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「十四五」水電開發形勢分析、預測與對策措施

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「十四五」水電開發形勢分析、預測與對策措施

  • 分類:行業新聞
  • 作者:
  • 來源:水電與抽水蓄能
  • 發布時間:2021-09-23
  • 訪問量:0

【概要描述】水電是全球公認的清潔、優質、靈活的可再生能源電力。世界各國無不把水電開發放在優先地位,西方發達國家在20世紀80年代基本完成其水能資源開發任務。大中型水電工程還具有防洪、減災、供水、航運、灌溉、旅游、養殖等綜合利用功能,已經成為各國經濟社會發展最重要的基礎設施。

「十四五」水電開發形勢分析、預測與對策措施

【概要描述】水電是全球公認的清潔、優質、靈活的可再生能源電力。世界各國無不把水電開發放在優先地位,西方發達國家在20世紀80年代基本完成其水能資源開發任務。大中型水電工程還具有防洪、減災、供水、航運、灌溉、旅游、養殖等綜合利用功能,已經成為各國經濟社會發展最重要的基礎設施。

  • 分類:行業新聞
  • 作者:
  • 來源:水電與抽水蓄能
  • 發布時間:2021-09-23
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詳情

簡要回顧了近10年中國水電開發理念的變化,分析了當前水電開發面臨的新形勢。從能源轉型、江河治理、供水安全、生態安全以及自然災害防治等方面,論證提出當前和未來都需要大力開發水能資源的結論。針對新時期水電開發面臨的任務和挑戰,提出未來水電開發必須貫徹落實“新發展理念”,創新設計思維,統籌水電開發與生態環境保護、水電開發與移民發展,強化科技創新引領和信息化支撐作用,才能做到工程安全、環境優美與社會和諧相統一。

引言

水電是全球公認的清潔、優質、靈活的可再生能源電力。世界各國無不把水電開發放在優先地位,西方發達國家在20世紀80年代基本完成其水能資源開發任務。大中型水電工程還具有防洪、減災、供水、航運、灌溉、旅游、養殖等綜合利用功能,已經成為各國經濟社會發展最重要的基礎設施。

新中國成立以來,中國政府非常重視水電開發,持續將水電開發任務納入國家發展五年規劃。

2005年之前,水電發展規劃的目標是解決電力短缺,科研攻關大水電關鍵技術問題,形成了較為完善的產業體系;小水電代燃料,解決農村生活燃料短缺問題。在“十五”收官之年,小水電代燃料工程惠及20萬人,減少年薪柴消耗量16萬t,鞏固退耕還林面積30萬畝,保護森林面積156萬畝。

國家水電發展“十一五”規劃提出“加快發展水電”和“提高可再生能源在能源結構中的比重”,解決“能源需求將持續增長,能源和環境對可持續發展的約束”問題。“十一五”是中國水電發展最快的時期,水電裝機規模突破2億kW,建設與管理水平邁上新臺階。水電發展“十二五”規劃提出,要在做好生態保護和移民安置的前提下,積極發展水電;水電發展“十三五”規劃提出,要在保護好生態環境、妥善安置移民的前提下,積極穩妥發展水電,科學有序開發大型水電,嚴格控制中小水電,加快建設抽水蓄能電站。
不同的發展階段,雖然對水電開發提出了不同的要求,但水電服務國家發展戰略的基本功能從來沒有改變。水電開發由最初提供電力商品屬性,到服務社會的公共產品屬性,到目前江河治理、災害防治和環境保護及帶動地方經濟脫貧攻堅的屬性,其內涵隨著經濟社會的發展和國家重大戰略需要不斷擴大。
       黨的十八大以來,建設美麗中國、推進綠色發展、健全綠色低碳循環發展經濟體系成為新時期國家建設的重要內容。“2030碳達峰、2060碳中和”是中國應對氣候變化做出的莊嚴承諾。雖然水電開發已經歷高峰階段,但水電開發仍將大有可為,尤其在設計理念與工程技術方面要進一步與時俱進、推陳出新。
       2021年是“十四五”開局之年,是全面開啟建設現代化國家新征程的起點,在發展新階段,貫徹新發展理念,開創新發展格局,尤其是大力推進生態文明建設的當下,為什么要繼續發展水電?未來水電開發面臨哪些制約因素?如何積極穩妥有序開發水電?如何在開發中保護生態,在生態保護中開發水電?如何在開發中實現利益共享,進一步促進庫區經濟社會發展和庫區移民小康水平?所有這些,都是新時期水電開發中必須回答的問題。

