我國水能開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展機遇

摘" 要：積極穩(wěn)妥推進碳達峰、碳中和，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，構建新能源占比不斷提高的新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)碳中和的必由之路。為配合新能源的大規(guī)?？焖侔l(fā)展，保障電力系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定運行，解決清潔能源的消納難題，具有調(diào)節(jié)作用的常規(guī)水電和抽水蓄能電站將發(fā)揮巨大作用。對水能資源分布現(xiàn)狀和開發(fā)規(guī)?，F(xiàn)狀進行總結，分析新形勢下水能發(fā)展新機遇及開發(fā)新要求，可以為水能資源開發(fā)提供一定參考。

關鍵詞：水能；抽水蓄能；新型電力系統(tǒng)；雙碳；電站

中圖分類號：TV213" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）19-0025-04

Abstract： In actively and steadily promoting carbon peakingand carbon neutralization， energy is the main battlefield， and electric power is the main force. Building a new power system with an increasing proportion of new energy is the only way to achieve carbon neutralization. In order to cooperate with the large-scale and rapid development of new energy， to ensure the safe and stable operation of power system operation and solve the problem of clean energy consumption， conventional hydropower and pumped storage power stations with regulatory role will play a huge role. This paper summarizes the present situation of the distribution and development scale of hydropower resources， and analyzes the new opportunities and requirements of hydropower development under the new situation， which can provide some reference for the development of hydropower resources.

Keywords： hydropower; pumped storage; new power system; double carbon; power station

我國河流眾多，是世界上水能資源最豐富的國家。但水能資源開發(fā)程度仍處于較低水平，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和環(huán)境與生態(tài)保護的需求，大力開發(fā)利用水能資源在今后仍是我國能源建設的重要組成部分[1]。為配合新能源的大規(guī)?？焖侔l(fā)展，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，具有調(diào)節(jié)作用的常規(guī)水電和抽水蓄能電站將發(fā)揮巨大作用[2-3]。開發(fā)利用水能資源是我國能源政策的必然選擇[4-5]。

本文對我國水能開發(fā)現(xiàn)狀和開發(fā)規(guī)?，F(xiàn)狀進了總結，分析新形勢下水能發(fā)展新機遇及開發(fā)新要求，可以為水能資源開發(fā)提供一定參考。

1" 水能資源分布現(xiàn)狀

1.1" 現(xiàn)狀

根據(jù)水能資源最新復查統(tǒng)計成果，我國水能資源理論蘊藏量6.94億kW，年理論發(fā)電量為6.08萬億kWh；技術可開發(fā)裝機容量為5.42億kW，技術可開發(fā)年發(fā)電量為2.47萬億kWh；經(jīng)濟可開發(fā)裝機容量為4.02億kW，經(jīng)濟可開發(fā)年發(fā)電量為1.75萬億kWh，居世界首位。另外，我國已建電站還有很大的擴機改造潛力，流域的系統(tǒng)優(yōu)化需要進一步分析研究，根據(jù)初步推測已建水電深度開發(fā)潛力超過1億kW。

由于各地區(qū)的地形與降雨量差異大，我國水能資源在地域分布上不均衡。我國經(jīng)濟相對落后的西部12個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水能資源占全國總量的81.73%，特別是西南地區(qū)云、貴、川、渝、藏5?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）就占全國總量的2/3左右；其次是中部的8個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）占12.98%左右；而經(jīng)濟發(fā)達、用電負荷集中的東部11個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）僅約占5.29%。

1.2" 抽水蓄能資源情況

由于抽水蓄能電站站址是可以人造的，因此抽水蓄能電站站址的資源相對于需求幾乎是無限的，天然的好站址資源十分豐富。地理位置、自然條件均優(yōu)良的站址亦不少，但分布上存在不均衡性，可利用的站壩也就有限了。抽水蓄能的資源具有雙重性質(zhì)，即抽水蓄能資源是十分豐富的，但是電力系統(tǒng)對抽水蓄能資源的需求是有限的。最好的抽水蓄能資源點，卻完全可能是系統(tǒng)根本不可利用的。抽水蓄能電站站址的選擇受制于外部環(huán)境因素，沒有相對固定的邊界條件，其不像常規(guī)水電站那樣存在著相對不可替代的資源屬性。因此，抽水蓄能電站站址的選擇是一項復雜的系統(tǒng)工程。

