水利發(fā)電現(xiàn)狀和制約因素的思考

黃俊龍

摘??要：水利資源具有潔凈性、可再生性、可調節(jié)性及綜合利用的特點。對水利水電工程綜合開發(fā)還有利于帶動地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的作用。從水利發(fā)電長期運營而言，其清潔性的特點符合環(huán)境保護的理念?？伤姽こ探ㄔO規(guī)模相對較大，投資大，建設周期長，建設施工對周邊生態(tài)環(huán)境還是會造成破壞。一直以來，水利發(fā)電的能源與環(huán)境問題之間的爭議成為影響水利發(fā)電的重要影響。此外，水利發(fā)電還受自然條件限制影響發(fā)電效能及其水利事業(yè)的整體發(fā)展。本文第一部分介紹了水利發(fā)電概況;第二部分分析了國內(nèi)水利發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀;第三部分討論了水利發(fā)電的優(yōu)缺點，并在此基礎上探討制約水利發(fā)電發(fā)展的因素;第四部分展望水利發(fā)展發(fā)展趨勢。旨在為水利發(fā)電事業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展提供一些參考。

關鍵詞：水利發(fā)電;現(xiàn)狀;制約因素;思考;發(fā)展趨勢

目前統(tǒng)計的國內(nèi)水能資源自己開發(fā)量約為2.25萬億千時，位居世界第一.發(fā)電總量占全世界水電總量的15%，可人均占有量較少。按照目前國內(nèi)水電規(guī)劃開發(fā)的現(xiàn)狀，水電比例占電力中樁基的30%-40%。中國的人口缺戰(zhàn)全世界的21%。反映出國內(nèi)水電規(guī)劃開發(fā)程度相對較低。近些年，不少專家就水利發(fā)電過程中能源與環(huán)境問題存在較多的爭議。有專家提議擴大水電發(fā)展規(guī)劃，有人提議適度開發(fā)水利水電工程。在全球能源與環(huán)境保護的大背景下，國內(nèi)水利發(fā)電面臨著怎樣的發(fā)展困境？未來水利發(fā)電又會呈現(xiàn)什么樣的趨勢？我們首先應當搞清楚水利發(fā)電所受的制約因素。研究該課題對維持國內(nèi)水利發(fā)電能源與環(huán)境保護平衡及促進水利發(fā)電健康可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

一、水利發(fā)電概述

（一）定義及生產(chǎn)過程

水利發(fā)電指利用能量轉換設備將水能轉換為機械能，再轉換為電能的生產(chǎn)過程。它的生產(chǎn)過程是通過壓力水管將水引到水輪機螺旋形蝸殼，推動水輪機組轉子旋轉，再將機械能轉換為電能。從生產(chǎn)過程來看，水利發(fā)電的生產(chǎn)過程及工藝較火電發(fā)電要簡單的多。

（二）水電站生產(chǎn)形式

常見的水電站生產(chǎn)形式包括壩式、引水式、混合式、潮汐式、抽水蓄能式等幾種形式。水電站生產(chǎn)形式與水能存在的形式有關。具體選擇何種生產(chǎn)形式，還要看水利水電工程規(guī)劃區(qū)域的水能。最常見的水能有河流水能、潮汐水、波浪能、海洋熱能等。目前，國內(nèi)利用河流水能開發(fā)的水電站占比做大。

（三）水電站樞紐構成

水電站樞紐一般由淡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物及水電站廠房構成。

（四）水利發(fā)電的動力設備

水利發(fā)電的主要動力設備包括壓力水管、水輪機、發(fā)電機等。壓力水管提供水位能，水輪機負責將水位能轉換為機械能，發(fā)電機負責將機械能轉換為電能。水位能是決定水利發(fā)電效能的關鍵因素。它由河水的流量與落差決定。

（五）水利發(fā)電的電氣設備

水利發(fā)電的電氣設備主要包括發(fā)電機、變壓器、電動機、繞組、隔離開關、交直流系統(tǒng)、斷路器、電力線路等等。它分為一次設備和二次設備。目前國內(nèi)水利發(fā)電站已全面實現(xiàn)信息化管理、自動化管理。

