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曹楚生院士:淮河水利水电可持续发展的新思路和开发前景

北极星电力网技术频道    作者:电力论文3   2007/12/24 18:40:01   

  所属频道:  水力发电    关键词:  可持续发展 水利水电 发展

1水利和水电的可持续发展

水利是指人类对水进行控制和调配以防治水害灾害、开发利用和保护水资源。通常水利亦有称水利水电)包含防洪、灌溉、供水、发电、航运等等。

水资源(含水能资源)是可循环再生的,经开发即可利用,可以除害兴利,如不开发,只能白白付之东流,还要带来水旱灾害。水利水电枢纽如一旦建成,可以年复一年持续运行下去,这是水利和水电可持续发展的基本条件。但目前我国某些地区如淮河流域等水资源极其贫乏或开发殆尽,再修建新的枢纽就受到限制,这将影响水利和水电进一步的可持续发展。

2.淮河水资源的开发及特点

治淮50年来取得了极大的成绩,已建成大中小型水库5000多座,总库容逾270亿m3,在防洪、灌溉、发电等方面起了巨大的作用。此外在水土保持、扩大排洪、除涝、灌溉等方面已相应完成了大量工作,使原来大雨大灾、小雨小灾和无雨旱灾的面貌得到了根本的改变。淮河流域面积27万km2,地表年水量621亿m3,人均388m3,此值不到全国平均数的1/5,这标志本流域水资源的储量是较为贫乏的。故虽修建了为数众多的水库和大量的水利工程,但干旱缺水,在淮河流域一些地区仍较为严重;防洪工程已初步形成体系,但标准仍较低。自50年代以来国家投入了大量人力物力,迄今在防洪、除涝、供水等一些方面还存在不少问题,这说明根治淮河的复杂性、艰巨性和长期性。

从水利水电的建设看,淮河流域水资源的开发存在以下几个主要特点:①流域内降雨时空分布不均,年内及年际分配极不均匀,造成洪枯悬殊,年径流及洪峰偏差系数Cv高达0.50左右。②干流缺乏调节性能好的水库坝址,而支流狭谷具有一些修建水坝的好坝址,惜又水系分散,源近流短,控制流域面积不大,如佛子岭、梅山仅分别控制1840km2和2100km2,占全流域面积都不到1%。③水库年水量不大,但设计或校核洪峰较大,从已建水库看都有这个特点。洪水由暴雨形成,且水系分散,源近流短,故形成洪水,历时短暂,峰高量大。从校核洪峰与年平均流量比值显示:长江、黄河干流上控制流域面积较大的水库,此比值常在10上下,一般工程在50上下,而佛子岭水库则竟高达267。这说明淮河上的水库年水量很小,而洪峰流量很大。一个工程的年水量较小往往使供水和发电的效益受到限制,而洪峰流量相对较大时,又将增加泄洪建筑物和水库的规模和工程的难度。④淮河的水能资源更为贫乏,理论蕴藏量小,仅145万kw,还不到全国总水能储量的1;而理论上可能开发量更小,仅90万kW;迄今实际已建30多万千瓦,而所余点子小而分散,从经济上开发价值不大。从全流域看,水资源开发中的水电部分,所占比例不大,发展前景似亦有限。

淮河存在以上特点,一些水库枢纽就单个工程或某局部地区而言其效益(包括防洪、除涝、供水、发电、航运等)是显著的,但从全流域看就显得不足了。这主要由于缺乏控制性能良好的坝址,这增加了治淮工程的艰巨性,需要修建较一般流域相对更多的工程,才能达到同等目的。50年来治淮已建成了5000多座大中小水库,连同塘堰在内其总库容不大,近300亿m3,水资源的开发利用率较高,已超过45%,与全国其他流域相比是较高的,如长江约为16%,珠江约15,浙闽及西南仅约为18%和10%。

淮河水资源较贫乏,水利水电工程的修建,一般不能提高水资源的蕴藏量,但可以改善水资源的开发和利用情况。由于前述四个特点,迄今虽已进行了大量的水利水电建设,仍不能满足淮河流域工农业发展对供水供电日益增长的需要。这主要由于淮河流域水资源贫乏和开发条件较差的原因。

3多种形式抽水蓄能电站作为水电的补充有利于水利和水电的可持i续发展

我国可持续发展的战略是:要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。水电除了要满足自身的可持续性外,还要满足环境、经济和社会的可持续发展。

众所周知:在电网的各种能源构成中,水电具有较好的调峰性能,可改善电网中火电机组的发电状况,减少有害气体(CO2)的排放量,既可改善电网中电的质量,又可改善地区的环境。

通过近年来几座大型抽水蓄能电站投入运行,它的优越性逐渐被社会所认识,主要优点

如下:

