非洲水電開發(fā)機(jī)遇

［挪威］C.羅森倫德 等

非洲水電資源極其豐富，但其利用率相當(dāng)?shù)汀Ｐ枰~外的發(fā)電量來滿足其日益增長的電力需求，而開發(fā)利用未開發(fā)的水電資源則不失為一良策。

非洲用電人口不到15%。可持續(xù)開發(fā)利用的小型水電資源將對非洲的電氣化產(chǎn)生巨大貢獻(xiàn)，電氣化是影響經(jīng)濟(jì)增長和社會發(fā)展的極其重要的因素。

對贊比西河、剛果河、尼羅河以及尼日爾河等非洲主要河流水電資源的開發(fā)利用，可以滿足日益增長的用電需求，讓更多人用到電。剛果民主共和國境內(nèi)的剛果河，水電蘊藏量為100 000 MW，可以完全滿足整個南部非洲的能源需求。另外，贊比西河的水電蘊藏量為10 000 MW，埃塞俄比亞為30 000 MW，尼日尼亞為20 000 MW。

目前，82%的水電站位于北非和南部非洲少數(shù)幾個相對和平的國家。非洲總共擁有1 750 945 GW·h/a的水電潛能，但2009 年靠24 482 MW 的裝機(jī)容量發(fā)電量僅達(dá)97 519 GW·h。非洲現(xiàn)有在建工程的裝機(jī)容量超過5 222 MW，屆時，其水電產(chǎn)能將大幅增加。

非洲幾個水力資源豐富的國家的水電開發(fā)情況見表1。

1 小水電開發(fā)

由于多種原因，非洲仍未對小型徑流式水電站進(jìn)行開發(fā)。徑流式水電站具有規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)周期短，成本低的特點，這為許多非洲國家提供了快速向偏遠(yuǎn)地區(qū)供電的機(jī)會。

表1 部分非洲國家水電蘊藏量、裝機(jī)容量及水電開發(fā)與用電人口比例(WEC，2006 年)

在非洲，該類電站發(fā)電量約占整個水力發(fā)電量的1%，其總裝機(jī)容量為215 MW，年發(fā)電量1 262 GW·h。非洲地區(qū)2010 年水力發(fā)電量為97 600 GW·h。然而，由于接入電網(wǎng)距離遠(yuǎn)、成本高，造成單個的發(fā)電站處于孤立(未接入到電網(wǎng))狀態(tài)。好在徑流式水電站可為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供電能，解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)電力并網(wǎng)成本過高的問題。

為了開發(fā)這些潛能，需要大量的技術(shù)支持來計劃、開發(fā)和建設(shè)小型水電項目，并通過能力建設(shè)來加強(qiáng)當(dāng)?shù)丶夹g(shù)力量。非洲小型水電站項目在資源利用、計劃和管理上需要有新思路和新方法。

為了促進(jìn)非洲水電產(chǎn)業(yè)專家能力建設(shè)，ICH 正積極將其活動區(qū)域化并向各大洲引入其課程項目。2011 年的小型水電資源課程就是為該地區(qū)量身定做的，并將重點放在開發(fā)過程中的預(yù)可行性階段。這是該組織2011 年在非洲開設(shè)的三大課程之一。

2011 年10 月16～22 日，在贊比亞卡富埃峽地區(qū)培訓(xùn)中心開設(shè)了培訓(xùn)班，目標(biāo)學(xué)員為電力公司和從事電力供應(yīng)、農(nóng)村電氣化工作的公共部門的規(guī)劃人員和工程師。課程將介紹潛在項目在預(yù)可行性研究階段會面臨的主要問題，以實現(xiàn)項目在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)性。主題包括以下方面:潛在壩址評估;開發(fā)過程概覽;備選方案的經(jīng)濟(jì)分析;組織與風(fēng)險評估;產(chǎn)能與裝機(jī)容量的計算;成本預(yù)估與財務(wù)模式;廠房機(jī)電設(shè)備;初步設(shè)計;環(huán)境與社會影響評估;簽署購電協(xié)議與電力并網(wǎng);案例分析與實際經(jīng)驗—非洲成功案例。

2 能源結(jié)構(gòu)

電氣化是非洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)，而且實現(xiàn)電氣化需要大量的資金投入。非洲需要可靠的機(jī)制來吸引投資和資金，用以支持可再生資源的開發(fā)和生產(chǎn)，從而滿足其日益增長的電力需求。頻繁的斷電在眾多非洲國家非常常見。2011 年6 月27 日，坦桑尼亞國家電力公司聲明，由于水電站的大壩水位低，火力發(fā)電燃料短缺，將實施每天12 h 不定時斷電。