（六）水利發(fā)電的特點

水利發(fā)電能源具有潔凈性、可再生性、可調節(jié)性、綜合利用性及經(jīng)濟帶動性的特點。以河水能源為例，隨著河水的流動而產(chǎn)生，不論開發(fā)與否，河水能都存在。河水能能直接被開發(fā)利用，發(fā)電過程并不會向火力發(fā)電會生產(chǎn)的污染，潔凈性良好。投資水利發(fā)電的主要成本在前期水電站與樞紐工程的建設，以及后期水電站的運維管理。河水能本身并無成本，無須長期投入較大成本。建設運營后在生命周期內(nèi)可長期使用，還可根據(jù)降雨量、河流水位及流量調節(jié)，這符合可再生性、可調節(jié)性及經(jīng)濟性特征。對大型水電站的綜合開發(fā)，還可以作為調節(jié)航道水位的基礎工程，帶動水運運輸、地區(qū)旅游等，符合綜合開發(fā)和帶動經(jīng)濟性的特征。

此外，水利發(fā)電還具工程投資大、建設周期長、對建設區(qū)域生態(tài)環(huán)境有一定破壞性的特點。特別是大型水電站，前期水電樞紐及其配套設施建設投資巨大，成本回收周期漫長，存在較大的投資風險。對生態(tài)破壞主要體現(xiàn)在造成河流、海洋或湖泊水電站周邊生物多樣性的減少，對原生態(tài)景觀系統(tǒng)的破壞，以及對水生態(tài)系統(tǒng)的污染?？蓮恼{節(jié)旱澇災害的功能處罰，水力發(fā)電還對生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著一定的保護作用。因此，在生態(tài)方面我們暫且可以認為水利發(fā)電具有保護與破壞的雙重作用。

二、國內(nèi)水利發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

（一）工程建設水平

我國水利發(fā)電雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛。目前，國內(nèi)水利發(fā)電工程建設已出具規(guī)模。初步統(tǒng)計已建成各類水電站及水庫85108座，水庫容量5624立方米。其中大型水庫水利水電工程及工程有470座，水庫通量，41977億立方米。中小型的水利水電工程數(shù)量占比較大。國內(nèi)水利系統(tǒng)中水電累計裝機總容量高達4841萬千瓦，站全國水利系統(tǒng)裝機總容量的41%。農(nóng)村水電裝機容量累計4309萬千瓦，占全國水利系統(tǒng)裝機容量的38%，發(fā)電量為1357萬千瓦。國內(nèi)已經(jīng)探明的水能源、坦然器、原煤、原油的能源儲量中，水能源占比高達45%，為水利發(fā)電工程建設奠定了良好的水平。

（二）設備制造水平

近些年，隨著國內(nèi)大型水電站樞紐工程的建設，大型化的、高效化的、自動化的水電機組需求上升。在大型水電樞紐工程建設的帶動下，國內(nèi)水利發(fā)電設備的制造水平也在不斷提升。一些大型、中心水電站紛紛采用了串聯(lián)梯級高效水輪機組。為加強水利發(fā)單設備的研究，國內(nèi)還組建了樹立發(fā)電設備國家重點實驗室，用以專門研究水利發(fā)電設備及其制造。在高效水輪機組研發(fā)制造方面，中國水力發(fā)電設備制造企業(yè)只用了5年時間就完成了國外發(fā)達國家用30年時間才完成的研究，并制造出當時世界上最大的水輪發(fā)電機組，將其應用于長江三峽水電站。長江三峽水電站采用了32外裝機容量為70萬千瓦及的水輪發(fā)電機組，通過串并聯(lián)的形式構成超大水輪發(fā)電機組，將中國的水利發(fā)電設備制造技術提升到國際水平。長江三峽總裝機容量高達2250萬千萬。這個裝機容量相當于20座百萬千瓦級核電站，伊泰普水電站裝機容量超出850萬千瓦。除混流式水輪機組外，長江三峽所采用的壓力水管、發(fā)電機及其他一些輔助設備、電氣設備，均采用了世界一流的技術。