美國小水電開發(fā)前景及面臨的問題

1 概 述

早在1879 年，尼亞加拉瀑布便被開發(fā)用于水力發(fā)電。3 a 后，美國首座商業(yè)發(fā)電廠投入運(yùn)營。1895年，紐約建成尼亞加拉瀑布發(fā)電廠，裝機(jī)3 728 MW，且首次生產(chǎn)可用于長距離傳輸?shù)慕涣麟姟?/p>

由于水電開發(fā)具有防洪、灌溉和發(fā)電等效益，因此，越來越受到人們的重視。1949 年，水電占美國總發(fā)電量的32%，隨后發(fā)電量持續(xù)增長，直到1974年，水電占美國總發(fā)電量的比例才開始穩(wěn)步下降。由于缺少新建水電站，1974 年后水力發(fā)電量開始減少，且年發(fā)電量經(jīng)常變化較大，有記錄顯示，水力發(fā)電量從1999 年的356 TW·h 降至2001 年的217 TW·h。

2 開發(fā)潛力

2009 年，水力發(fā)電僅占美國電力生產(chǎn)的7%，而全球平均水平為20%。美國傳統(tǒng)水電裝機(jī)容量為77 910 MW，抽水蓄能為20 538 MW。目光再次投向水電能源。在成熟的電力市場，實(shí)施大型水電開發(fā)方案的機(jī)會(huì)很少，而更多關(guān)注于升級(jí)改造已建電站和開發(fā)小水電。

2009 年，美國政府宣布，計(jì)劃將通過提高水輪機(jī)效率，充分利用抽水蓄能電站及安裝徑流式水輪機(jī)等措施，以期將水電裝機(jī)容量提高70 000 MW。政府指出，在提高美國水電裝機(jī)容量的同時(shí)，應(yīng)考慮到對(duì)環(huán)境造成的影響，無需新建許多大型水庫，只要將精力放在已建項(xiàng)目上，新增電量就已相當(dāng)可觀。為開發(fā)小水電蘊(yùn)藏量，能源部同意于2009 年在7 個(gè)新項(xiàng)目上投資3 060 萬美元。

阿拉巴馬州電力公司獲得約600 萬美元，用于對(duì)庫薩(Coosa)河3 座水電站的升級(jí)改造。將運(yùn)用不銹鋼水輪機(jī)和轉(zhuǎn)子取代20 世紀(jì)40 年代和60 年代的原有設(shè)施，在取水量相同的情況下，可產(chǎn)出更多的電量。升級(jí)改造始于2010 年6 月，以期使年發(fā)電量增加36 087 MW·h，即占總發(fā)電量的7.3%。

能源部為美國鋁業(yè)公司提供了約1.23億美元的資金，旨在對(duì)美國卡羅萊納州北部喬阿(Cheoah)河上的塔波科(Tapoco)大壩進(jìn)行升級(jí)改造，將利用不銹鋼水輪機(jī)取代4 臺(tái)已使用了90 a 的混流式水輪機(jī)，預(yù)計(jì)總耗資約為1.23 億美元。據(jù)預(yù)測，該措施將增加22 MW 的裝機(jī)容量，即占容量的28%。同時(shí)，更換水輪機(jī)也可提高魚類成活率。

美國新墨西哥州中部城鎮(zhèn)——洛斯阿拉莫斯獲得450 萬美元資金，用于安裝裝機(jī)為3 MW 的小流量水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總耗資850 萬美元，可增加22%的裝機(jī)容量。此外，美國華盛頓州西部塔科馬市、科羅拉多州博爾德、華盛頓州西北能源公司，以及阿肯色州北小石城電力部也分別獲得460 萬、118 萬、80 萬和45 萬美元的相應(yīng)資助。

水電具有升級(jí)潛力，比如在發(fā)電效率和增容方面。裝機(jī)容量超過5 MW 的小水電應(yīng)受到重視，開發(fā)利用得當(dāng)可將現(xiàn)有水電裝機(jī)容量提高近一倍。

