西部地區(qū)農(nóng)村水電開發(fā)及其可持續(xù)發(fā)展研究

徐錦才

(1.水利部 農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012；2.水利部 農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310012)

農(nóng)村小水電是國(guó)際公認(rèn)的清潔可再生能源，也是一種重要的分布式能源。發(fā)展以小水電為主體的農(nóng)村水電是幫助農(nóng)村新型經(jīng)濟(jì)體應(yīng)對(duì)快速增長(zhǎng)能源需求、解決“三農(nóng)”問題和促進(jìn)鄉(xiāng)村振興的一條重要途徑。同時(shí)，小水電開發(fā)兼?zhèn)浞篮?、灌溉、供水、生態(tài)旅游、養(yǎng)殖等多項(xiàng)功能，尤其適宜在貧困山區(qū)農(nóng)村發(fā)展及分散開發(fā)，具有明顯的社會(huì)公益性[1]。

中國(guó)西部地區(qū)疆域遼闊，除四川盆地和關(guān)中平原外，絕大部分地區(qū)屬于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、需要加強(qiáng)開發(fā)的地區(qū)。農(nóng)村小水電以其分散、簡(jiǎn)單、當(dāng)?shù)鼗蜆?biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)勢(shì)，在解決西部農(nóng)村生產(chǎn)生活電力供應(yīng)，加強(qiáng)農(nóng)村清潔能源基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，精準(zhǔn)扶貧以及抗旱應(yīng)急救災(zāi)等方面發(fā)揮著非常重要的作用[2]。新時(shí)期國(guó)家 “西部大開發(fā)”、“精準(zhǔn)扶貧”、“一帶一路”等一系列重大方針的制定為西部農(nóng)村小水電發(fā)展提供了重要契機(jī)。與此同時(shí)，也對(duì)該地區(qū)小水電開發(fā)過程中如何正確處理“人-水-環(huán)境”的相互關(guān)系提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，“科技因素”、“綠色因素”將對(duì)西部地區(qū)小水電的健康發(fā)展起到至關(guān)重要的支撐作用。鑒于此，本文在對(duì)中國(guó)西部地區(qū)農(nóng)村水電開發(fā)建設(shè)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上、對(duì)其開發(fā)建設(shè)的技術(shù)進(jìn)展、相關(guān)管理政策、標(biāo)準(zhǔn)的研究制定等方面進(jìn)行詳細(xì)分析，并結(jié)合國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃，探討新時(shí)代背景下西部地區(qū)農(nóng)村水電可持續(xù)發(fā)展的策略及途徑。

1 西部地區(qū)農(nóng)村水電開發(fā)現(xiàn)狀及其作用

1.1 西部地區(qū)農(nóng)村水電開發(fā)現(xiàn)狀

中國(guó)農(nóng)村水電能源可開發(fā)量約為1.28×105MW，居世界第一，其中西部地區(qū)小水電能源可開發(fā)量8.1×104MW，約占全國(guó)63.6%。目前，中國(guó)農(nóng)村水電開發(fā)技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距，發(fā)達(dá)國(guó)家開發(fā)程度普遍在80%以上，而中國(guó)小水電開發(fā)率為58.6%，西部貧困地區(qū)小水電開發(fā)率僅為48%，合理開發(fā)利用潛力較大。目前，西部地區(qū)農(nóng)村水電站座數(shù)達(dá)到一萬四千多座，總裝機(jī)容量4.318×104MW(見圖1)，主要集中在西南地區(qū)，其中水電站10 262座，裝機(jī)容量6.852×104MW，占該總水電站數(shù)72%及裝機(jī)容量65%。西南地區(qū)60%以上集中在云南和四川兩省。西北地區(qū)共有水電站2 512座，裝機(jī)容量1.253×104MW，占西部地區(qū)水電站總量25%及總裝機(jī)容量16%，主要集中在陜西、甘肅、新疆、青海等地區(qū)，內(nèi)蒙以及寧夏等省區(qū)小水電比重相對(duì)較低。

