導(dǎo)語：水電可持續(xù)發(fā)展管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1水利和水電的可持續(xù)發(fā)展

我國水資源總量雖較豐富,但人均占有量很小,且地區(qū)分布很不平衡。我國水能資源較為豐富,理論蘊藏容量為6.76×108kW,可開發(fā)量為3.78×108kW,占世界第一位。

水資源(含水能資源)是可循環(huán)再生的,經(jīng)開發(fā)即可利用,可以除害興利,如不開發(fā),只能白白付之東流,還要帶來水旱災(zāi)害。水利水電樞紐一旦建成,可以年復(fù)一年持續(xù)運行下去,這是水利和水電可持續(xù)發(fā)展的基本條件。目前,我國某些地區(qū)水資源極其貧乏或已開發(fā)殆盡,再修建新的樞紐就受到限制,這將影響水利和水電的可持續(xù)發(fā)展。

水資源和水能資源的開發(fā)利用,關(guān)鍵在于水利和水電工程建設(shè)。各工程的建設(shè)條件往往差異很大。例如,長江和珠江干支流、西南地區(qū)水資源豐富,開發(fā)條件較好;黃河流域雨量雖然較少,但干流源遠(yuǎn)流長,集雨面積大,上游源頭雨量較豐,故其干流的上中游也有利于水電的開發(fā);其他如淮河、海河干旱缺水,源近流短,水量少且不均衡,水電開發(fā)條件不好;沿海地區(qū)雨量和水量雖然較豐,但有的地區(qū)或缺乏好壩址及興建水電工程條件,或由于移民太多,影響環(huán)境生態(tài)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不好等原因,水電開發(fā)條件也不理想。近年來,我國水電事業(yè)發(fā)展很快,在建和待建水電站星羅棋布。如三峽、二灘、李家峽、萬家寨、小浪底等大型工程正在修建;待建的大工程更多,如小灣、溪落度、向家壩、天生橋、瀑布溝、拉西瓦、龍灘等等,它們的裝機(jī)都在100×104kW以上,最大的達(dá)1820×104kW,為世界之冠。但是,這些水電站的地理位置偏重在我國的西南、西北及中部,華北、東北及沿海地區(qū)則較少。如海河流域已建大中小水庫約190座,總庫容已與全流域年平均徑流量相等,控制了山區(qū)流域面積的83%和徑流的55%,在全國各流域居首位?？偟目?我國部分地區(qū)如長江和珠江干支流、黃河干流以及西南地區(qū)水電開發(fā)態(tài)勢較好,而華北、東北以及沿海等地區(qū)進(jìn)入1980年前后,水利水電已處于步履維艱的境地。

2抽水蓄能電站的興起和發(fā)展

工業(yè)發(fā)達(dá)國家常規(guī)水電建設(shè)在20世紀(jì)五六十年代先后處于停滯不前地步,常規(guī)水電發(fā)展步履維艱。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,社會對電力的需要日益增長,電網(wǎng)中各種能源包括煤電、油電、核電、地?zé)岚l(fā)電,以及天然氣發(fā)電等增加很快。而常規(guī)水電因受水能資源的限制,往往不能成比例增長,在電網(wǎng)中所占比例日益減少。這就造成電力系統(tǒng)中可調(diào)峰電源短缺,而低谷時又造成電流周波加大,影響送電質(zhì)量。為此,抽水蓄能電站利用電力系統(tǒng)后半夜低谷剩余電能抽水蓄能轉(zhuǎn)換在尖峰時發(fā)電,作為水電補(bǔ)充得到迅速發(fā)展。近三四十年來,工業(yè)發(fā)達(dá)國家抽水蓄能電站發(fā)展越來越快。迄今有些國家,如美國、日本抽水蓄能電站的總?cè)萘恳殉^2000×104kW,不少國家已占常規(guī)水電容量的一定比例,日本甚至已近相等。據(jù)不完全統(tǒng)計,世界抽水蓄能電站有400余座,總?cè)萘?.0×108kW以上。