奧潤柯(Orenco)水電公司，位于加利福尼亞州帕洛阿爾托市，其創(chuàng)始人兼副主席M.馬托塞克表示，目前美國有多座大壩未用于發(fā)電。因此，他主張?jiān)黾铀婍?xiàng)目建設(shè)，并認(rèn)為，對(duì)已建大壩進(jìn)行升級(jí)或改造，是增加美國可再生能源最切實(shí)可行的方法。

此外，他還將風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目與新增水電項(xiàng)目進(jìn)行比較。作為戰(zhàn)略決策集團(tuán)(SDG)咨詢公司總經(jīng)理，他指出，風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)成本約為2 500～3 500 美元/kW，平均發(fā)電量約為裝機(jī)容量的25%。而水電項(xiàng)目僅需1 500～2 500 美元/kW，新建水電項(xiàng)目的平均成本不足風(fēng)力發(fā)電成本的一半。

因此，他認(rèn)為發(fā)展水電帶來的可觀經(jīng)濟(jì)效益顯而易見，特別是當(dāng)汽油價(jià)格飆升和依靠其他發(fā)電能源(如煤炭)難以滿足利用可再生能源發(fā)電要求的時(shí)候。

然而，原田納西流域管理局的高級(jí)產(chǎn)品管理經(jīng)理P.瑪馳則持有不同觀點(diǎn)。他表示，如果水電項(xiàng)目仍有市場，那么就可對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行開工建設(shè)。然而，據(jù)他回憶，早在20 世紀(jì)80 年代，能源部就曾鼓勵(lì)建設(shè)類似的小水電項(xiàng)目。但是，由于人為或自然因素，幾個(gè)項(xiàng)目紛紛以失敗告終。

3 生態(tài)環(huán)境

從局部影響和減緩溫室氣體排放來說，水電項(xiàng)目通常都不符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。在水電建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)提出環(huán)境問題，但卻不能完全得以解決。尤其是，減少對(duì)當(dāng)?shù)氐挠绊憰?huì)增加開發(fā)成本，從而影響小水電項(xiàng)目的收益率。

田納西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室研究與發(fā)展高級(jí)職員G.卡達(dá)稱，目前所面臨的環(huán)境問題與20 世紀(jì)90年代相似。由于修建大壩減緩了水流流速，使懸浮的泥沙和碎片沉積下來，破壞了水生植物，植物腐爛又引起甲烷大量排放，從而導(dǎo)致水庫很快沼澤化，必須采取適當(dāng)?shù)男沽鞔胧﹣斫鉀Q這一問題。

魚類死亡則是另一個(gè)問題。上下游遷移的魚類往往很難通過水輪機(jī)。G.卡達(dá)指出，通過一些老式水輪機(jī)的魚類僅有不到30%的存活率。而現(xiàn)代水輪機(jī)(如混流式水輪機(jī))可大大提高魚類存活率，可達(dá)50%～80%，運(yùn)用軸流式水輪機(jī)則可達(dá)90%～95%。2005 年，德國福伊特公司宣稱，其生產(chǎn)的水輪機(jī)安裝在華盛頓瓦納龐(Wanapum)大壩上，魚類通過時(shí)成活率高達(dá)98%。在西北部斯內(nèi)克河建造的大壩上，也安裝了類似的水輪機(jī)。然而，該技術(shù)只適用于大型水電項(xiàng)目。瓦納龐水電站裝機(jī)容量1 038 MW，投資達(dá)1.2億美元。因此，從商業(yè)角度考慮，這并不適合小型項(xiàng)目。

下游河水的含氧量是需要關(guān)注的另一環(huán)境問題。盡管該問題普遍存在于大型項(xiàng)目。水庫底部水流進(jìn)入壓力管道時(shí)，含氧量較低，水流至下游時(shí)將會(huì)產(chǎn)生不利影響，這就要求采用先進(jìn)的曝氣式水輪機(jī)。當(dāng)水流通過該水輪機(jī)時(shí)可產(chǎn)生氣泡，從而提供充足的氧氣。但采用該技術(shù)會(huì)增加投資。

