陳 桂 亞,陳 瀟,蔡 淑 兵,洪 興 駿2,,張 利 升

(1.水利部長江水利委員會,湖北 武漢 430010; 2.長江水利委員會水旱災(zāi)害防御創(chuàng)新團(tuán)隊,湖北 武漢 430010; 3.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430010)

0 引 言

近年來,隨著全球經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展,溫室氣體排放加劇,在自然變化疊加人類活動影響的背景下,干旱、高溫、洪水等極端天氣事件時有發(fā)生且影響大[1],引起了世界各國的高度重視和廣泛關(guān)注[2-4];大力開發(fā)清潔可再生能源、加快推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型成為各國共識。2020年9月22日,習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上作出“雙碳”承諾[5]。同一時期,國家有關(guān)部委立足于中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展現(xiàn)狀,審時度勢,密集出臺了《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》等系列重大方針政策,成為中國加快構(gòu)建現(xiàn)代能源體系、推動能源高質(zhì)量發(fā)展的總體藍(lán)圖和行動綱領(lǐng)。

就能源供給側(cè)而言,能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型即逐步減少以往黑色、高碳的能源供給模式,轉(zhuǎn)向以風(fēng)電、光伏、水電等清潔可再生能源為主導(dǎo)的多元能源體系[6]。其中,風(fēng)電、光伏等可再生能源的波動性、隨機(jī)性和間歇性顯著,其出力過程往往與電網(wǎng)供電需求不相適應(yīng),風(fēng)光大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行勢必給電網(wǎng)運(yùn)行安全帶來較大沖擊[7-8],需充分挖掘常規(guī)水電的調(diào)峰潛力、新建抽水蓄能電站(含混合式抽水蓄能電站)等儲能項目以平抑風(fēng)光出力波動、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[9]。

中國水電建設(shè)可追溯到新中國成立前后[10],隨著改革開放、水電建設(shè)體制改革的不斷推進(jìn),水電建設(shè)以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平、吸納機(jī)組制造技術(shù)進(jìn)步為原則,于20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)前10 a進(jìn)入開發(fā)黃金期。經(jīng)歷70余年的持續(xù)發(fā)展,各大流域內(nèi)重點(diǎn)水能資源基本開發(fā)完成[11-12]。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,截至2021年底,全國范圍內(nèi)常規(guī)水電裝機(jī)3.55億kW,占總發(fā)電裝機(jī)容量的15.0%,占技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量的53.7%[10]。目前,一部分已建水電機(jī)組使用壽命已基本達(dá)到設(shè)計年限,當(dāng)前及未來存在著大量的機(jī)組需進(jìn)行更新改造。

作為重要的清潔能源開發(fā)利用方式之一,常規(guī)水電可利用其調(diào)節(jié)性能有效緩解風(fēng)、光等新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)帶來的電力消納壓力,改善電網(wǎng)電能質(zhì)量,保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[13]?？紤]到已建大中型水利水電工程,尤其是處于中國西南地區(qū)的工程,多以穩(wěn)定供應(yīng)電量為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計,且往往承擔(dān)著防洪、供水、灌溉、航運(yùn)等多項綜合利用任務(wù)[1-2],在一定程度上制約了常規(guī)水電調(diào)峰性能的發(fā)揮[14-15]。在水能資源開發(fā)余量不足、風(fēng)光新能源大幅并網(wǎng)運(yùn)行的新形勢下[16-17],水能資源開發(fā)與利用將面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的局面,如何探索水能資源開發(fā)及利用的合理路徑是進(jìn)一步提升水能資源效能的關(guān)鍵問題。

為此,本文以長江流域為研究對象,立足于流域內(nèi)水能資源開發(fā)現(xiàn)狀,按照新時代水能資源開發(fā)、新能源建設(shè)的有關(guān)要求,初步探討水能資源開發(fā)的可行路徑,分析其綜合利用能效,為新時代長江流域乃至全國水能資源開發(fā)事業(yè)提供一定的參考與借鑒。

