[] B.

格魯吉亞未開(kāi)發(fā)的水電資源評(píng)估

[瑞士] B.奎格利等

為促進(jìn)可再生能源的利用以及吸引對(duì)水力資源的投資，格魯吉亞能源部批準(zhǔn)了“2008年可再生能源”國(guó)家規(guī)劃。然而有些水電站因缺少系統(tǒng)整合規(guī)劃，發(fā)電量受到影響。一直以來(lái),徑流式電站的日漸增多對(duì)蓄水式電站的發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。格魯吉亞能源發(fā)展基金會(huì)認(rèn)為迄今為止所作的研究并不充分。為了解決該問(wèn)題，格魯吉亞能源發(fā)展基金會(huì)啟動(dòng)了對(duì)格魯吉亞所有主要流域以及河流的總體規(guī)劃研究，包括里奧尼河、英古里河，庫(kù)拉河、古里亞河和阿賈那河。介紹了總體規(guī)劃研究的方法、評(píng)估內(nèi)容、成果和結(jié)論。

水電開(kāi)發(fā)；總體規(guī)劃；格魯吉亞

格魯吉亞對(duì)水力發(fā)電進(jìn)行了大量的研究。該國(guó)第一座水電站于1892年開(kāi)始運(yùn)行。自那時(shí)起，在全國(guó)范圍內(nèi)不斷規(guī)劃、研究、開(kāi)發(fā)、實(shí)施及運(yùn)行水電站。目前，格魯吉亞處在運(yùn)行的水電項(xiàng)目有60個(gè)，其中已建項(xiàng)目27個(gè)，約有70條支流準(zhǔn)備進(jìn)行進(jìn)一步水電開(kāi)發(fā)。由于高加索范圍內(nèi)優(yōu)良的水文條件以及豐富的自然資源，水力發(fā)電項(xiàng)目在格魯吉亞得到了有計(jì)劃、有組織地發(fā)展。但考慮到未來(lái)發(fā)展需求，總體調(diào)節(jié)能力(電網(wǎng)的調(diào)峰能力)實(shí)際上仍顯不足,因此，必須特別注重發(fā)展蓄水式電站項(xiàng)目。

1 格魯吉亞潛在的水力資源

格魯吉亞位于主高加索山脈南側(cè)、黑海的東側(cè)。國(guó)土總面積為69 000 km2，人口數(shù)量約為400萬(wàn)。

水資源以及水力發(fā)電資源是格魯吉亞最重要的自然資源之一。充沛的降水、多山地勢(shì)條件、豐富的地表徑流以及巨大的儲(chǔ)水量使其具備充分的水電資源開(kāi)發(fā)條件。

格魯吉亞擁有26 000多條河流，總長(zhǎng)59 800 km。它們大多屬于小型河流(占所有河流的99.3%)，長(zhǎng)度均小于25 km。所有地表水流的水電資源蘊(yùn)藏量相當(dāng)于裝機(jī)容量26 GW(229 GWh)。大、中、小型河流的理論水電資源蘊(yùn)藏量達(dá)到16 GW(年發(fā)電量137 GWh)。經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量估計(jì)在45～50 GWh。

格魯吉亞水力資源分布不均：西部地區(qū)占72%，東部地區(qū)占28%。

水電資源集中在位于格魯吉亞西北部地區(qū)的幾條主要河流，即科多里(Kodori)河、布茲皮(Bzip)河、克拉蘇爾(Kelasuri)河、內(nèi)斯卡拉(Nenskra)河、里奧尼(Rioni)河以及茨海尼斯茨卡利(Tskhenis Tskali)河。

約60%的水電資源蘊(yùn)藏量集中在30條河流上，約34%的集中在6條大型河流(英古里(Enguri)河、里奧尼河、庫(kù)拉(M+kvari)河、科多里河、布茲皮河以及茨海尼斯茨卡利河)上。這些可開(kāi)發(fā)的河流水電資源蘊(yùn)藏量和單位河長(zhǎng)水電資源蘊(yùn)藏量見(jiàn)圖1。

