取的。可以看出水电的优越性是明显的：在电网的各种能源构成中，水电具有较好的调峰填谷性能，可改善电网中火电机组的发电状况，减少有害气体(CO2等)的排放量，既可改善电网中电的质量，又可改善地区的环境和生态。水电是清洁能源是可再生能3源，是可持续发展的基础。我国可持续发展的战略建立在各种资源的可持续开发利用和良好的生态环境的基础上，不仅要保持经济的高速增长，而且还要谋求社会的稳定与发展。从国内外经验水利水电要和本地区、本电网中，其他资源如各种电能连同有关抽水蓄能等的和谐相处，共谋发展。这样才能满足有关资源等自身的可持续发展，同时还能满足环境、经济和社会的可持续发展。很久以来，要大力发展清洁的再生能源（水电、风电、太阳能等）的呼声一直未停，但实际还是重火电轻水电，经常水电仅约为火电的1/3以下，这是由于有些地区水能资源贫乏；有些地区水能资源相当丰富，或由于水量缺乏调节、或由于调峰等种种原因仍应修建抽水蓄能以充分发挥调峰等作用。当今有人提出要大量进口石油、天然气以发展电力，我认为从我国一次能源储量短缺考虑是需要的，但在新世纪初如2020--2030年前，我国尚有大量水电特别是中小水电等待开发，在引进石油天燃气同时,还更应加快水电开发步伐。如以各种类型的抽水蓄能作为水电的补充，不仅有利于水利水电，并有利于整个电力系统的可持续发展。综如上述：由于水利水电在电网中所占的比重降低，且为不误供水灌溉，又常“以水定电”，故电网低谷剩余电日增，或采用火电深度调峰，或采用水电弃水调峰，这些在技术上和经济上都是不可行的。下图1清楚地说明由于增设了抽水蓄能可使电网剩余电变成可供再次使用的尖峰电或存入上库供再次使用的水资源。图中的红线表示由于增设抽水蓄能后使水资源和能源变成一个可持续发展的循环链。4水资源︵广义︶水能资源水资源煤电、油电、核电、天然气电等太阳能、风电水电生物能电电网供负荷用电电网剩余电能常规水电抽水蓄能能源z抽水蓄能可使电网剩余电能抽水存入上库供尖峰发电和需时供城市用水，水和电是可以相互转换和互为补充z随着时间的推移，电网总装机容量越大，同时电网剩余电量也越大，通过抽水蓄能又变成可用的电和水，这样新形成的循环链可保水利水电和电力的可持续发展。z抽水蓄能作为水利水电的补充可以促进水利水电和能源的可持续发展。z如上图示如不设抽水蓄能不能形成循环链,阻止了可诗续发展,只可采用火电深度调峰，水电弃水调峰或“以水定电”等浪费电能、水能和水资源，甚为可惜！图1水资源、水能资源和能源通过抽水蓄能形成的循环链5水利水电工程防洪供水发电等效益主要取决于各该工程年径流量水库库容和水能储量。我国已建水库大坝8万余座，但大型极少。水库总库容至今还不到6000亿m3。而前苏联、美国在30-40年前已达12000和10000亿m3，并与加拿大、澳洲、印度等相比，说明我国水库总库容还不大，远不能满足水量调节需要。我国小水电多迳流式,缺少调蓄库容,调峰能力差,保证率低等应予以改进.我国近年来水利水电进展神速,超出原来计划进度，至去年（2004年）水电装机容量以已达1万亿kW为世界首位，据最近各方计划或估计的数据至2020和2050年全国总装机容量将在2.25—2.5和9--16亿kW左右，这样为电网调峰需要，水电含抽水蓄能在内应发展到2.5--4.5亿KW。今将水电开发程度和水电开发比重列下表。水电开发程度以我国可开发容量3.78亿KW为基础进行计算。水电开发工程和水电工程在电网中所占比重表19501983199920042010202020302050水电装机容量(亿KW).00360.240.731.01.52.53.5（4.5）水电开发程度（%）0.956.21926406699120电网总容量（亿KW）4.06.09.01216()水电比重（%）17.631.6252528（29）(28)从上表可见：水电开发程度增加很快，到2004年已增至26%，到2020年将增至66%。到2030年和2050年水电开发程度将超过100%是不可能的，这说明到2020年以后，我国将和美日等工业发达国家一样，水电开发程度60—70%己近饱和,只有发展抽水蓄能作为水电的补充,有利于水利水电和电网中各种能源的可持续发展.三、中小水电可持续发展的途径当前我国正大力并优先修建开发条件和控制性能良好的大型综合利用的水利水电枢纽工程，如继续完成在建或拟建的长江三峡、溪洛渡、向家坝、构皮滩、瀑6布沟，黄河古贤、大柳树、珠江龙滩、澜沧江小湾、糯扎渡等。这些综合利用工程调节性能较好，能提高本身和下游各梯级的供水、防洪和发电作用，效益十分巨大．它们的建成，不仅有利于改善所在地区的水资源及水电资源的开发状况，并对下游的防洪、供水、发电都有好处，而且对改善生态环境和社会经济等各方面都有十分巨大的影响。我认为在上述基础上还应十分关注以下几项工作:1.积极发展中小水电。这类工程的优点是工期短，见效快，易于发挥各方积极性，可由地方或各方集资兴建。我国近年来特别是小水电发展速度很快，1980，1990，1997装机容量分别为692，1318，2202万kw．这些小水电总数已超过4万座，容量小而分散，能较好地满足广大农村的需要。悉新疆、四川等省区已有独立电网，对发展地方电力极为有利。2.跨流域引水，跨地区送电。，有些地区水资源缺乏，而开发条件又差，这些区如华北及沿海区域一些较好的点子大都己建成，对开展跨地区引水和跨地区