抽水蓄能電站的迅速發(fā)展,不僅反映在日益增長的數(shù)量上,還反映在它的型式、調(diào)節(jié)性能等內(nèi)涵上。這都得益于抽水蓄能電站技術(shù)的不斷進(jìn)步。抽水蓄能電站的作用和效益表現(xiàn)在電力系統(tǒng)的運行中,作為水電的補(bǔ)充并有利于水電的可持續(xù)發(fā)。

早期抽水蓄能電站既有常規(guī)機(jī)組又有抽水泵,稱混合式蓄能電站。這類電站始建于歐洲。抽水蓄能電站迄今已有近100年歷史,但開始進(jìn)展不快,至20世紀(jì)六七十年代以后才迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,1970、1980、1990年總?cè)萘糠謩e達(dá)到1604×104、4600×104和8300×104kW。國外各種類型抽水蓄能電站發(fā)展如表1。

表1列出了16座國外建成的主要有代表性的大型抽水蓄能電站。其中,10座為純抽水蓄能電站,6座為混合式蓄能電站。純和混合式抽水蓄能的區(qū)別主要在于上庫有無來水。為便于了解抽水蓄能電站的性質(zhì),包括形式和調(diào)節(jié)性能,列出了上下庫容和滿載運行時間。純蓄能電站中以日調(diào)節(jié)居多,滿載發(fā)電5h和抽水7h左右,故它的上下庫容積較小。但是,美國的BathCounty、Racoon和日本的玉原、奧矢作Ⅱ及南非Drakensberg等5座純抽水蓄能電站的調(diào)節(jié)性能均超過日調(diào)節(jié),可達(dá)周或2d調(diào)節(jié)。從文獻(xiàn)記載,這些工程由于電力系統(tǒng)的調(diào)峰要求,以及它們上下庫的特殊有利地形,使上下庫容積加大并使發(fā)電和抽水滿載運行時間達(dá)到10～20h左右,大大改善了電站的運用靈活性?；旌鲜匠樗钅茈娬疽话闵蠋烊莘e較大,可以對天然來水進(jìn)行調(diào)節(jié),下庫專為抽水蓄能而設(shè),故一般以日調(diào)節(jié)居多,發(fā)電和抽水滿載運行時間仍以5和7h左右居多。如表1所示,也有一些電站為滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰要求定為周調(diào)節(jié),如法國的GrandMaisoon和Montezic,日本的新高瀨川和新豐根,意大利Edelo等5座為混合式周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。

從上述國外抽水蓄能發(fā)展可以看出,不僅在總裝機(jī)的數(shù)量和容量上日益增加,而且在電站的型式及調(diào)節(jié)性能方面向各種不同方向和途徑發(fā)展,更加提高了抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的適應(yīng)性,增加電站的發(fā)電量和效益。

我國抽水蓄能起步較早,20世紀(jì)60年代即修建了崗南和密云小型抽水蓄能電站,裝機(jī)容量分別為1.1×104和2.2×104kW抽水蓄能機(jī)組?；旌鲜叫钅茈娬竟惭b機(jī)42×104kW,其中蓄能機(jī)3臺共27×104kW,常規(guī)機(jī)1臺15×104kW。1992年第一臺機(jī)組投入運行,1993年全部建成。經(jīng)多年運行,削峰填谷對華北電力系統(tǒng)起到了顯著的作用,對我國大型抽水蓄能電站的建設(shè)發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。最近,廣州抽水蓄能電站建成,總裝機(jī)240×104kW,為世界之冠。此外,十三陵、羊卓雍湖和天荒坪等已相繼建成。安徽響洪甸在原有常規(guī)電站的基礎(chǔ)上近擴(kuò)建抽水蓄能機(jī)組,成為混合式開發(fā)。我國抽水蓄能電站見表2。