圖1 可開(kāi)發(fā)的河流水電資源蘊(yùn)藏量和單位河長(zhǎng)水電資源蘊(yùn)藏量

2 水電開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

格魯吉亞第一座水電站建于19世紀(jì)末20世紀(jì)初。1913年該國(guó)所有電站裝機(jī)容量總和約為2 MW，年發(fā)電量為9 MWh。

格魯吉亞一些大、中型電站建于1950～1985年之間，它們?cè)诋?dāng)時(shí)屬于裝機(jī)容量和發(fā)電量都較大的電站，包括：英古里電站(1 300 MW)、瓦爾德尼里(Vardnili)梯級(jí)電站(340 MW)、瓦特斯克(Vartsikhe)梯級(jí)電站(184 MW)、卡拉米(Khrami)梯級(jí)電站(223 MW)、少里-特基布里(Shaori-Tkibuli)梯級(jí)電站(118 MW)、拉亞努里(Lajanuri)電站(112 MW)以及古馬提(Gumati)電站(67 MW)。

一些大型項(xiàng)目，如裝機(jī)容量達(dá)700 MW的胡東尼(Khudoni)電站和450 MW的納馬科瓦尼(Namakhvani)電站于20世紀(jì)80年代動(dòng)工，但由于多種原因項(xiàng)目均未完工。

到20世紀(jì)末，約有60座電站(最小的裝機(jī)容量為0.5 MW，最大的為1 300 MW)建成并投入運(yùn)行。格魯吉亞目前在運(yùn)行的電站總裝機(jī)容量約為2 800 MW，年發(fā)電量為8.0 TWh。因此，迄今為止格魯吉亞僅利用了其約16%的水能資源。

3 “2008年再生能源”國(guó)家規(guī)劃

2008年4月，為刺激可再生能源的利用并吸引投資，格魯吉亞能源部批準(zhǔn)了“2008年再生能源”國(guó)家規(guī)劃。該規(guī)劃基于建設(shè)(Build)、運(yùn)營(yíng)(Operate)和所有權(quán)(Own)的“BOO”模式，在潛在能源替代列表(詳見(jiàn)格魯吉亞能源部網(wǎng)站)中對(duì)人們關(guān)注的電站進(jìn)行了排名。該列表包括了80多座富有潛力的中、小型電站(裝機(jī)容量在5～100 MW)。根據(jù)上述方案，自2008年以來(lái)格魯吉亞啟動(dòng)了約40個(gè)電站開(kāi)發(fā)計(jì)劃，項(xiàng)目均處于實(shí)施中。另外，部分正處于不同研究階段的項(xiàng)目也將在不久后實(shí)施。

20世紀(jì)被迫中止的2個(gè)大型項(xiàng)目(裝機(jī)700 MW的胡東尼電站和裝機(jī)450 MW的納馬科瓦尼梯級(jí)電站)最近重新啟動(dòng)并處于開(kāi)發(fā)流程中，暫定于2017年開(kāi)始建設(shè)。另外，裝機(jī)容量為280 MW的內(nèi)斯卡拉電站于2015年開(kāi)工。裝機(jī)容量為108 MW的達(dá)里阿里電站(Dariali)已于2016年完工。

一些已經(jīng)得到開(kāi)發(fā)并獲取授權(quán)的項(xiàng)目，存在總體監(jiān)管能力不足的問(wèn)題。因此，提出了以下需要注意的事項(xiàng)：

(1) 是否應(yīng)特別重視發(fā)展蓄水式電站以糾正過(guò)度發(fā)展徑流式電站的不平衡。

(2) 迄今為止是否所作研究都已完成。

(3) 研究是否涵蓋了流域內(nèi)所有可能合適的站址。

(4) 是否存在被遺漏或仍未被勘查的支流。

(5) 這些支流未來(lái)是否可能得到開(kāi)發(fā)。

(6) 是否有可能通過(guò)提高其發(fā)電出力，開(kāi)發(fā)更好的運(yùn)行模式，發(fā)揮與上游其他電站的協(xié)同作用，或通過(guò)增加蓄水功能實(shí)現(xiàn)調(diào)控目的，改進(jìn)現(xiàn)有電站。

該研究旨在系統(tǒng)和客觀地回答上述問(wèn)題，為進(jìn)一步水電開(kāi)發(fā)提供可能性。

4 水電資源蘊(yùn)藏量評(píng)估

4.1 概 述

該研究預(yù)計(jì)分兩個(gè)不同的階段進(jìn)行：

(1) 階段一。對(duì)每個(gè)選定流域的水電資源蘊(yùn)藏量逐一進(jìn)行篩選及評(píng)估。

(2) 階段二。對(duì)幾個(gè)具有開(kāi)發(fā)前景的工程站址進(jìn)行初步可行性研究。

第一階段。采用由斯塔基(Stucky)有限公司評(píng)估開(kāi)發(fā)的評(píng)估軟件，并結(jié)合地形圖、衛(wèi)星圖像、初步水文數(shù)據(jù)分析等較傳統(tǒng)方式，對(duì)選定流域的水電資源蘊(yùn)藏量進(jìn)行評(píng)估分析。