1 長江流域水能資源開發(fā)現(xiàn)狀及新時代要求

長江流域橫跨中國東部、中部和西部三大經(jīng)濟(jì)區(qū),流域面積180萬km2,占國土面積的18.8%,長江干支流流經(jīng)省市達(dá)19個,流域內(nèi)更是分布有長三角、長江中游以及成渝三大城市群,長江流域的水能資源高效合理利用可有效助力實施長江經(jīng)濟(jì)帶和“一帶一路”等國家戰(zhàn)略[2,18],篤行大國擔(dān)當(dāng)與“雙碳”承諾。

從資源稟賦上看,長江流域水能資源豐富優(yōu)質(zhì),是中國水能資源最為富集的地區(qū),水力資源理論蘊(yùn)藏量達(dá)30.05萬MW,年電量2.67萬億kW·h,約占全國的40%。1950年2月,水利部派出流域管理機(jī)構(gòu)長江水利委員會成立,在流域內(nèi)行使水行政管理職責(zé),長江流域水能資源開發(fā)與利用由此進(jìn)入實質(zhì)性推進(jìn)階段。2022年白鶴灘水電站投運(yùn)后,長江流域水電總裝機(jī)為23.36萬MW,已達(dá)水力資源理論蘊(yùn)藏量的77.7%,設(shè)計年發(fā)電量達(dá)9 251億kW·h。

長江流域內(nèi)風(fēng)能、太陽能、生物能、地?zé)崮艿仁重S富,是中國新能源發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域之一。新能源的大幅并網(wǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大電網(wǎng)峰谷差,迫切需要在保證在運(yùn)水利水電工程綜合效益有效發(fā)揮的基礎(chǔ)上,繼續(xù)開發(fā)常規(guī)水電、抽水蓄能等優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)電源以解決風(fēng)光新能源高比例消納、大幅棄電等難題。為此,新時代長江流域水能資源開發(fā)路徑可基本囊括為機(jī)組增容改造、電站擴(kuò)機(jī)、水庫群優(yōu)化調(diào)度等[10-19]。

2 新時代提升長江流域水能資源開發(fā)與利用效能路徑初探

當(dāng)前,長江流域內(nèi)大中型水利水電工程已基本開發(fā)完成,新建常規(guī)水電的發(fā)展空間有限。

機(jī)組增容改造[19]即通過吸納新技術(shù)、新材料和新工藝,對到達(dá)設(shè)計運(yùn)行年限的水電機(jī)組進(jìn)行更新改造,可在維持機(jī)組尺寸不變、不新增環(huán)境破壞和移民搬遷等情況下,單純依靠機(jī)組制造技術(shù)進(jìn)一步提高機(jī)組的額定容量,以提高水能資源的開發(fā)利用效率。機(jī)組增容改造可增加電站發(fā)電量,為電網(wǎng)增添調(diào)峰容量,助力電網(wǎng)高比例吸納新能源,進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

水電站擴(kuò)機(jī)[20]即針對已建水利水電工程新增機(jī)組臺數(shù),需因地制宜、綜合考慮水能資源利用狀況、工程建設(shè)條件、生態(tài)環(huán)境制約等因素,合理確定擴(kuò)機(jī)規(guī)模。與機(jī)組增容改造相比,進(jìn)行電站擴(kuò)機(jī)時可能存在更多制約因素,但水電站擴(kuò)機(jī)亦可提高水能資源的開發(fā)利用效率,增加水電站的電量、調(diào)峰容量、平衡新能源等效益。