如果不重視環(huán)境問題，在某些情況下，結(jié)果可能會(huì)與能源部的初衷相悖。因?qū)Υ髩芜M(jìn)行升級(jí)改造而使其受到破壞，導(dǎo)致水力發(fā)電量減少。以加利福尼亞州蔚町市的巴特爾克里克河為例，2010 年7 月，工程師們開始了美國歷史上最大的流域恢復(fù)項(xiàng)目之一。他們計(jì)劃拆除太平洋煤電公司擁有的4 座大壩，這將導(dǎo)致總裝機(jī)容量從28 MW 下降至20 MW。

資助該工程的單位有:加州聯(lián)邦銀行、國家海洋漁業(yè)局、美國魚類與野生動(dòng)物局、美國墾務(wù)局，以及加州漁業(yè)部以及太平洋煤電公司。拆除大壩后如何完全恢復(fù)河流將成為未來10 a 內(nèi)爭論的焦點(diǎn)之一。該工程預(yù)計(jì)耗資1.25億美元，歷時(shí)4 a 竣工。此外，工程還將為河道兩側(cè)配置魚道、安裝護(hù)魚篩網(wǎng)，以使該河的水生生物重獲新生，并為珍稀物種切努克鮭魚和鱒魚提供交配場所。

4 FERC 審批程序

新建水電項(xiàng)目受到監(jiān)管。當(dāng)水電前景不樂觀時(shí)，監(jiān)管機(jī)構(gòu)就將阻止新項(xiàng)目上馬。項(xiàng)目一旦確立，聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)的審批程序就將成為難以逾越的行政障礙。M.馬托塞克相信，該市場將會(huì)越來越活躍，但復(fù)雜且耗時(shí)的審批程序也是存在的挑戰(zhàn)之一。

相對(duì)于太陽能或風(fēng)力發(fā)電場2.5 a 的審批時(shí)間，F(xiàn)ERC 對(duì)新水電項(xiàng)目進(jìn)行審批需要5.5 a。對(duì)前者的審批受內(nèi)政部礦產(chǎn)管理部門控制。雖然通過努力可以簡化水電項(xiàng)目的審批程序，但要達(dá)到裝機(jī)容量為100 MW 的風(fēng)力或太陽能發(fā)電場的審批標(biāo)準(zhǔn)，仍需要很長時(shí)間。新建大壩的審批程序繁瑣，對(duì)已建大壩也同樣如此。

FERC 正在努力調(diào)整對(duì)小水電的審批現(xiàn)狀，2010 年8 月與科羅拉多州簽訂了備忘錄，計(jì)劃簡化對(duì)試點(diǎn)計(jì)劃的審批程序?？屏_拉多州將篩選出相關(guān)項(xiàng)目，通過FERC 認(rèn)可后，將省去前兩個(gè)討論階段，這將會(huì)節(jié)約1 a 多的審批時(shí)間。

在幾個(gè)正在實(shí)施的大型項(xiàng)目中，能源部也利用著名的分類免責(zé)條款，使FERC 免去最耗時(shí)的審批環(huán)節(jié)。與其他項(xiàng)目一樣，這些都屬于聯(lián)邦政府緩解環(huán)境問題的常規(guī)措施。

雖然小水電在可再生發(fā)電裝機(jī)容量方面能長期、顯著地增長，但在許多方面，其對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響比太陽能或風(fēng)力發(fā)電場都大。本質(zhì)上，處理好水電對(duì)當(dāng)?shù)刈匀凰w環(huán)境的影響將會(huì)增加工程成本。相對(duì)而言，徑流式水電站影響較小，因而可能更易實(shí)施。當(dāng)實(shí)施部分河流恢復(fù)項(xiàng)目時(shí)，也許是對(duì)美國許多現(xiàn)有的大壩進(jìn)行升級(jí)改造的最佳時(shí)機(jī)，而不應(yīng)一味反對(duì)。