圖1 西部地區(qū)農(nóng)村水電開發(fā)現(xiàn)狀

1.2 西部地區(qū)農(nóng)村水電的作用及地位

(1) 農(nóng)村水電是貧困山區(qū)精準(zhǔn)扶貧的寶貴資源。中國(guó)西部是欠發(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)村地區(qū)更是亟待脫貧的重要范圍。農(nóng)村水電是我國(guó)西部農(nóng)村重要的能源與水利基礎(chǔ)設(shè)施，也是國(guó)家實(shí)施資產(chǎn)收益類扶貧的重要內(nèi)容。自2016年起，國(guó)家發(fā)展改革委、水利部選取了部分農(nóng)村水能資源豐富的國(guó)家級(jí)貧困縣，開展了農(nóng)村小水電扶貧工程試點(diǎn)工作，采取將中央預(yù)算內(nèi)資金投入形成的資產(chǎn)折股量化給貧困村和貧困戶的方式，探索“國(guó)家引導(dǎo)、市場(chǎng)運(yùn)作、貧困戶持續(xù)受益”的扶貧模式，建立貧困戶直接受益機(jī)制。2016年—2018年，重慶市、貴州省和陜西省三省(市)被列入農(nóng)村水電扶貧試點(diǎn)省份。各項(xiàng)目上繳收益納入縣財(cái)政專戶?？顚Ｓ?，專項(xiàng)用于扶持建檔立卡貧困戶和貧困村基礎(chǔ)設(shè)施等公益事業(yè)建設(shè)，近期重點(diǎn)用于扶持貧困戶脫貧，由縣里統(tǒng)一發(fā)放到建檔立卡貧困戶，取得了顯著的社會(huì)效益，使農(nóng)村小水電成為西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)精準(zhǔn)扶貧的重要途徑，助力國(guó)家扶貧戰(zhàn)略。

(2) 農(nóng)村水電是促進(jìn)農(nóng)村清潔能源發(fā)展重要保障。解決偏遠(yuǎn)地區(qū)能源供給一直是國(guó)家政府關(guān)注的重要問題。適度合理開發(fā)水電能源，有利于農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)改善，有效減少森林采伐量，保護(hù)天然林。農(nóng)村水電與其他可再生能源相比，能量密度高，開發(fā)技術(shù)比較成熟，造價(jià)比較低，適于為相對(duì)較為分散的農(nóng)村生產(chǎn)、生活供電，目前仍是國(guó)家解決偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)能源問題的有效途徑，也是農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要保障。同時(shí)，國(guó)家對(duì)農(nóng)村水電的合理開發(fā)、管理正在持續(xù)加強(qiáng)，保持其健康綠色發(fā)展。2011年，水利部與財(cái)政部在浙江、重慶等6省(區(qū)、市)聯(lián)合啟動(dòng)了農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)。2013年，全國(guó)26個(gè)省(區(qū)、市)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)全面實(shí)施增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目?！笆濉逼陂g，中央財(cái)政累計(jì)投入88億元，帶動(dòng)地方和企業(yè)投入150多億元，對(duì)4 400座老舊小水電站進(jìn)行了全面改造，改造后裝機(jī)容量和年發(fā)電量達(dá)到9.0×103MW和3.5×1010kW·h，比改造前分別增加20%和40%以上，取得良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。同時(shí)，“十三五”農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造以河流為單元，增加了河流生態(tài)修復(fù)工作。水利部頒布實(shí)施《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造河流生態(tài)修復(fù)指導(dǎo)意見》，為河流生態(tài)修復(fù)提供了技術(shù)支撐。同時(shí)，西部地區(qū)積極參與綠色小水電建設(shè)。2017年西部地區(qū)共計(jì)有18座水電站被評(píng)為綠色小水電站，占全國(guó)41%。2018年西部地區(qū)共計(jì)有47座水電站被評(píng)為綠色小水電站，占全國(guó)39%。在保護(hù)生態(tài)基礎(chǔ)上有序開發(fā)水電，使其成為偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)可再生清潔能源供給的重要保障，已經(jīng)成為西部地區(qū)農(nóng)村水電事業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。

2 西部小水電開發(fā)技術(shù)進(jìn)展及相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)研究