第二階段。分析所選場(chǎng)址的初步可行性。重點(diǎn)針對(duì)幾個(gè)布局構(gòu)造(選項(xiàng))進(jìn)行財(cái)務(wù)可行性分析，對(duì)每處站址進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到最佳效率。選項(xiàng)分析作為該可行性研究的主要目的，為每個(gè)擬定場(chǎng)址確定最具前景的項(xiàng)目配置方案，對(duì)建設(shè)成本進(jìn)行初步估算，評(píng)估水電資源蘊(yùn)藏量，最終明確該規(guī)劃的成本效益，為日后更詳細(xì)的可行性研究提供決策支持。

4.2 電站站址初選方法

4.2.1 簡(jiǎn) 介

采用“自下而上”模式用于評(píng)估水力發(fā)電的站址是較為常見(jiàn)的方法。工程師憑借歷史經(jīng)驗(yàn)和特有的“直覺(jué)”，判斷出河流沿岸可能存在的適宜水電開(kāi)發(fā)的站址。進(jìn)水口通常位于有利的位置，便于調(diào)整大壩高度以適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件。然而，項(xiàng)目最終可能只反映了設(shè)計(jì)者或開(kāi)發(fā)者的意圖，預(yù)算可能超出了其實(shí)際可開(kāi)發(fā)量以及國(guó)家需求?！白韵露稀钡脑u(píng)估模式可能導(dǎo)致小型電站的串聯(lián)開(kāi)發(fā)，它們本可以被那些更大型的電站所替代，因?yàn)榇笮碗娬靖軡M足電網(wǎng)能源需求并以更協(xié)調(diào)的方式開(kāi)發(fā)水電資源。

該研究遵循的評(píng)估方式為“自上而下”。首先考慮的是獨(dú)立于其他任何參數(shù)的流域地形和水量。將這兩組參數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)組合,通過(guò)計(jì)算機(jī)代碼算法可以掌握整個(gè)流域地形(山脈，山谷等),并找到流域內(nèi)最具有水電開(kāi)發(fā)潛力的站址。該方法能探測(cè)到具有優(yōu)良水力資源的支流，擺脫了人力物力的限制。區(qū)別于傳統(tǒng)方法，這種客觀數(shù)字化篩選的結(jié)果從某種意義上來(lái)說(shuō)與現(xiàn)實(shí)以及隨后需要考慮的相關(guān)限制條件脫節(jié)。

為判斷這些擬選站址是否正確，首先必須與由傳統(tǒng)方式開(kāi)發(fā)的水電項(xiàng)目進(jìn)行比較。這項(xiàng)基準(zhǔn)測(cè)試對(duì)于校準(zhǔn)“自上而下”的方法以及驗(yàn)證由“自下而上”方法得出的結(jié)論是不可或缺的。

圖2 基于ArcGIS 9.2軟件的HIT過(guò)程

4.2.2 電站站址初選工具(HIT)軟件

“自上而下”方法的第一步是數(shù)字化模擬流域地形并將其與數(shù)字水文聯(lián)系起來(lái)。由斯塔基公司開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)編碼(HIT)可以用來(lái)執(zhí)行此任務(wù)。

使用該程序只需掌握少量基本信息，如數(shù)字高程模型(DEM)和水文數(shù)據(jù)(降雨量或平均年徑流量)，即可以極低成本在大范圍地區(qū)使用。使用地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件ArcGIS 9.2執(zhí)行數(shù)據(jù)處理過(guò)程詳見(jiàn)圖2。雖然計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，但其分析覆蓋面較廣。同時(shí)為了克服時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，數(shù)據(jù)處理過(guò)程已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。利用自動(dòng)分界的水域進(jìn)行初步水電資源蘊(yùn)藏量評(píng)估分析。

對(duì)每組可能的發(fā)電站和相關(guān)聯(lián)的進(jìn)水口，軟件計(jì)算其水位差和裝機(jī)容量，并估算年發(fā)電量，隨后計(jì)算方案的單位成本和總成本。比較每個(gè)進(jìn)水口計(jì)算所得結(jié)果以選擇單位發(fā)電量成本最低的電站。

除水文條件外，軟件還對(duì)潛在流量、水量、水頭、裝機(jī)容量、年發(fā)電量以及導(dǎo)水管的直徑和長(zhǎng)度做出了估算。經(jīng)過(guò)大量可行性研究和現(xiàn)有計(jì)劃的驗(yàn)證，計(jì)算出包括導(dǎo)水管、進(jìn)水口、土建工程和機(jī)電設(shè)備以及運(yùn)行和維護(hù)的總成本。