2" 水能開發(fā)規(guī)模現(xiàn)狀

截至2021年底，我國已建水電總裝機容量達3.9億kW（其中抽水蓄能電站3 639萬kW），年發(fā)電量約13 401億kWh，6 000 kW及以上水電廠發(fā)電設備利用小時數(shù)為3 622 h，分別占全國電力裝機容量（23.8億 kW）的16.4%和發(fā)電量（83 768億kWh）的16.0%，占全國非化石能源發(fā)電裝機容量（11.2億kW）的34.8%和發(fā)電量（28 958億kWh）的46.3%。水電開發(fā)為實現(xiàn)我國2021年非化石能源發(fā)展目標發(fā)揮了有力支撐作用，為促進國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展提供了重要能源保障。

截至2021年底，常規(guī)水電已建裝機規(guī)模約占技術開發(fā)量的57.1%。我國十大流域的技術可開發(fā)量3.74億kW，占全國技術可開發(fā)裝機容量的56.7%。其中，雅魯藏布江最具有開發(fā)潛力，其待建裝機容量約8400萬 kW，約占十大河流待建總規(guī)模的47%。

2021年全國已建抽水蓄能裝機容量3 639萬kW，較2020年增長490萬kW，同比增長15.6%。抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃提出，到2025年全國抽水蓄能裝機容量達6 200萬kW，到2030年全國抽水蓄能裝機容量達12 000萬kW。截至2021年，我國已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點總資源8.14億kW，包含東北電網(wǎng)1.05億kW、華北電網(wǎng)0.8億kW、華東電網(wǎng)1.05億kW、華中電網(wǎng)1.05億kW、南方電網(wǎng)0.97億kW、西南電網(wǎng)1.43億 kW和西北電網(wǎng)1.59億kW。其中，重點實施項目4.21億kW，規(guī)劃儲備項目3.05億kW。

3" 水能發(fā)展的新形勢

2021年全年能源消費總量52.4億t標準煤，比上年增長5.2%，其中煤炭消費量增長4.6%，原油消費量增長4.1%，天然氣消費量增長12.5%，電力消費量增長10.3%。煤炭消費量占能源消費總量的56.0%，比上年下降0.9個百分點；天然氣、水電、核電、風電和太陽能發(fā)電等清潔能源消費量占能源消費總量的25.5%，上升1.2個百分點。

截至2021年底，全國發(fā)電裝機容量23.8億kW，同比增長7.9%。其中，非化石能源裝機容量11.2億kW，同比增長13.4%，占總裝機容量的47.0%，占比同比提高2.3個百分點。分類型看，水電3.9億kW（含抽水蓄能3 639萬kW），占全部裝機容量的16.4%；火電13.03億kW，占全部裝機容量的54.6%；核電5 326萬kW，占全部裝機容量的2.2%；并網(wǎng)風電3.3億kW，占全部裝機容量的13.8%；并網(wǎng)太陽能發(fā)電3.1億kW，占全部裝機容量的12.9%。

我國的能源部門面臨著重大挑戰(zhàn)，尤其是對煤炭的依賴，這對環(huán)境有重大影響，并有助于增加碳排放。政府已經(jīng)認識到需要向更可持續(xù)的能源結構過渡，并制訂了實現(xiàn)這一過渡的目標。重點是降低煤炭消費比重，提高天然氣消費比重，擴大風能、太陽能、地熱能等可再生能源的利用，政府還致力于將核電作為一種低碳能源安全開發(fā)。政府設定的目標雄心勃勃，反映了減少我國碳足跡和創(chuàng)建更具可持續(xù)性的能源部門的堅定承諾。為實現(xiàn)這些目標，我國一直在采取各種措施將其能源結構轉向清潔能源并減少碳足跡。例如，我國政府一直在投資可再生能源開發(fā)和提高能源效率。這使得可再生能源在我國能源結構中的份額增加，預計未來幾年風能和太陽能裝機容量將快速增長。我國還一直在采取措施，通過推廣使用天然氣、電動汽車和其他清潔能源來減少對燃煤發(fā)電的依賴。政府還一直致力于開發(fā)一個全面的碳交易系統(tǒng)，這將通過對碳定價來幫助減少能源部門的排放。除了這些努力，我國政府還致力于開發(fā)新技術和提高能源效率，包括對節(jié)能建筑、電器和交通系統(tǒng)的投資。我國還致力于提高鋼鐵、水泥和石化等工業(yè)部門的能源效率。預計這些努力將在未來幾年顯著減少能源消耗和碳排放。