近20年，我國(guó)西部地區(qū)農(nóng)村水電事業(yè)快速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)日趨成熟，國(guó)內(nèi)對(duì)小水電開發(fā)的認(rèn)識(shí)開始分化。小水電雖然是世界公認(rèn)、技術(shù)成熟的可再生清潔能源，但其開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的矛盾，安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、梯級(jí)開發(fā)累積性生態(tài)影響越來越受各方關(guān)注。隨著水能資源開發(fā)的深入，開發(fā)難度逐漸加大，環(huán)境敏感性逐漸增強(qiáng)。如何合理制訂水能開發(fā)規(guī)劃、減小環(huán)境擾動(dòng)，有效發(fā)揮流域管理的優(yōu)勢(shì)，對(duì)西部農(nóng)村小水電開發(fā)技術(shù)、管理政策、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定提出了更高要求。

2.1 西部小水電開發(fā)技術(shù)進(jìn)展

(1) 生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)技術(shù)。西部地區(qū)是我國(guó)的重要的生態(tài)屏障，具有較高的生態(tài)價(jià)值，部分地區(qū)為生態(tài)異常脆弱地區(qū)，生態(tài)約束已成為該地區(qū)水電發(fā)展最重要外部條件。對(duì)于西北旱寒區(qū)，水電開發(fā)多位于河流源頭、高海拔地區(qū)，而這些河流往往是旱區(qū)發(fā)展的唯一水源，“以水定需、生態(tài)優(yōu)先”成為農(nóng)村水電發(fā)展的重要前提。關(guān)停部分電站、復(fù)核生態(tài)下泄流量過程、修復(fù)河段減脫水等措施，已成為西北地區(qū)農(nóng)村水電生態(tài)改造的重要實(shí)踐。西南地區(qū)水能資源豐富但也分布著眾多的自然保護(hù)區(qū)，干支流水能開發(fā)協(xié)調(diào)以及小水電群累積影響成為西南地區(qū)小水電開發(fā)面臨的主要問題。

對(duì)于西部旱寒區(qū)水電開發(fā)國(guó)家高度重視，中央環(huán)保督察特別是祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境問題督察行動(dòng)指出，祁連山等自然保護(hù)區(qū)生態(tài)破壞問題嚴(yán)重。祁連山區(qū)域黑河、石羊河、疏勒河等流域水電開發(fā)強(qiáng)度較大，該區(qū)域現(xiàn)有水電站150余座，其中42座位于保護(hù)區(qū)內(nèi)，帶來的水生態(tài)碎片化問題較為突出。甘肅省制定并落實(shí)了《甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)水電站關(guān)停退出整治方案》，關(guān)停退出和處罰了一批水電站，為其他省份小水電生態(tài)環(huán)境影響評(píng)估與整改樹立了典型。此外，在“共抓長(zhǎng)江大保護(hù)”的指導(dǎo)思想下，國(guó)家審計(jì)局、中央環(huán)保督察等一系列環(huán)境檢查工作發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶小水電突出的生態(tài)環(huán)境影響問題。2018年底，水利部、國(guó)家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家能源局啟動(dòng)了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶小水電清理整改工作，要求開展綜合評(píng)估與“一站一策”工作，有效解決長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶小水電生態(tài)環(huán)境突出問題。西部地區(qū)云南、貴州、四川、重慶四地是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶小水電清理整改的重要地區(qū)。四地分別按照四部委整改要求，發(fā)布了小水電清理整改的實(shí)施方案，啟動(dòng)了小水電綜合評(píng)估與整改工作。