HIT是一件非常有效的工具，基于不同河流和集水區(qū)，對(duì)其水電資源蘊(yùn)藏量進(jìn)行了系統(tǒng)地篩選，過(guò)程冗長(zhǎng)且繁瑣。HIT強(qiáng)大的計(jì)算能力能防止遺漏可能的“隱藏”點(diǎn)。然而HIT僅適用于徑流式電站,并不適應(yīng)修建另外水壩(用于增加水位差)或水庫(kù)(用途更復(fù)雜)或?qū)嵤┛缌饔蛘{(diào)水帶來(lái)的地形改變。一旦初始篩選完成，通過(guò)實(shí)地考察可以對(duì)擬選站址作進(jìn)一步分析和改進(jìn)。

4.2.3 初選可能的水電站站址

在完成水電資源蘊(yùn)藏量的評(píng)估后，電站選址即可遵循以下方式逐步實(shí)施：

(1)站址初選。可完全由HIT軟件完成。通過(guò)對(duì)流域地形和水文情況進(jìn)行處理，初選出可能的站址。如上所述，這些選址必須進(jìn)行進(jìn)一步地分類(lèi)和篩選，這就需要大量的工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也是HIT在下階段所需要解決的問(wèn)題。

(2) 比較與驗(yàn)證。對(duì)那些采用非HIT方法得出的選址進(jìn)行比較驗(yàn)證是非常重要的一步。實(shí)際上，若2種方法(傳統(tǒng)“自下而上”法與HIT“自上而下”法)的趨同則表示對(duì)其進(jìn)行了正確估計(jì)。

(3) 排除。盡管從流域地勢(shì)和水文條件衡量，一些擬選站址特別合適，但是仍須被排除，這是因?yàn)樗鼈兛赡懿粚儆谛抡局?，或是位于限制性區(qū)域(自然公園，密集住宅區(qū)等)。以下地點(diǎn)不宜作為備選站址：環(huán)境保護(hù)區(qū)或國(guó)家公園；已開(kāi)發(fā)、計(jì)劃建造或獲準(zhǔn)開(kāi)發(fā)區(qū)域；發(fā)電效益較低位置；人口密集區(qū)域或環(huán)境敏感區(qū)域。

(4) 初步案頭研究。對(duì)HIT輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選后，初步進(jìn)行內(nèi)業(yè)分析，幫助確認(rèn)最終結(jié)果。內(nèi)業(yè)研究主要基于地形河流剖面(源自ASTER數(shù)據(jù))、衛(wèi)星圖像和地形圖的分析以及更精確的水文數(shù)據(jù)。

(5) 互補(bǔ)篩選。為了確保HIT軟件未遺漏某一站址，采用基于地形圖和已知潛力的傳統(tǒng)工程評(píng)估法來(lái)對(duì)選址列表進(jìn)行補(bǔ)充。

(6) 實(shí)地考察證實(shí)。這是評(píng)估階段的最后一步。在完成案頭研究后，應(yīng)對(duì)備選場(chǎng)址進(jìn)行實(shí)地考察，以確認(rèn)它們對(duì)當(dāng)前條件和局部限制、傳輸、訪問(wèn)等方面的相關(guān)性。

5 前期研究改進(jìn)

在研究框架內(nèi)，對(duì)幾年前的相關(guān)研究進(jìn)行了梳理，主要有以下發(fā)現(xiàn)。

(1) 對(duì)擬選站址的交通需要改進(jìn)；

(2) 地形和地質(zhì)條件總體上較適宜水電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)；

(3) 可獲取區(qū)域歷史水文信息；

(4) 幾乎所有現(xiàn)存的研究均建議利用現(xiàn)有水力資源建徑流式電站。擬建的水電站因受季節(jié)性河流流量變化的影響，只可作為間歇性能源。

從以上分析情況看，應(yīng)大幅改進(jìn)以往研究。

盡管現(xiàn)有的研究考慮了整個(gè)流域和流域內(nèi)大量的水資源情況，以及地形和水文模式的多樣性，但考慮到環(huán)境和社會(huì)方面因素，對(duì)包括徑流式電站、季節(jié)性電站、抽水蓄能電站或小、微型水電項(xiàng)目等不同類(lèi)型水電計(jì)劃的開(kāi)發(fā)機(jī)會(huì)仍然存在。