(1)抽水蓄能电站本身虽不能生产电能,但可利用低谷电能(即剩余电能)抽水,在尖峰时发电,既可调峰,又可填谷,还可调频和事故备用,故实质上在电力系统中起到了一种能量储存转换和改善优化的功能。在当前我国电力工业发展中,一些电网中水电比重日益下降,对抽水蓄能的需要日感迫切。

(2)抽水蓄能与煤电和油电比,跟踪负荷性能好、开停机灵活,并可节煤节油,调峰灵活;与常规水电比,还具有填谷功能,它的调峰功能为常规水电的2倍。

(3)一般认为抽水蓄能电站的工程量比常规水电站少得多,但对可逆机组目前国内还没成熟制造经验,一般需要从国外引进,其价格较高。即便如此,一般抽水蓄能电站单位千瓦投资比常规水电为低,同时施工期限亦短。

如上所述:抽水蓄能弥补了水能资源的不足,作为水电的补充,可起到电力系统中的调峰及填谷等等作用,且单位千瓦的工程量和投资等都比水电还优越。它虽不是能源,但由于它的出现,可使低谷的电能(即无用的或称剩余电能)转换为尖峰时有用的电能,且能使电力系统中各种机组(火电、油电、核电)平稳运行且煤耗减少,可得到较好的节煤效益,从而减少火电有害气体排放量,对环境有很大的好处。此外,还应该着重指出:在水利水电枢纽中补充了抽水蓄能功能,有利于水资源(含水能资源)的进一步开发,可以更大地发挥水利水电综合效益,有时并可改善工程的有关指标和枢纽在系统中的作用,使原来指标差、效益低的项目改观,增加了工程开发价值,使水利水电工程带来新的开发前景。总之,抽水蓄能电站作为水电的补充,弥补了水电的不足,有利于水利水电的可持续发展。

抽水蓄能有几种不同形式,有纯和混合式两种,两者区别主要在于上库或上池有无外来水加入。纯抽水蓄能电站上库无来水或基本上无来水,即它的发电量全部或基本上由抽水蓄能提供;反之即为混合式,即它的发电量由两部分组成:即一部分由上库来水(天然来水或引入水)构成,另一部分由利用低谷电抽水提供。我国纯抽水蓄能上下库库容往往较小,常为日调节型。但为改善调节性能以适应电力系统需要,国外亦有采用双日或周调节型,这样上下库容积应相应加大。混合式抽水蓄能电站往往利用枢纽原来上池,一般库容较大,而下池库容有时也相应加大。美国的Bathcounty、Racoon,日本的玉原、奥矢作Ⅱ,据悉由于系统调峰要求或由于上下库待殊有利的地形,将上下库容积加大,使发电和抽水满载小时数从5—6小时增加到10—20小时左右,大大改善了电站的运用灵活性。混合式抽水蓄能电站上库一般较大,可进行周、季等调节,但下库仍只能进行日调节。但国外的GrandMaisoon、Montezic、新高濑川、Edelo等下库均能进行周调节。从以上情况可以看出,国外在发展多种形式的抽水蓄能电站,并在增加上下库容积以改善调节性能方面为我们树立了一些有益的范例。多种形式的抽水蓄能电站作为常规水电的补充有利于水利水电的可持续发展。

4淮河水利水电可持续发展前景

目前淮河上一些较好的水利水电工程的点子大都已建成,待建工程中一般来讲控制面积、地质等条件就更差一些。要解决这些地区工农业的不断发展对防洪、除涝、灌溉、发电等要求的不断增长,从上述淮河四个特点考虑,还只能主要继续修建(包括扩建和改建)水利水电工程以开发利用本流域及跨流域的水资源。这些新工程虽然技术经济指标差些,亦应加速修建。如白莲崖水库,其控制面积更小,仅760km2,但可提高佛子岭工程的防洪标准,对局部地区的防洪、发电、灌溉有作用。又如近年完成的石漫滩复建工程,控制面积不大,对防洪有一定作用并能供附近地区用水。这类中型工程,对整个流域不起决定作用,但若兴建这类工程多一些,则积少成多,集腋成裘,总起来效益也是可观的。故在淮河流域加速修建中小水库工程是有益的。

随着时间的推移,或由于原设计水平年早已超过,且标准偏低,或由于用水用电要求扩大,因此工程扩建改建势在必行。工程经过扩建、改建,或可提高防洪标准,或增加防洪或调节库容,或加大装机容量,这对及时提高工程效益是非常需要的。