總體而言，我國調(diào)整能源結構的努力是其應對能源安全和環(huán)境可持續(xù)性挑戰(zhàn)的重要組成部分。憑借持續(xù)的投資和政策支持，我國完全有能力實現(xiàn)其綠色、低碳和可持續(xù)能源未來的目標。

4" 水能發(fā)展新機遇

4.1" 雙碳目標實現(xiàn)需要充分發(fā)揮水能的清潔能源屬性和調(diào)節(jié)優(yōu)勢

我國碳排放總能量巨大，而實現(xiàn)碳達峰到碳中和僅有30年左右時間，減排時間緊、壓力大。為實現(xiàn)雙碳目標，可再生能源將成為我國能源消費增量主體，并逐步走向存量替代。2021年我國水電發(fā)電量13" 401億 kWh，同比下降1.1%，占全國發(fā)電量的16.0%，占全國非化石能源發(fā)電量的46.3%，是目前可再生能源發(fā)電的主力軍，是2030年實現(xiàn)碳達峰目標的重要能源品種之一。截至2021年底，常規(guī)水電已建、在建裝機規(guī)模約占技術開發(fā)量的57.1%，遠未達到發(fā)達國家80%～90%的平均水平，還有1.4億～2億kW以上的開發(fā)空間。同時，部分已建常規(guī)水電站，還具備擴機和增容改造等深度開發(fā)的條件。另外，我國抽水蓄能站點資源豐富，大力發(fā)展抽水蓄能電站也是構建新型電力系統(tǒng)的必然要求。因此，我國水能資源還有很大開發(fā)潛力，為穩(wěn)步、安全實現(xiàn)碳達峰目標，需要發(fā)揮水能資源的清潔能源屬性和調(diào)節(jié)優(yōu)勢，提高水能在能源結構中的比例，通過水電的調(diào)節(jié)作用提高電力系統(tǒng)消納風電、光伏等新能源的能力。

4.2" 新型電力系統(tǒng)對大容量快速應急和調(diào)節(jié)儲能電源的需求逐漸凸顯

隨著新型電力系統(tǒng)建設進程不斷加快，新能源、微電網(wǎng)、互動式設備將大量接入，電力系統(tǒng)的物理基礎、功能形態(tài)深刻變化，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來重大挑戰(zhàn)。并且，新能源具有顯著的隨機性、波動性特征，為配合新能源的大規(guī)?？焖侔l(fā)展，保障電力系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定運行，解決清潔能源的消納難題，需要配套建設大規(guī)模調(diào)節(jié)儲能設施。抽水蓄能具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用和黑啟動等“六大功能”和超大容量、系統(tǒng)友好、經(jīng)濟可靠及生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢，將成為未來新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。大型水庫電站通過流域系統(tǒng)調(diào)度和擴容改造，也可以充分發(fā)揮水電的容量效益，與風電、光伏等新能源進行聯(lián)合調(diào)度、多能互補，不僅能夠緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力，也能進一步提高新能源的利用效率。在實現(xiàn)電力能源跨時域、時空規(guī)模化調(diào)節(jié)方面，目前只有大型水庫電站和抽水蓄能電站具備這樣的能力。

4.3" 雙碳目標要求促進水電建設保障政策機制的不斷建立

我國在實現(xiàn)碳達峰和碳中和的目標方面，正在大力發(fā)展可再生能源，特別是水電能源。國家已經(jīng)制定了相關規(guī)劃，并在不斷完善抽水蓄能電價形成機制，以促進該行業(yè)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