因此，建議對(duì)主要流域進(jìn)行綜合水資源管理研究(總體規(guī)劃)，為其重新分配不同類(lèi)型的蓄水方案。主要目標(biāo)是通過(guò)分析調(diào)水，梯級(jí)水電站運(yùn)行管理或抽水蓄能等各種方案之間可能產(chǎn)生的協(xié)同作用，優(yōu)化水資源在環(huán)境和社會(huì)方面的利用，以及根據(jù)需求和其發(fā)展過(guò)程，擬定一個(gè)總體投資計(jì)劃，明確電力項(xiàng)目的最佳實(shí)施時(shí)間表。

6 新擬定站址

基于“自上而下”的方法，HIT程序客觀地評(píng)估了近10 000處裝機(jī)容量0.5 kW～25 MW的合適的站址(進(jìn)水口和發(fā)電站為一組),其中因絕大多數(shù)河流支流發(fā)電效益較小而無(wú)法在本研究框架下作進(jìn)一步分析。有望成為水力發(fā)電站址的大約有110處。表1列出了篩選得到的在英古里河、里奧尼河、庫(kù)拉河、古里亞(Guria)河和阿賈那(Adjara)河地區(qū)可建電站站址數(shù)量。最終，所有擬定場(chǎng)址的總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)約1 013 MW(年發(fā)電量4 700 GWh)。

表1 篩選得到的可建電站站址及相應(yīng)特征參數(shù)

一些已處在運(yùn)營(yíng)中或已獲得開(kāi)發(fā)許可的項(xiàng)目，其發(fā)電潛力早已得以確認(rèn),因此，最適宜開(kāi)發(fā)的站址的剩余潛能往往有限。然而，當(dāng)前研究的結(jié)果顯示，由HIT軟件初選出的站址表明，裝機(jī)容量小于1～2 MW的水力發(fā)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)潛力最為顯著，對(duì)其可行性研究可以作為進(jìn)一步調(diào)查的方向。

該國(guó)不同地區(qū)之間，特別是在偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通落后、信息閉塞且互通性較差，這對(duì)有較大潛力的水力發(fā)電項(xiàng)目的可行性產(chǎn)生了影響。地方基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)對(duì)全面開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)水電資源極其重要，這是格魯吉亞政府在將來(lái)亟待解決的重要問(wèn)題之一。

根據(jù)GEDF的要求，此次研究成果主要考慮了具有日調(diào)節(jié)功能的徑流式電站。與一般徑流式電站相比，這種類(lèi)型的電站造價(jià)較為昂貴，而格魯吉亞目前的關(guān)稅結(jié)構(gòu)不適用于這些項(xiàng)目。然而，如果未來(lái)該國(guó)關(guān)稅政策得到完善，帶動(dòng)電站的財(cái)務(wù)狀況也能得到改善，則可激發(fā)開(kāi)發(fā)商對(duì)項(xiàng)目的投資興趣。

對(duì)調(diào)峰和電網(wǎng)穩(wěn)定性需建的大型調(diào)節(jié)水庫(kù)而言，盡管作了大量努力，但仍未能找到合適的新站址。但是，針對(duì)里奧尼河、特斯克里斯特斯卡利河、庫(kù)拉河以及英古里河所提出的開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，如奧尼(Oni)梯級(jí)電站、特斯克里斯特斯卡利梯級(jí)電站、開(kāi)石(Kaishi)電站、胡東尼計(jì)劃、帕里(Pari)項(xiàng)目或托巴里(Tobari)電站，以及庫(kù)拉河上的梯級(jí)電站，為對(duì)此類(lèi)項(xiàng)目感興趣的開(kāi)發(fā)者提供了機(jī)會(huì)。

7 結(jié) 語(yǔ)

建議對(duì)主要流域進(jìn)行綜合水資源管理研究(總體規(guī)劃)，并對(duì)不同類(lèi)型的蓄水項(xiàng)目重新制定相應(yīng)的方案；分析調(diào)水，梯級(jí)電站運(yùn)行管理或抽水蓄能等方案之間可能的協(xié)同作用；適當(dāng)考慮環(huán)境和社會(huì)方面因素，優(yōu)化水資源的利用；分析總負(fù)荷需求以及其在短期、中期和長(zhǎng)期的變化規(guī)律，從而擬定一個(gè)最佳的電力項(xiàng)目總體投資實(shí)施計(jì)劃。

2017-06-19

1006-0081(2017)10-0005-04

TV213

A

趙越譯

(編輯李曉濛)