(2) 增效擴(kuò)容改造技術(shù)。西部地區(qū)地理位置偏遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，已建成農(nóng)村水電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)普遍較低、環(huán)境適應(yīng)性考慮不足，經(jīng)過長(zhǎng)年運(yùn)行，設(shè)備老化、效率低下，安全生產(chǎn)問題逐漸突出。隨著西部地區(qū)農(nóng)村水電開發(fā)率的提高，農(nóng)村水電效率提升開始逐漸成為主要工作之一，增效擴(kuò)容改造技術(shù)已成為農(nóng)村水電發(fā)展的必由之路[3]。農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造主要是在滿足綜合利用水量，特別是滿足生態(tài)用水量前提下，提高水電站的綜合能效。水電站能效主要受棄水量、運(yùn)行效率、水工建筑物、金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備各類水頭損失與水量損失等因素的影響[4]，與此相關(guān)必要的工程改造技術(shù)也受到越來越多的關(guān)注。例如西北地區(qū)高含沙水能利用技術(shù)，高效輸冰、排沙設(shè)施的構(gòu)建，寒區(qū)小型水電站水工建筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行等已逐漸成為關(guān)注熱點(diǎn)。

對(duì)于生態(tài)流量泄放措施的改建也是增效擴(kuò)容中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。生態(tài)流量泄放設(shè)施是保障下游河道的生態(tài)用水需求而興建的專用或兼用設(shè)施。為滿足水電站運(yùn)行新的要求，如生態(tài)流量過程、綜合利用等需求，改造過程中對(duì)于生態(tài)流量泄放設(shè)施的具體形式進(jìn)行了不斷的探索，具體實(shí)踐中常結(jié)合泄放要求、開發(fā)方式、工程布置等多種因素確定。工程實(shí)際中生態(tài)流量泄放設(shè)施常與生態(tài)小機(jī)組、魚道、大壩放空孔(洞)等設(shè)施相結(jié)合，而早期未設(shè)置生態(tài)流量泄放設(shè)施的擋水建筑物可通過引水系統(tǒng)改造、堰壩泄水設(shè)施改造等方式實(shí)現(xiàn)生態(tài)流量泄放。除此之外，農(nóng)村水電站安全保障與安全監(jiān)管相關(guān)技術(shù)也是增效擴(kuò)容改造過程中重要的研究方向[5]。通過農(nóng)村水電安全標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)級(jí)工作的廣泛開展，大大提升了農(nóng)村水電安全管理水平，取得了較好的效果[6]。

(3) 水電綜合利用技術(shù)。綜合利用是進(jìn)行河流水能開發(fā)的根本原則之一，流域水能開發(fā)要綜合考慮發(fā)電、防洪、灌溉、生產(chǎn)生活用水、漁業(yè)、航運(yùn)、水上娛樂以及水質(zhì)保護(hù)等多方面利益。就水電資源開發(fā)而言，還包括多級(jí)水電站群的優(yōu)化調(diào)度。近年來，隨著國(guó)家對(duì)于西部地區(qū)開發(fā)建設(shè)力度加大、能源需求與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)快速增長(zhǎng)，單一部門統(tǒng)籌協(xié)調(diào)已經(jīng)無法滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新要求。在水生態(tài)安全前提下，研究水能開發(fā)與區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求的競(jìng)爭(zhēng)性及相容性關(guān)系，保障水-能源-糧食協(xié)同安全[7]。同時(shí)，隨著電力體制改革推進(jìn)，農(nóng)村地區(qū)清潔可再生能源多能互補(bǔ)的綜合開發(fā)利用模式和分布式發(fā)電技術(shù)等受到廣泛關(guān)注[8]。

2.2 西部小水電可持續(xù)發(fā)展的政策及標(biāo)準(zhǔn)研究

(1) 農(nóng)村小水電可持續(xù)發(fā)展政策體系。鑒于西部地區(qū)地理和生態(tài)條件的特殊性，制定經(jīng)濟(jì)、健康、協(xié)調(diào)的農(nóng)村小水電可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，使該地區(qū)水電開發(fā)合理有序進(jìn)行，需要有力的政策研究作為支撐。綠色水電發(fā)展是我國(guó)農(nóng)村水電發(fā)展的重要目標(biāo)，已頒布實(shí)施了水利行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《綠色小水電評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，推廣綠色小水電建設(shè)在山區(qū)河流減水河段生態(tài)修復(fù)治理、最小下泄流量監(jiān)管等方面的經(jīng)驗(yàn)[9]。自然資源資產(chǎn)負(fù)債表是黨的十八屆三中全會(huì)提出了新的資源管理方式，農(nóng)村水能資源作為重要的資源相應(yīng)的基礎(chǔ)政策研究也在加快開展。同時(shí)，農(nóng)村水電扶貧共享機(jī)制、水能資源綜合開發(fā)利用管理模式、增效擴(kuò)容改造績(jī)效評(píng)價(jià)、老舊水電站退出機(jī)制及生態(tài)補(bǔ)償與生態(tài)電價(jià)等相關(guān)政策體系正在逐步建立完善[10]。