抽水蓄能技術的發(fā)展為我國解決能源短缺、環(huán)境污染、水土保持等問題提供了重要途徑。在國家對水電行業(yè)的支持和推動下，抽水蓄能技術得到了快速發(fā)展，抽水蓄能電站建設得到了更加積極的推廣。同時，國家為保障抽水蓄能行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，進一步加強了抽水蓄能電站的安全管理，并不斷完善相關的技術標準。然而，水電建設的發(fā)展還面臨著諸多挑戰(zhàn)，如環(huán)境保護、資金短缺等。因此，為了促進水電建設的發(fā)展，需要不斷建立相應的政策和機制。首先，政府應該制定相關法律法規(guī)，以保障水電建設的合法性和權益。法律法規(guī)不僅可以明確水電建設的目標和要求，還可以防止惡意投資和濫用資源等不良行為。其次，政府應該提供技術支持和財政支持，以保障水電建設的實施。技術支持可以幫助企業(yè)提高水電建設的效率和質(zhì)量，財政支持則可以幫助企業(yè)解決資金問題，使水電建設更加順利。此外，政府應該加強對水電項目的監(jiān)管，確保水電項目的環(huán)境和社會影響得到充分評估。特別是對于那些影響重大的水電項目，政府應該與當?shù)厣鐓^(qū)和環(huán)保團體進行對話，充分考慮當?shù)厣鐓^(qū)的利益，并積極溝通。同時，政府也應該提高水電能源的吸引力，吸引更多的投資者和企業(yè)參與水電建設。這可以通過提高水電電價、實施環(huán)保補貼等政策來實現(xiàn)。

總之，雙碳目標要求促進水電建設保障政策機制的不斷建立，是為了應對全球氣候變暖和能源危機的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。政府應該以全面推進雙碳目標為契機，積極采取措施，加強對水電建設的保障，積極發(fā)展水電和抽水蓄能行業(yè)，構建新型電力系統(tǒng)，以適應未來能源發(fā)展的需求。

5" 水能發(fā)展新要求

5.1" 生態(tài)環(huán)境保護給水電開發(fā)提出了更高的要求

隨著水電開發(fā)的不斷推進和開發(fā)規(guī)模的擴大，剩余水電工程環(huán)境敏感因素相對較多，面臨的生態(tài)環(huán)境保護壓力加大。一是隨著國土空間規(guī)劃的實施，生態(tài)空間管控日趨嚴格，關于國土開發(fā)強度、水土資源利用效率、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等約束性要求越來越多，對水電開發(fā)形成了很大制約。二是剩余水電大多位于西南高海拔地區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，環(huán)境承載力低，高寒植被恢復和再造困難，特種稀少植被再生難度大。三是各方更多關注水電開發(fā)對環(huán)境的負面影響，而忽視其巨大的環(huán)保效益，對水電站生態(tài)環(huán)境保護功能認識不足，一定程度上影響到政府高層的認識和決策。四是環(huán)保需求機理缺乏深入的科學論證，存在為環(huán)保而環(huán)?，F(xiàn)象，影響了水電開發(fā)進程?？傮w來說，水電開發(fā)在環(huán)境保護方面的爭議比較大，需要開發(fā)建設各方更加注重環(huán)境保護問題，在流域生態(tài)治理方面發(fā)揮更大的作用。

5.2" 水電開發(fā)利益訴求需要合理統(tǒng)籌協(xié)調(diào)

我國水電開發(fā)一般都會涉及多方利益，如政府、移民、企業(yè)等。水電工程的建設帶來了自然環(huán)境與社會環(huán)境的改變、大量的移民搬遷，也帶來了工程建設與環(huán)境保護的矛盾及移民搬遷與社會穩(wěn)定等問題。一是廣大移民提出提高補償標準、擴大補償范圍、增加產(chǎn)業(yè)扶持、改善生活條件、滿足精神文化需求及提高社會保障水平等訴求，移民的訴求多樣化、差異化。二是地方政府提出資助更多的基礎設施建設和固定資產(chǎn)投資、資源入股、低價留存地方電量和增加地方稅收等訴求，訴求不斷增加。三是綜合利用部門不分攤建設投資及年運行費，往往不進行各目標的投資效果分析，提出一些過大的、不合理的綜合利用要求。四是西部送電區(qū)提出了水電外送價格上漲、留電比例提高等訴求。五是水電工程建設同時擔負促進貧困地區(qū)發(fā)展、振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟的任務。上述利益訴求需要制定統(tǒng)一的政策法規(guī)、規(guī)程規(guī)范，針對水電開發(fā)過程中出現(xiàn)的主要利益問題加強國家層面的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和管控，明確相關部門、地方政府、開發(fā)企業(yè)的權利和義務，更好地發(fā)揮水電開發(fā)對地方經(jīng)濟社會發(fā)展的促進作用。