淮河水资源短缺,且水库调节能力小,除开发利用本流域水资源外,还应有步骤实现外流域引水包括南水北调(中和东线)等。

此外治淮关键在于防洪,修建大的控制工程和开辟人海水道等至为重要。

以上简要地阐述了目前正在或拟进行的治淮工作。这些工作非常重要,应加速进行。

最后着重指出,鉴于淮河水资源和水能资源极为贫乏,本文在上节中提出要以多种不同型式的抽水蓄能作为水电的补充以利淮河水利水电的可持续发展。目前响洪甸混合式抽水蓄能电站(4万kW常规和8万kW蓄能)已正式投入系统运行。此外在淮河流域还曾进行过一些抽水蓄能电站的选点和可行性研究等前期工作。最近安徽省水力发电学会提出佛磨抽水蓄能电站方案研究报告,在磨子潭原来2万kW常规机组的基础上,一期工程可增设15.6万kW蓄能机组,二期工程如有需要,总容量尚可增至近50万kW左右。一期工程单位千瓦投资仅3240元,上网电价仅0.56~0.67元/度。这个工程的主要特点是它的上下库为磨子潭和佛子岭,有效调节库容极大,分别达1.37亿m3和1.62亿m3,此外它还具有可观的和较稳定的天然径流,在已建抽水蓄能电站中是不多见的,可以根据电网调峰、填谷或事故备用等方面要求,随时进行抽水或发电,具有非常灵活优越的调节性能。不像一般抽水蓄能电站因受上、下水库容量的限制,使发电、抽水以及电站效益受到抑制。佛磨混合式抽水蓄能电站建成后,改变了原来常规电站“以水定电”局面(即在供水时才能发电),使其由原电网中的重覆容量变为稳定可靠的工作容量,并减少弃水增加发电量。

从述已建成的和拟建的水利工程和抽蓄能电站看,淮河的水利水电建设又将重新进入新的

活跃时期。

5结语和建议

淮河一些地区水资源及水能资源极其贫乏或已开发殆尽,再修建新的水利或水电枢纽就受到限制,几已进入步履艰难境地。本文提出了可修建多种形式的抽水蓄能作为常规水电的补充,可利用电力系统低谷时多余的电能抽水而在尖峰时发电,解决了水能不足问题,有利于淮河水利水电的可持续发展。这种融水利、水电、抽水蓄能于一体,并结合当地电力系统的综合开发模式给水利水电带来了新的活力,似有柳暗花明又一村之感。综合开发模式具有明显的优越性,即①对水利、水电的可持续开发有好处,②枢纽抽水发电利用小时数较高,③改善工程指标有利于工程的开发。根据国外经验,法国在修建GrandMaisoon和Montezic时即按上述综合开发模式考虑,前者设有120万KW可逆机组和60万kW常规机组,而后者只采用90万kW可逆机组。又日本新高濑川式日/周调节,原河段有5座常规电站,原总装机仅4万kW,后按上述综合开发,改建为128万kW的抽水蓄能电站。又如美国著名的大古力(GrandCoulee)电站,几经改建先后增加水泵和可逆机组,总容量达888万kW。我国潘家口、响洪甸、佛磨、双沟以及天堂等均采用这种混合式抽水蓄能电站。这种开发模式不仅改善了水利水电枢纽的功能,还大大改善了工程指标,使原来效益低、指标差的工程改观,增加了工程的开发价值,使水利水电工程带来新的开发前景。为此建议,今后视各地区、各河段水利水电发展情况和当地电力情况,按上述模式对新建、扩建、改建工程进行动态规划和设计。

综上所述,多种型式的抽水蓄能作为水电的补充,扩大了水电的内涵,对淮河水利水电的可持续发展大有好处。

综合考虑水利水电(含抽水蓄能)和电力相结合的开发模式具有重大的意义。因为通过抽水蓄能水利水电与电力是相辅相成的,电力(电网)的支持,对水利水电提供了抽水电力,倒过来也为电网增加了调峰和填谷能力,改善供电质量,并为电力的发展提供水源等条件。

这种混合式开发改变了过去“以水定电”的性质,即在不需要供水时不发电,只在供水时才能发电。如今可以完全按照电力系统要求进行抽水或发电调度,同时对水库的原有供水等功能也有好处。此外这种通过抽水蓄能综合考虑水利水电与电力相结合的模式还可在发展核电、风能发电以及调水等工程中发挥作用。

考虑多种型式的抽水蓄能作为常规水电的补充,可以引入电力(电网)的参与,这种跨行业(即水利水电和电力行业)的模式对各种资源的综合开发利用,可以达到较高水平,有利于水利和水电的可持续发展,并提出新的开发前景。

(作者简介:曹楚生,男,江苏无锡人,中国工程院院士,中国工程设计大师,水利部天津设计院专家委主任/原总工程师,天津大学教授)

来源:中国电能质量
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