水庫群優(yōu)化調(diào)度即充分利用水庫群水力、電力聯(lián)系和庫容、出力補(bǔ)償作用,通過優(yōu)化水庫群的庫容使用次序和分配方式,實現(xiàn)水庫群調(diào)節(jié)庫容協(xié)同運(yùn)用和防洪庫容占用風(fēng)險對沖[18,21],是提升流域水資源利用效能的必由之路。進(jìn)一步,可根據(jù)年內(nèi)不同時段來水量級與規(guī)律,將水庫群優(yōu)化調(diào)度劃分為汛期優(yōu)化調(diào)度、汛末期優(yōu)化調(diào)度、消落期優(yōu)化調(diào)度,以充分利用水量,增發(fā)季節(jié)性電能。

2.1 路徑一:改造增容

一般而言,常規(guī)水電機(jī)組的設(shè)計運(yùn)行年限為25～30 a。在長期運(yùn)行中,因葉片空化、轉(zhuǎn)輪高頻振動等問題,電站機(jī)組的運(yùn)行安全穩(wěn)定性、水電能轉(zhuǎn)換效率都將下降,機(jī)組附屬設(shè)備以及電氣設(shè)備的配套水平也有待提高[19]。如前所述,目前及未來一段時期內(nèi),長江流域內(nèi)一批大中型水利水電工程機(jī)組投運(yùn)年限已接近設(shè)計年限,因此,吸納國內(nèi)外先進(jìn)的機(jī)組制造技術(shù)、完成水電站機(jī)組的改造增容是當(dāng)前乃至今后十余年間長江流域水能資源開發(fā)與利用的重要路徑之一[10]。本節(jié)以丹江口水利樞紐為例闡述水電站機(jī)組改造增容的綜合效益。

丹江口水利樞紐[15]位于湖北省十堰丹江口市漢江干流,具有防洪、供水、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)等綜合利用效益,是漢江綜合利用開發(fā)治理的關(guān)鍵性水利工程,也是南水北調(diào)中線的供水水源工程。工程于1958年9月動工修建,1974年丹江口樞紐初期工程建成。丹江口水電站機(jī)組改造增容工作主要包括對水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、上下固定止漏環(huán)等設(shè)備以及調(diào)速系統(tǒng)的更新,以及對發(fā)電機(jī)定子線棒、匯流母線等的更新,使機(jī)組的過流能力和水電能轉(zhuǎn)化效率得以提升。目前,丹江口水電站機(jī)組改造增容已全部完成,裝機(jī)容量達(dá)到1 021 MW,較設(shè)計裝機(jī)規(guī)模900 MW,新增121 MW,多年平均發(fā)電量33.44億kW·h,較設(shè)計發(fā)電量增加1.03億kW·h,減排二氧化碳約9萬t/a。

丹江口水電站機(jī)組改造增容的效益不僅僅局限于增發(fā)電量和減排二氧化碳。從參與電網(wǎng)調(diào)峰、平衡新能源方面分析,丹江口水電廠機(jī)組改造增容新增121 MW的容量可全部用于電網(wǎng)調(diào)峰,提高了丹江口水電廠作為湖北統(tǒng)調(diào)電站的調(diào)頻、調(diào)峰和事故備用的能力;若將新增容量結(jié)合風(fēng)光新能源進(jìn)行一體化開發(fā),考慮丹江口優(yōu)異的調(diào)節(jié)性能,可初步按照1∶1.5的比例配置近180 MW的風(fēng)光資源,促進(jìn)鄂西北新能源的高比例消納[20]。從對生態(tài)環(huán)境施加的影響以及移民征地方面分析,機(jī)組改造增容所涉及的工程建設(shè)范圍基本在工程已有的征地范圍內(nèi),無新增社會環(huán)境影響。

如前所述,長江流域已建水利水電工程機(jī)組使用壽命已經(jīng)或即將基本達(dá)到設(shè)計年限,隨著中國水電機(jī)組制造技術(shù)的進(jìn)步,未來僅通過機(jī)組改造增容,納入2022年長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度的51座控制性水庫便可在原設(shè)計裝機(jī)容量127 494.5 MW的基礎(chǔ)上新增裝機(jī)約16 600 MW,增發(fā)電量約17億kW·h,減排二氧化碳約1 270萬t/a,由此可配置約24 900 MW的風(fēng)光資源,可極大支撐世界上最大清潔能源走廊的持續(xù)建設(shè)。