表2共列出我國10座抽水蓄能電站,其中,混合式2座,余8座為純抽水蓄能電站。據(jù)1993年統(tǒng)計,我國大陸抽水蓄能電站容量為120×104kW,占世界第12位;近年來發(fā)展飛躍,容量已達(dá)555×104kW,預(yù)計居世界位次當(dāng)可提前。這10座抽水蓄能電站均為日調(diào)節(jié),發(fā)電和抽水時間為5h和7h左右。潘家口混合式蓄能電站下池庫容雖留有余地(從700×104m3擴(kuò)大至1000×104m3),還是不能滿足周調(diào)節(jié)要求,但從調(diào)度靈活性上已留了一些余地。還應(yīng)該指出,臺灣省的明湖和明潭抽水蓄能電站的上庫均為著名的日月潭水庫,容積很大,達(dá)1.42×108m3,且有明顯的天然來水,故這兩座蓄能電站表中列為純抽水蓄能電站,但實際上也可認(rèn)為它們與已有常規(guī)水電廠大觀一廠共同構(gòu)成混合式抽水蓄能電站,3個電站具有1座共同的很大的上庫,這對抽水蓄能電站的運行是非常有利的。它們的年運行時間高達(dá)5000h以上。潘家口混合式抽水蓄能電站經(jīng)幾年運行,實際發(fā)電量及運行小時數(shù)超出原設(shè)計值。從國內(nèi)及國外運行資料看,一般日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站實際運行的年發(fā)電量及運行小時數(shù)常達(dá)不到設(shè)計值,故混合式在這方面有一定的優(yōu)越性。

3抽水蓄能電站的類型和適應(yīng)性

抽水蓄能電站具有2個明顯的特點:一是需要水但基本上不耗水,故抽水蓄能的規(guī)模不像常規(guī)水電那樣決定于所在站址的來水流量和落差,而主要決定于上下池容積和落差,更主要的是決定于所在電網(wǎng)可供低谷時抽水的電量;二是電站形式很多,適應(yīng)性強(qiáng),可視情況選定。在山區(qū)、江河梯級和平原均可修建抽水蓄能電站。

1)在山區(qū),根據(jù)地形,往往選擇高水頭,一般水頭H為100m～600m居多,當(dāng)然水頭越高越經(jīng)濟(jì),上下池之間距離則越近越有利。日本關(guān)西電力公司對抽水蓄能選點要求,H≥500m,L≤3km,而東京電力公司條件則放松,對水頭無規(guī)定。這說明只要地形許可,水頭高一些是有利的,但還要視具體情況定。

2)河流梯級水電站需要時可考慮抽水蓄能混合式開發(fā),一般以中低水頭為多,即相鄰梯級電站除常規(guī)發(fā)電機(jī)組外可設(shè)置幾臺可逆式機(jī)組,如潘家口蓄能電站。也可考慮在某一河流梯級水電站下游另建下池,如安徽響洪甸蓄能電站。總之,如蓄能機(jī)組(即可逆機(jī)組)和常規(guī)機(jī)組的水都來自同一上庫,水量可在同一上庫中調(diào)節(jié),2種機(jī)組互為備用,互為補(bǔ)充,即豐水期可逆機(jī)組可按常規(guī)機(jī)組只作發(fā)電運行,而枯水期常規(guī)機(jī)組也可利用可逆機(jī)組所抽的水進(jìn)行發(fā)電,這樣可以增加工程效益。最近,安徽利用淠河磨子潭和佛子嶺上下2座已成水庫進(jìn)行佛磨抽水蓄能電站的設(shè)計,這樣上下庫都很大,對滿足電力系統(tǒng)運行需要十分靈活。

3)平原及沿海地區(qū)低水頭水電站和潮汐電站的蓄能運行,可利用電力系統(tǒng)低谷電抽水而在尖峰時發(fā)電會給這些電站帶來顯著效益。法國、英國、荷蘭及我國都有采用可逆式貫流機(jī)組并進(jìn)行蓄能運行的經(jīng)驗。此外,近年來國外在平原地區(qū)已有修建地下下池(專門開鑿隧洞群或利用棄置的礦井),而上池可利用地面河、湖或另行修建。上下池之間落差可視需要確定,水頭往往可達(dá)500～600m,甚至更高。這樣就為平原地區(qū)創(chuàng)造了修建高水頭蓄能電站的條件。

綜上所述,抽水蓄能電站基本上不受地形和來水流量的限制,也不受當(dāng)?shù)厮苜Y源蘊藏量的限制。在各種地形條件下,在山區(qū)、平原等均有條件修建抽水蓄能電站,關(guān)鍵在于因地制宜擇優(yōu)選擇。