未來水電開發形勢分析

中國水能資源技術可開發裝機容量約為6.87億kW,年均發電量約為3萬億kWh。截至2020年底,中國水電裝機約為3.7億千瓦,約占全國發電總裝機容量的19%;發電量約為12000億kWh,占全部可再生能源發電量的60%以上。水電仍是可再生能源發電的主力軍。
       根據中國水電發展遠景規劃,到2030年水電裝機容量約為5.2億kW,其中,常規水電4.2億kW,抽水蓄能1億kW,水電開發程度約60%;到2060年,水電裝機約為7.0億kW,其中,常規水電5.0億kW,新增擴機和抽水蓄能2.0億kW,水電開發程度73%,屆時基本達到西方國家的開發水平。中國水電仍有不小的發展空間。
       目前,中國總體還處于工業化中后期和城鎮化快速推進期,隨著經濟高質量發展和持續增長,預計未來30年能源消費總量仍將保持持續增長,電力增速更快。2020年,中國發電需求總量78TWh,其中,可再生能源發電量19.8TWh,占比25.4%。為實現國內經濟增長并兌現國際碳排放承諾,可再生能源電力生產和需求將會有更高的增速。預計到2035年、2050年,中國全社會用電量將分別達到12000TWh和14500TWh,其中,可再生能源發電量將分別達到4800TWh和6600TWh,具體見表1。

表1 未來中國能源結構的分析預測

風電、太陽能等新能源將是未來電量增長的主體。但是,風電、太陽能發電具有先天的不穩定性、間歇性和波動性,如果大規模接入電網,需要配套大容量儲能設施。目前來看,只有大型水庫電站和抽水蓄能電站具備這樣的能力。因此,未來新能源大規模的發展也離不開水電開發。

以國家規劃的水電基地為基礎,借助水庫的儲能和調蓄能力及電力輸送通道,建設水、風、光互補的清潔能源基地,將是中國落實應對氣候變化有關承諾,加速能源結構轉型的重要舉措。

結合水電水利規劃設計總院可再生能源規劃研究和其他機構研究成果,筆者提出了未來電力消費結構,如表2和圖1所示,到2035、2050年,預測可再生能源電力裝機容量占比將分別達到65%、75%以上。常規水電裝機對應需求分別為4.5億、5.6億kW,甚至更高;在可再生能源電力年發電量中,預計2025、2035、2050年,水電發電量占比將分別達到48%、31%和28%以上。這說明,在當前可再生能源電力中,水電份額占一半以上,未來也將是“三分天下有其一”??梢?,水電開發在中國能源轉型升級,實現碳減排和碳中和目標中仍將發揮重要作用。

表2 未來中國電力消費結構分析預測 

圖1 未來中國電力消費結構預測

人均庫容與人均裝機容量是衡量一個國家基礎設施發展程度的重要指標。中國水庫總庫容約9000億m3,國土面積與中國大體相當的國家,如俄羅斯、加拿大、巴西和美國的水庫總庫容分別是8000億m3、6500億m3、8000億m3和13500億m3。部分國家水庫總庫容和人均庫容見圖2。相比之下,中國人均儲水設施嚴重不足,大江大河的防洪減災基礎設施與經濟社會發展水平極不適應。

圖2 部分國家總庫容和人均庫容

洪水集中爆發與人工儲水設施不足的矛盾更加劇了防洪減災的壓力。長江上游僅7、8兩月份降水量約占全年降水量的40%。雖然流域已建成大、中、小型水庫5.12萬座,總庫容約3588億m3,但具有防洪能力且參與聯合調度的水庫僅有40多座,庫容530億m3。相對于年徑流9500億m3的長江流域,防洪庫容很小。經濟社會發展要求多修高壩大庫、廣建儲水設施,但同時,人多耕地少的基本國情又限制了水庫大壩的興建。所以,在河流規劃中只能設置一定數量的高壩大庫或“龍頭”水庫。