盡管非洲擁有大量的天然氣和煤礦資源，水電仍然是其能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。低成本的水力發(fā)電對工業(yè)用戶來說具有相當(dāng)大的競爭優(yōu)勢。

ICH 的非洲電力規(guī)范倡導(dǎo)研究會(ELRI)認(rèn)為電力對進(jìn)一步促進(jìn)非洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要。根據(jù)目前非洲求大于供的能源產(chǎn)業(yè)狀況，明顯需要建立安全可靠以及可持續(xù)的各級能源政策，以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，滿足發(fā)展目標(biāo)。多年的研究表明，充分利用現(xiàn)代能源設(shè)施，可直接促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長并消除貧困，以此可以證明能源消耗和經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系密不可分。

盡管常年沖突造成對水電項目投資過少，戰(zhàn)爭和很多其他典型的非洲問題對水電基礎(chǔ)設(shè)施的破壞，導(dǎo)致很多非洲國家水電項目分布不平衡，非洲電力產(chǎn)業(yè)目前經(jīng)歷的改革浪潮正在改變這一狀況。

統(tǒng)計表明，水電產(chǎn)量在北非占23%，西非占25%，中南非占51%。東非潛力巨大但仍需要開發(fā)。即使在那些水電得到開發(fā)的國家，由于如投資巨大等其他因素而導(dǎo)致部分地區(qū)沒有水電站。

無論如何，在過去的10 a，非洲領(lǐng)導(dǎo)人已開始認(rèn)識到并著手通過電力來解決貧窮問題。2011 年11月7～11 日肯尼亞舉辦的ELRI 論壇上探討了這類問題。

3 面臨的挑戰(zhàn)

像其他國家一樣，水電產(chǎn)業(yè)在非洲面臨各種不同的挑戰(zhàn)。水電是否能得到成功開發(fā)將極大程度上取決于項目開發(fā)人如何克服這些挑戰(zhàn)。

經(jīng)驗表明，相同數(shù)量的資金，投入到良好的運營和維護(hù)計劃上，比投入到新產(chǎn)能上會生產(chǎn)出更多的電力。對運營和維護(hù)工作進(jìn)行合理安排、規(guī)劃與跟蹤，能極大地提高效率和產(chǎn)能。而能有效地利用可利用的資源則顯得尤為重要。

例如，目前剛果河上所建的因加(Inga)1 號壩和2 號壩水電站，總裝機(jī)容量為1 775 MW。然而，20 世紀(jì)90 年代末期發(fā)生內(nèi)戰(zhàn)后，這兩座水電大壩處于無人管理狀態(tài)，失修破損，淤塞嚴(yán)重，庫容利用率僅為30%。

為了使大壩恢復(fù)工作，必須疏浚上游水庫，清淤水輪機(jī)，這將需要巨大投資和密集的勞動力。從2006 年起，大壩上14 臺水輪機(jī)，只有8 臺工作。然而，即便在庫容利用率最低時，大壩的發(fā)電量也超過了剛果的用電需求(國內(nèi)用電人口只有6%)，剩余電力將出口到津巴布韋、安哥拉和南非。

其他非洲國家也缺少水電站機(jī)械維護(hù)計劃。因技術(shù)問題和維護(hù)不當(dāng)所導(dǎo)致的故障被認(rèn)為是造成水輪機(jī)維護(hù)差與損壞的主要原因。

為了解決技術(shù)缺口，ICH 專門開設(shè)了工況監(jiān)測與水輪機(jī)維護(hù)計劃方面的課程。2011 年在贊比亞卡富埃峽地區(qū)培訓(xùn)中心開設(shè)了有關(guān)混流式水輪機(jī)的課程，這是第4 次在非洲舉行該項目培訓(xùn)。

課程旨在針對電站日常運行面臨的挑戰(zhàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化維護(hù)程序。

課程由兩部分組成，第1 部分為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識的培訓(xùn)，用以在12 周的時間內(nèi)提升并協(xié)調(diào)學(xué)員的技能，時間為2011 年9 月5 日～11 月27 日，第2 部分為實踐課，由經(jīng)驗豐富的教師，展示測試的設(shè)備和操作方法，并提供有實踐的機(jī)會，時間為12 月5～9 日。

課程適合現(xiàn)有電站的技術(shù)員工、管理人員，以及參與維護(hù)工作的規(guī)劃、實施與跟蹤的人員。

詳細(xì)介紹了混流式水輪機(jī)的所有相關(guān)構(gòu)件，實發(fā)事故類型及其原因。課程內(nèi)容還包括對配有必要流程圖和檢查表的測量方法和測量計劃的講解。ICH 非常鼓勵女性學(xué)員的參與。