4多種抽水蓄能電站的可持續(xù)發(fā)展

我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略已經(jīng)確立:要在各種資源的可持續(xù)開發(fā)利用和良好的生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上,不僅要保持經(jīng)濟(jì)的高速增長,還要謀求社會的穩(wěn)定與發(fā)展。水電除了要滿足自身的可持續(xù)性外,還要滿足環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。

眾所周知,在電網(wǎng)的各種能源構(gòu)成中,水電具有較好的調(diào)峰性能,可改善電網(wǎng)中火電機(jī)組的發(fā)電狀況,減少有害氣體(CO2等)的排放量,既可改善電網(wǎng)中電的質(zhì)量,又可改善地區(qū)的環(huán)境。

近年來幾座大型抽水蓄能電站相繼投入運行,它的優(yōu)越性逐漸被社會所認(rèn)識,主要優(yōu)點如下:

抽水蓄能電站本身雖不能生產(chǎn)電能,但可利用低谷電能(即剩余電能)抽水,在尖峰時發(fā)電,既可調(diào)峰又可填谷,還可調(diào)頻和事故備用,在電力系統(tǒng)中具有能量儲存轉(zhuǎn)換和改善優(yōu)化的功能;

抽水蓄能與煤電和油電比,跟蹤負(fù)荷性能好、開停機(jī)靈活,節(jié)煤節(jié)油,調(diào)峰靈活,與常規(guī)水電比還具有填谷功能,其調(diào)峰功能為水電的2倍;

一般認(rèn)為,抽水蓄能電站的工程量比常規(guī)水電站少得多,但可逆機(jī)組目前國內(nèi)還無成熟制造經(jīng)驗,需要從國外引進(jìn),其價格較高。即便如此,抽水蓄能電站單位容量投資一般仍比常規(guī)水電為低,同時施工期限亦短。

此外,還應(yīng)該指出,在水利水電樞紐中補(bǔ)充了抽水蓄能功能,有利于水資源(含水能資源)的進(jìn)一步開發(fā),更大地發(fā)揮水利水電等綜合效益,有時可大大改善工程的有關(guān)指標(biāo)和樞紐在系統(tǒng)中的作用,使原來指標(biāo)差、效益低的項目改觀,增加工程的開發(fā)價值,給水利水電工程帶來新的開發(fā)前景。

目前,全國水利水電和電力建設(shè)形勢對抽水蓄能的發(fā)展非常有利,主要表現(xiàn)在以下幾方面:

1)各地區(qū)和各流域,常規(guī)水電發(fā)展很不平衡,有的水能資源儲量貧乏或已開發(fā)殆盡,不得不發(fā)展抽水蓄能以補(bǔ)水電所占電網(wǎng)中比重不足,如華北、東北、及東南沿海地區(qū)。

2)有些地區(qū)水電比重雖不低,但多徑流水電如四川、湖南、江西、湖北亦需建抽水蓄能電站。

3)我國煤炭資源不均衡,運煤困難,發(fā)展坑口電站,相應(yīng)帶來北電南送。目前我國西部大開發(fā)在即,而水電西南西北多,又將實現(xiàn)西電東送。隨著三峽建成,我國東西南北輸電網(wǎng)形成。這些輸送電對平衡全國各地區(qū)電力有好處,但有時由于某地區(qū)為了接受上述幾種送入的電又必須視送入電的情況,增建一些調(diào)峰能力強(qiáng)的抽水蓄能電站。

4)我國核電已在浙江、廣東投入運行并將在江蘇、山東興起,也需相應(yīng)增建抽水蓄能電站。

目前,我國抽水蓄能電站的建設(shè)和規(guī)劃設(shè)計工作正在全國范圍內(nèi)蓬勃展開。從我國已建和在建的抽水蓄能電站看,它們各具特色,有高、中、低水頭的,有大型也有小型的,為我國抽水蓄能電站建設(shè)走出了第一步,并取得了寶貴的經(jīng)驗。由于上述4個原因,預(yù)計抽水蓄能電站建設(shè)將在華北、東北、東南沿海地區(qū)以及華中、中南等地迅速展開。在今后設(shè)計建設(shè)中,抽水蓄能電站的運行將逐漸改善其調(diào)節(jié)性能,逐漸向雙日或周季調(diào)節(jié)過渡。