由于丹江口水電站機(jī)組改造是南水北調(diào)中線一期工程水源工程建設(shè)的一項內(nèi)容,設(shè)計時仍按原設(shè)計的容量標(biāo)定機(jī)組銘牌,試驗證明按改造增容的容量運(yùn)行,機(jī)組更安全穩(wěn)定,電量增加,調(diào)峰能力也會增加,各有關(guān)方面應(yīng)本著實事求是的原則加快認(rèn)定,并做好相關(guān)配套工作,盡早按新的容量運(yùn)行。機(jī)組實際出力大于銘牌標(biāo)定的額定出力,在三峽工程、烏東德水電站中也存在,通過科學(xué)論證,配套完善輸變電等相關(guān)工程,符合要求后也應(yīng)及時投入運(yùn)行。

2.2 路徑二:電站擴(kuò)機(jī)

長江流域水利水電工程的大規(guī)模開發(fā)建設(shè)主要集中在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)前10 a。為適應(yīng)當(dāng)時經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對電力電量的要求,在水利水電工程設(shè)計之初,便要求結(jié)合送電通道輸電能力、受電地區(qū)的電力電量需求,尤其在中國西南地區(qū),由于水電廠遠(yuǎn)離負(fù)荷中心,在設(shè)計中往往要求以遠(yuǎn)距離輸送穩(wěn)定電量為目標(biāo)擬定水利水電工程的裝機(jī)容量,致使該地區(qū)水電裝機(jī)利用小時數(shù)達(dá)5 000 h以上,也導(dǎo)致了部分河段內(nèi)的梯級電站上下游滿發(fā)流量不協(xié)調(diào)、水能資源的利用效率較低等問題。本節(jié)以向家壩水電站為例,以河段水能資源合理利用為目標(biāo),分析電站擴(kuò)機(jī)的綜合效益。

向家壩水電站[22]位于云南省水富市與四川省宜賓市交界處的金沙江下游河段,上接溪洛渡水電站,工程任務(wù)以發(fā)電為主,同時兼有改善通航條件、防洪、灌溉,以及對溪洛渡水電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)等綜合效益[23],是國家“西電東送”骨干電源之一。向家壩水電站設(shè)計裝機(jī)容量6 000 MW(最大出力6 400 MW),單站設(shè)計年發(fā)電量307.47億kW·h,裝機(jī)年利用小時5 125 h,水量利用率89.7%,滿發(fā)流量約6 500 m3/s,是金沙江下游河段梯級電站的最末一級;工程于2006年11月26日正式開工建設(shè),2014年7月10日全面投產(chǎn)發(fā)電。隨著白鶴灘水電站的投運(yùn),本河段水電開發(fā)基本完成。上游梯級溪洛渡水電站裝機(jī)容量12 600 MW,滿發(fā)流量約7 200 m3/s。因此,僅從合理利用水能資源角度分析,向家壩水電站具備擴(kuò)機(jī)的潛力。

以上下游水能資源合理利用為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合工程建設(shè)條件、能源供給需求[20]等因素,初步擬定向家壩水電站以3×480 MW的形式擴(kuò)機(jī)1 440 MW。待擴(kuò)機(jī)工程完成后,向家壩水電站單站設(shè)計年發(fā)電量預(yù)計增加10.7億kW·h,補(bǔ)充裝機(jī)年利用小時743 h,水量利用率可提高3.2%左右,機(jī)組滿發(fā)流量增加1 700 m3/s左右,減排二氧化碳約107萬t/a,可進(jìn)一步提升水能資源的利用效率,有效夯實向家壩水電站作為國家“西電東送”骨干電源之一、保障華中和華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展能源供應(yīng)需求的重要地位。