中國跨流域調水(引水)工程的水源點往往就設置在流域水電開發的龍頭水庫或控制性水庫,如果沒有龍頭水庫和控制性水庫,調水(引水)工程也就是無源之水、無本之木。

氣候變化影響將導致徑流分布更不均衡。如果缺乏徑流調節工具勢必導致洪旱災害更加頻繁嚴重,“治水興邦,以電養水”是國家江河治理的必然出路。所以,無論從能源轉型,還是從江河治理,或者是供水安全、生態安全以及自然災害防治的角度,當前和未來都離不開水電開發。

新時期水電開發的任務和挑戰

未來水電開發的重點地區在川、滇、藏。要積極推進金沙江上游、雅礱江上游、大渡河干流、雅江下游等水電基地建設,打造藏東南“西電東送”接續能源基地。
      挖掘東中部地區水能資源潛力。根據能源轉型需要,優先考慮現有水電工程的擴容改造,充分發揮水電調節作用??偨Y流域梯級水電站建設管理經驗,開展水電開發后評價工作,推行中小流域生態修復。
       落實生態文明建設要求,控制中小水電開發。按照干流開發優先、支流保護優先的原則,嚴格控制中小流域、中小水電開發,保留必要生境。在水能資源富集的西部地區,重點開發資源集中、環境影響較小的大型河流、重點河段。棄水嚴重地區,除水電扶貧工程外,“十四五”暫停小水電和無調節性能的中型水電開發。表3列出了“十四五”可能的水電開發項目。
       從表3可見,大多數水電工程位于西部深山峽谷區域,地理環境特殊,構造背景復雜,生態環境脆弱,水庫移民安置難度大,工程技術和建設管理都將面臨前所未有的挑戰。一是強地震和重大自然災害對工程安全構成嚴重威脅的挑戰;二是高寒、高溫、高濕、強風、缺氧、強紫外線輻射等特殊環境因素的挑戰;三是地處偏遠、運輸條件差、建設條件艱苦,建設成本高,存在工程技術、經濟、環境、社會可行性的挑戰,必須直面問題,創新思路,攻堅克難,推動水電開發可持續發展。

表3 預計“十四五”水電開發項目

水電開發新理念

3.1 增強生態文明意識,突出生態優先  

       水電開發對河流水文情勢和生態環境的影響客觀存在。工程開發要做到環境影響利大于弊。水電開發對環境影響的客觀評價很難,唯有深入系統和長期的監測對比研究,才能揭示其影響的本質和效應,而且還應該從人類社會的可持續發展角度衡量利弊得失。
       水電開發應把維系河流健康和良好生態環境作為重要任務,持續開展生態環境影響監測分析和保護修復恢復措施研究。具體而言,第一,要研究各種水生生物,尤其是瀕危魚類的生息和洄游規律,優先保護重要水生生物的棲息地;第二,在有序適度開發干流的同時,在干流河灣或其支流建造人工濕地,維持類自然河流河段,為水生生物保留生存與發展的生態空間;第三,在工程布置上,要研究分層取水、魚類增殖、大壩過魚設施和生態流量泄放設施,維系河流生態系統的連續性和完整性;第四,在電站運行調度中,要把生態調度和優化調度結合起來,優先保障河流水生生物必需的生態流量。
       高原、高寒或凍土區域,水土失衡、物種稀少、生態脆弱、植被再生困難,生態系統極其脆弱,環境承載力低,容易誘發綠洲萎縮、河道斷流、土地荒漠化等問題。西部水電開發對生態環境影響既有共性問題,也有特殊問題,需要針對性地開展調查研究和分析評估工作,提出應對措施。
       河流水電開發的生態環境影響研究涉及大氣環境、局地氣候、陸生生物、水生生物、人類活動、經濟社會發展社會等方方面面,是一項長期的、系統性和專業性很強的工作,要從流域尺度、梯級開發導致流域整體性和系統性發生演變的角度,從人類社會發展角度,深入研究河流水生生態的變化和演進,通過水庫大壩的合理布局和梯級水庫群的科學調度,促進地區經濟社會發展和河流生態系統的良性循環,維持人與自然的和諧