(2) 農(nóng)村小水電的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。西部地區(qū)地理環(huán)境差異顯著，水能利用形式各有不同，給水電開發(fā)運(yùn)行管理造成了一定的困難。目前，已經(jīng)建立了較為完整的小水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，制定和修編了大量涉及小水電資源開發(fā)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理的規(guī)程規(guī)范，形成小水電規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)、小水電電力系統(tǒng)及農(nóng)村電氣化、小水電技術(shù)管理以及小水電機(jī)電產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等四大系列標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)，開展了國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比工作，吸收國(guó)外先進(jìn)理念和技術(shù)，促進(jìn)我國(guó)小水電行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)外文版翻譯出版工作，積極主動(dòng)參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作。2019年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)技術(shù)管理委員會(huì)正式發(fā)布了《小水電技術(shù)導(dǎo)則 第1部分：術(shù)語》(IWA33-1)和《小水電技術(shù)導(dǎo)則 第2部分：選點(diǎn)規(guī)劃》(IWA33-2)。IWA33由中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委(SAC)和奧地利標(biāo)準(zhǔn)委(ASI)共同主持。

3 西部地區(qū)農(nóng)村小水電可持續(xù)發(fā)展的途徑

(1) 完善水能資源評(píng)估與核算理論體系。系統(tǒng)開展農(nóng)村水能資源環(huán)境潛力評(píng)估方法和技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究，聚焦西部地區(qū)農(nóng)村水能資源稟賦特征，開展西北干旱半干旱地區(qū)農(nóng)村水能資源開發(fā)閾值評(píng)估、季節(jié)性河流水能利用模式以及旱區(qū)水資源多目標(biāo)優(yōu)化配置技術(shù)，不斷推進(jìn)西南地區(qū)水電能源基地農(nóng)村梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度技術(shù)研發(fā)，結(jié)合自然資源核算方法與理論，建立我國(guó)農(nóng)村水能資源調(diào)查核算方法和技術(shù)路線。

(2) 加快關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和新技術(shù)推廣應(yīng)用，強(qiáng)化信息技術(shù)的科技支撐作用。加強(qiáng)農(nóng)村小水電生態(tài)改造、生態(tài)運(yùn)行策略與退役決策理論研究。開展對(duì)寒區(qū)水工建筑物安全運(yùn)行技術(shù)、多泥沙河流水能開發(fā)技術(shù)、基于水風(fēng)光多能互補(bǔ)的分布式供電技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究。逐步完善小水電可持續(xù)開發(fā)利用標(biāo)準(zhǔn)化模式。大力推進(jìn)小水電生態(tài)下泄流量監(jiān)控成套技術(shù)、新型魚道等新技術(shù)的推廣應(yīng)用。強(qiáng)化信息技術(shù)的支撐作用，研發(fā)基于多源信息、多尺度、全生命周期的農(nóng)村水電智慧監(jiān)管技術(shù)與平臺(tái)，構(gòu)建小水電工程全要素安全監(jiān)測(cè)體系。

(3) 開展水利、能源、生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多學(xué)科交叉融合。新時(shí)期農(nóng)村小水電研究呈現(xiàn)出多學(xué)科、跨部門的特點(diǎn)，迫切需要從氣候變化、水、能源、糧食、生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、鄉(xiāng)村振興等多領(lǐng)域入手，開展農(nóng)村水電綜合利用技術(shù)體系研究，使農(nóng)村水電從單一水能資源開發(fā)利用向區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展、流域水資源綜合利用管理發(fā)展，將工程技術(shù)與法規(guī)、政策、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化等因素相結(jié)合，促進(jìn)西部地區(qū)農(nóng)村水電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。