5.3" 水電開發(fā)建設技術難度和建設成本加大

目前常規(guī)水電開發(fā)程度過半。其中，水能資源最為富集的十大流域中，烏江、大渡河、紅水河水電開發(fā)程度已超過90%，長江上游、金沙江水電開發(fā)程度在80%以上，雅礱江、瀾滄江、黃河上游水電開發(fā)程度超過80%。怒江等河流因為生態(tài)環(huán)境保護等原因基本維持原生狀態(tài)。剩余可開發(fā)量主要集中在高寒高海拔的河流上游地區(qū)，面臨地質(zhì)條件復雜、交通不便、施工困難、環(huán)境脆弱和工程經(jīng)濟性較差等問題；還需同步建設遠距離輸電工程，進一步加大了建設成本。另外，受國家有關移民安置和環(huán)境保護政策、財稅政策、物價上漲及社會對水電訴求增多等因素影響，水電的建設成本不斷增加?？赏ㄟ^合理確定水電開發(fā)任務、優(yōu)化工程設計方案、分攤綜合利用投資、適當調(diào)整財稅政策及適時更新經(jīng)濟性判斷標準等途徑有效降低水電建設成本。

5.4" 流域安全管理體系有待完善

隨著流域水電梯級開發(fā)的不斷深入，長江上游、黃河上游、烏江、南盤江紅水河、雅礱江和大渡河等水電基地基本建成。這些河流自西向東匯入大江大海，流域分布范圍廣，梯級電站開發(fā)時間跨度長，質(zhì)量標準不一，沿線涉及眾多省份，一旦失事、梯級連潰，將會造成災難性的影響。隨著水電開發(fā)比例不斷提高，水電發(fā)展重心由重建設逐漸向重管理轉型，安全管理是流域梯級管理的重中之重，但現(xiàn)階段還存在安全管理不盡完善、法律法規(guī)尚不健全、規(guī)范標準體系有待建設及現(xiàn)代化監(jiān)管手段需要提高等問題，應進一步完善流域安全管理體系，確保梯級電站的安全運行。

6" 結束語

水能屬于綠色能源產(chǎn)業(yè)，是綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟體系的重要組成部分，是建設生態(tài)文明的重要措施。在我國推進實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的大背景下，能源電力系統(tǒng)向清潔化、低碳化方向轉型，需要發(fā)揮水能的清潔能源屬性、大容量快速應急和儲能電源調(diào)節(jié)優(yōu)勢。同時水能資源發(fā)展又面臨生態(tài)環(huán)境保護提出的更高要求，相關各方開發(fā)利益訴求的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，技術開發(fā)難度和建設成本的加大，移民搬遷安置難度的增加，流域系統(tǒng)風險疊加等各方面行業(yè)內(nèi)部發(fā)展的制約因素。水能開發(fā)面臨的形勢和環(huán)境正在發(fā)生變革，需要創(chuàng)新水電發(fā)展理念和思路，把發(fā)展水電作為推進能源供給革命、轉變能源發(fā)展方式、促進貧困地區(qū)發(fā)展、建設生態(tài)文明和美麗中國的重要戰(zhàn)略舉措，才能有效應對新的發(fā)展形勢和環(huán)境，促進水電可持續(xù)發(fā)展。

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基金項目：湖南省水利科技項目（XSKJ2019081-53）

第一作者簡介：宋敏（1987-），女，碩士，高級工程師。研究方向為水能規(guī)劃設計。