同樣,向家壩水電站的擴(kuò)機(jī)效益不僅僅局限于增發(fā)電量和減排二氧化碳。向家壩水電站現(xiàn)狀裝機(jī)容量下滿發(fā)流量比溪洛渡滿發(fā)流量小近700 m3/s;因新增3臺機(jī)組,向家壩水電站滿發(fā)流量約8 200 m3/s,已大于溪洛渡水電站現(xiàn)狀滿發(fā)流量,可改善溪洛渡向家壩梯級間滿發(fā)流量的匹配程度,也使得溪向梯級乃至金沙江下游4座梯級日常調(diào)度運(yùn)行計劃編制的優(yōu)化空間進(jìn)一步得到釋放。在電站防洪調(diào)度作業(yè)中,新增3臺機(jī)組可提高樞紐遭遇常遇洪水時的調(diào)度靈活性[1,15];待擴(kuò)機(jī)完成后,樞紐泄流能力將有所增加,可在保障下游行洪安全的前提下,將預(yù)泄時間(庫水位由372.50 m 降至370.00 m)由76 h縮減至24 h,使得向家壩水庫預(yù)泄時間可與現(xiàn)狀短期洪水預(yù)報預(yù)見期相匹配[3,24],洪水資源利用效率有望進(jìn)一步提高。在電站機(jī)組運(yùn)行方面,考慮到向家壩水電站下游基荷流量為1 200～1 500 m3/s,現(xiàn)狀機(jī)組需開機(jī)兩臺,機(jī)組運(yùn)行效率相對較低;向家壩水電站擴(kuò)機(jī)工程建成后,現(xiàn)狀機(jī)組可與擴(kuò)機(jī)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行承擔(dān)基荷,在滿足下泄基荷流量的基礎(chǔ)上,有效提高機(jī)組運(yùn)行效率。在參與電網(wǎng)調(diào)峰、平衡新能源方面,向家壩水電站本身即為優(yōu)質(zhì)的調(diào)峰電源,向家壩擴(kuò)機(jī)可增加容量1 440 MW,可為電力系統(tǒng)提供1 440 MW的清潔能源電源和調(diào)節(jié)能力;同樣按照1∶1.5的比例初步計算,向家壩水電站新增裝機(jī)容量可配置約2 200 MW的風(fēng)光資源,新能源一體化開發(fā)前景廣闊。

向家壩水電站的擴(kuò)機(jī)建設(shè)工程已基本完成,但由于核準(zhǔn)手續(xù)、環(huán)保要求等問題,一停就達(dá)5 a以上。進(jìn)入新發(fā)展階段形勢發(fā)生了變化,各方應(yīng)共同努力加快推進(jìn)完工投運(yùn)。

在長江流域大型水電站上進(jìn)行增容與擴(kuò)機(jī)前景廣闊,僅湖北省內(nèi)具備增容與擴(kuò)機(jī)條件的裝機(jī)總量可達(dá)3 995 MW。對于下庫回水與上庫尾水銜接且有一定水頭重疊的梯級水庫,經(jīng)論證后可考慮安裝可逆式水輪機(jī)組,相當(dāng)于抽水蓄能電站,如漢江支流堵河潘口水電站(上庫,已投運(yùn))計劃裝設(shè)2臺單機(jī)容量149 MW的可逆式水泵水輪機(jī)組,已開工建設(shè),下庫是已投運(yùn)的小漩水電站。增容與擴(kuò)機(jī)工程實施后,可進(jìn)一步拓展長江流域水庫群聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化空間,提升水能資源利用效益。