3.2 增強合作共享意識,做好移民安置

未來水電開發集中的西部地區也是中國經濟社會發展相對落后的地區,與脫貧攻堅重點區域在行政區域上高度重合,水電開發應將脫貧攻堅以及鞏固脫貧攻堅成果列為重要任務,讓移民搬遷成為發展契機。
       一方面,水電開發應尊重項目所在地政府和群眾意見建議,得到當地政府和群眾的支持。只有調動當地政府、移民群眾的積極性,水電開發企業才能獲得良好的建設環境,推進工程開發進程。另一方面,中國大型水電開發的主體基本上都是國有企業,甚至是中央企業。國有企業承擔國家發展使命,肩負政治責任、經濟責任和社會責任,因此,貫徹落實黨中央國務院關于新發展理念的決策部署,國有企業就應在移民安置和推動地方經濟發展中發揮更多作用,為提高保障和改善民生水平做出貢獻。
       西部地區,由于自然地理環境特殊、土地資源稀缺,人地矛盾十分突出,少數民族聚集、宗教文化復雜、地方經濟落后,水庫移民安置具有相當難度。如何實現水電開發利益共享,讓相關各方—地方政府、移民群體、項目業主都能從水電開發中合法合規獲得合理利益,并且能夠統籌考慮直接與間接、經濟與社會、當前與長遠等方面的利益共享是亟待破解的重大實踐課題。
       一要科學編制移民安置規劃,創新水庫移民補償補助模式,尊重移民文化和發展需求,優選移民安置地點,提升移民村鎮宜居品質;二要創新移民管理及庫區專項建設體制機制,拓寬移民資產收益渠道,推進庫區產業發展升級,強化能力建設和就業促進工作;三要加強后期扶持、確保庫區產業扶持政策落地,從基礎設施、公共服務、技能培訓、社會保障、產業發展等關鍵環節采取有針對性的扶持措施,持續推動水電開發和當地經濟社會可持續發展緊密結合。

3.3 增強科技創新意識,建設安全工程

創新設計思路,加強水電開發前期工作。要深入開展工程建設必要性、可行性研究論證,查明工程區基本條件和認識工程建設重難點問題。為此,需要廣泛開展水文泥沙、工程地質、生態環境、社會環境等調查研究,對開發方式、開發規模、工程總體布置、關鍵技術難題進行多方案研究比較優化,從而為開發決策提供可靠依據。
       西部河流山高谷深,地質構造發育,工程地質問題突出,水電開發中壩基、邊坡和地下工程的巖體變形穩定,樞紐工程防震抗震,建筑物材料抗冰凍和耐久性等問題突出。此外,高海拔缺氧環境施工條件差,施工作業困難,效率低,質量控制難度大。因此,需要加強技術攻關,研發新材料、新技術、新工藝和新設備,提升工程建設能力。在新材料方面,研發具有高抗凍性、抗碳化性的高性能混凝土材料,寬適應性的瀝青混凝土和復合土工膜防滲材料,耐紫外線照射的長效防腐耐磨金屬材料,高自流性、快硬、早強防凍型灌漿材料。在新技術方面,要研究深厚覆蓋層壩基處理技術,高水頭大流量泄洪消能防護技術,高壩高邊坡工程防震抗震技術,深埋地下工程及高陡邊坡巖體變形穩定控制技術等。在工藝及設備方面,要開發大壩填筑碾壓、混凝土防裂、深覆蓋層基礎處理、圍巖固結灌漿等設計施工的工廠化、自動化和智能化裝備和工藝。
       當前信息技術迅猛發展,工程設計、施工、運行管理已普遍采用BIM技術,數據成為新的生產資源。信息化、數字化和可視化技術大幅提升了工程建造水平和效率。大數據、云計算、物聯網、北斗導航、“4S”等新技術還將進一步促進設計、建設和工程運行高效化和智能化?;跀底只乃姽こ倘芷诠芾硐到y、流域綜合信息系統不久也將在行業內普遍推廣。

結束語

水電開發既是帶動新能源發展、優化能源結構、減少碳排放的需要,也是實現水資源綜合利用、防災減災和保護生態的需要,未來30年,水電仍需積極開發、大力開發,水電開發大有可為。

未來水電開發的主戰場集中在藏東南三江、雅江中下游、雅礱江和大渡河。大多數水電工程處于西部深山峽谷地區,自然地理環境特殊,區域構造背景復雜,水土生態環境脆弱,移民安置難度增大,工程技術和建設管理都將面臨前所未有的挑戰。
       新階段水電開發必須貫徹新發展理念,開創新的發展格局;必須創新設計思維,統籌水電開發與生態環境保護、水電開發與移民發展,增強科技創新引領和信息化支撐作用,只有這樣,才能做到工程安全、環境優美與社會和諧相統一。

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