5結(jié)語及建議

當(dāng)前,全國水利水電和電力建設(shè)形勢對發(fā)展抽水蓄能極為有利,在過去已取得成績的基礎(chǔ)上,除進(jìn)一步完善已建和在建抽水蓄能電站的管理運行和建設(shè)工作外,還要認(rèn)真做好抽水蓄能規(guī)劃選點工作。如上所述,在純水蓄能方面除一般應(yīng)注意因地制宜選擇合適的電站形式和布置外,有條件的站址還要注意選擇上下池的有利地形以取得較大的容積,以改善其調(diào)節(jié)性能并增加工程效益;在混合式蓄能電站方面,有條件時要注意選擇較高水頭并適當(dāng)加大下池容積,以改善性能并提高電站效益。此外,我國目前有許多已建成的水電站,電站設(shè)計規(guī)模水平年早已過時,電站容量顯得不足,亟待增容擴(kuò)建。因此,在有條件時可考慮增建抽水蓄能機(jī)組成為混合式開發(fā),作為常規(guī)水電的補(bǔ)充,其效益當(dāng)會顯著增加。這種融水利、水電、抽水蓄能于一體,并結(jié)合當(dāng)?shù)仉娏Φ木C合開發(fā)模式將給水利和水電帶來新的活力。據(jù)國外經(jīng)驗(見表1),法國在新建GrandMaisoon和Montezic時即按上述綜合開發(fā)模式考慮,前者設(shè)有120×104kW可逆機(jī)組和60×104kW常規(guī)機(jī)組,而后者只采用90×104kW可逆機(jī)組。日本新高瀨川混合式日/周調(diào)節(jié),原河段有5座常規(guī)電站,原總裝機(jī)僅4×104kW,后按上述綜合開發(fā),改建為128×104kW的抽水蓄能電站。美國著名GrandCoulee電站幾經(jīng)改建,先后增水泵和可逆機(jī)組,總?cè)萘窟_(dá)888×104kW。我國潘家口、響洪甸、佛磨、雙溝以及天堂等均采用這種混合式抽水蓄能電站。這種開發(fā)模式不僅改善了水利水電樞紐的功能,還大大改善了工程的指標(biāo),使原來效益差,指標(biāo)差的工程改觀,增加了工程開發(fā)價值,給水利水電工程帶來新的開發(fā)前景。為此,建議今后視各地區(qū),各河段水利水電發(fā)展情況以及當(dāng)?shù)仉娏η闆r按上述模式對新建、擴(kuò)建、改建工程進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃和設(shè)計。

水利水電(含抽水蓄能)和電力相給合的開發(fā)模式,水利水電與電力相輔相成,通過電力(電網(wǎng))的支持提供了抽水電力,倒過來也為電網(wǎng)增加了調(diào)峰和填谷能力,改善供電質(zhì)量,為電力的發(fā)展提供水源等條件。因此,多種形式的抽水蓄能作為水電的補(bǔ)充,對水利水電的可持續(xù)發(fā)展大有好處,擴(kuò)大了水電的內(nèi)涵,將抽水蓄能也補(bǔ)充入內(nèi)。

這種混合式開發(fā)改變了過去“以水定電”性質(zhì),即只能在需要供水時發(fā)電,不供水時不能發(fā)電。如今可以完全按照電力系統(tǒng)要求進(jìn)行抽水或發(fā)電調(diào)度,同時對水庫的原有供水等功能也有好處。此外,這種綜合考慮水利水電與電力相結(jié)合的模式,還可在發(fā)展核電、風(fēng)能發(fā)電以及調(diào)水等工程中發(fā)揮作用。

考慮多種類型的抽水蓄能作為常規(guī)水電的補(bǔ)充,可以引入電力(電網(wǎng))的參與,這種跨行業(yè)(即水利水電和電力行業(yè))的模式對各種資源的綜合開發(fā)、利用,可以達(dá)到較高水平,有利于水利和水電的可持續(xù)發(fā)展,并提供新的開發(fā)前景。

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