2.3 路徑三:水庫群優(yōu)化調(diào)度

2.3.1汛期優(yōu)化調(diào)度

洪水的發(fā)生為隨機(jī)事件,在年內(nèi)長達(dá)半年的汛期中,不可能每月都會發(fā)生較大洪水,但發(fā)生常遇洪水(或稱中小洪水)的次數(shù)較多[24]。洪水會帶來災(zāi)害,但同時也是資源。隨著水文氣象預(yù)報技術(shù)和手段的不斷發(fā)展和進(jìn)步,獲得較長預(yù)見期和可靠的預(yù)報精度具有較大的保障,這為調(diào)度人員提供了較大的主動性和回旋空間。在保證防洪安全的前提下,根據(jù)降雨和洪水預(yù)報信息,利用水庫對常遇洪水進(jìn)行調(diào)節(jié),適當(dāng)抬高水庫短時的運(yùn)行水位(運(yùn)行水位動態(tài)控制),可以減小水庫下游的防洪壓力,實現(xiàn)洪水資源化利用,提高水電站的發(fā)電、航運(yùn)、生態(tài)等綜合效益[21]。對承擔(dān)防洪任務(wù)的水庫或水庫群,一般必須通過研究制定調(diào)度實施條件和控制指標(biāo),并編制調(diào)度方案,經(jīng)有調(diào)度權(quán)限的主管部門批準(zhǔn)后實施,及時開展預(yù)報預(yù)泄,控制防洪風(fēng)險。

2.3.2汛末期優(yōu)化調(diào)度

汛末期,江河水位已有所回落,要用好汛末期的洪水資源,抓住洪水尾巴蓄水[2]。根據(jù)各水庫的防洪任務(wù)及防洪庫容預(yù)留時間,科學(xué)有序安排各水庫進(jìn)行蓄水[23,25],一般情況下,先上游后下游,先支流后干流。因蓄水量較大,有條件實施汛末提前蓄水的水庫,編制提前蓄水方案,經(jīng)批準(zhǔn)后實施。汛末蓄水期間須保證水電站下游河道生產(chǎn)生活、生態(tài)環(huán)境、航運(yùn)等用水需求,并可根據(jù)實際來水情況調(diào)整蓄水時間和蓄水進(jìn)程[3]。例如在蓄水期間發(fā)生較大洪水,應(yīng)暫停蓄水或?qū)嵤╊A(yù)泄騰出部分防洪庫容,以確保防洪安全。

2.3.3消落期優(yōu)化調(diào)度

有防洪任務(wù)的水庫,每年各水庫完成蓄水后,枯水期通過發(fā)電進(jìn)行消落,到次年汛前規(guī)定的時間消落到汛期限制水位[2]。水庫消落調(diào)度的目標(biāo)是在保證供水安全、生態(tài)安全和航運(yùn)安全的前提下,盡量提高水庫群的發(fā)電效益?？菟攴菟畮煜湔{(diào)度的主要任務(wù)是滿足其下游的供水需求,支流缺水則調(diào)度本支流的水庫補(bǔ)水,本支流有多座水庫的要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)安排[2]。原則上蓄水量大且出力不受限制的水庫先補(bǔ),再按各水庫的蓄水量比例同時實施補(bǔ)水調(diào)度。如果干流缺水則相關(guān)水庫也按上述原則進(jìn)行補(bǔ)水調(diào)度。在防洪形勢不緊張、不需要實施防洪調(diào)度、來水大于機(jī)組滿發(fā)流量時,經(jīng)論證和實時調(diào)度分析,運(yùn)行水位可適當(dāng)推遲消落到汛限水位,增加調(diào)峰能力和發(fā)電量。

3 建 議

水能資源開發(fā)是能源發(fā)展的重大戰(zhàn)略方針,水電能源的高質(zhì)量發(fā)展事關(guān)國計民生和國家能源安全?，F(xiàn)階段,長江流域境內(nèi)大中型水能資源已基本開發(fā)完畢,流域梯級水電站開發(fā)格局、庫群聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行管理機(jī)制已形成,龍頭水庫的徑流補(bǔ)償效益、控制性水庫的攔蓄補(bǔ)償效益等得以有效發(fā)揮。密集出臺的系列國家能源戰(zhàn)略方針政策,指引了長江流域乃至全國能源發(fā)展新方向。結(jié)合本文的研究成果,現(xiàn)對長江流域乃至全國的水能資源開發(fā)和合理利用提出如下幾點(diǎn)建議:

(1) 在既定方針政策指導(dǎo)下,長江流域內(nèi)的水能資源開發(fā)與利用早已付諸實踐。現(xiàn)階段,流域內(nèi)丹江口、三峽、葛洲壩等大型水利樞紐機(jī)組改造增容論證與實踐工作已完成多年,改造后的機(jī)組實質(zhì)上可在更高的有功功率下長期安全穩(wěn)定高效運(yùn)行,但因行政審批等因素,遲遲未能發(fā)揮機(jī)組改造增容的綜合效益。目前,針對三峽、丹江口等水電站的容量挖潛問題,長江水利委員會下屬企業(yè)長江設(shè)計集團(tuán)有限公司正積極開展有關(guān)研究,部分成果已得到業(yè)內(nèi)專家的充分認(rèn)可,可為有關(guān)部門決策提供技術(shù)支撐。因此,建議長江水利委員會在水利部的領(lǐng)導(dǎo)下,積極與國家能源局、自然資源部、生態(tài)環(huán)境部以及國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等發(fā)配電企業(yè)攜手,大力推進(jìn)長江流域已建水電站發(fā)電容量挖潛工作,積極組織開展相關(guān)研究,早日為機(jī)組銘牌重新科學(xué)核定提供政策依據(jù)。

(2) 為實現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”,光伏、風(fēng)電裝機(jī)將持續(xù)增加,常規(guī)水電、抽水蓄能電站(含混合式抽水蓄能電站)需擔(dān)當(dāng)更加繁重的調(diào)節(jié)任務(wù)。雖然,近年來國家有關(guān)部門正積極實行電力市場化改革,但落實到發(fā)電企業(yè)營收狀況時,抽水蓄能電站往往處于虧損狀態(tài),短時期大規(guī)模建設(shè)抽水蓄能電站,還會帶來一系列問題。因此,建議在充分發(fā)揮已建水電站調(diào)峰能力的基礎(chǔ)上,各地科學(xué)有序安排抽水蓄能電站建設(shè),國家有關(guān)部委進(jìn)一步優(yōu)化電力市場改革方案,完善常規(guī)水電、抽水蓄能電站參與電網(wǎng)輔助服務(wù)的電價形成機(jī)制。

(3) 風(fēng)光水蓄聯(lián)合調(diào)度管理是資源高效利用的落地抓手。利用常規(guī)水電、抽水蓄能的調(diào)節(jié)性能改善風(fēng)光并網(wǎng)條件是當(dāng)前面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),且考慮到實行機(jī)組改造和電站擴(kuò)機(jī),電站群優(yōu)化空間進(jìn)一步擴(kuò)大,有必要開展風(fēng)光水蓄一體化規(guī)劃和聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究,以充分釋放常規(guī)水電、抽水蓄能等各類調(diào)節(jié)電源的調(diào)節(jié)性能,提升風(fēng)光新能源消納水平。

4 結(jié) 論

本文以長江流域為研究對象,開展新時代水能資源開發(fā)路徑及合理利用研究,分析了現(xiàn)階段長江流域水能資源開發(fā)現(xiàn)狀,以及面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn),由此提出新時代長江流域水能資源開發(fā)的具體路徑。在此基礎(chǔ)上,分別以漢江丹江口水利樞紐、金沙江下游向家壩水電站為例,論述了水電站機(jī)組改造增容與電站擴(kuò)機(jī)的必要性和綜合效益,并指出了水庫群優(yōu)化調(diào)度的3種實施方法。通過上述初步研究,可得出以下結(jié)論:

(1) 在新時代背景下,對常規(guī)水電進(jìn)行增容改造既是大勢所趨,也是現(xiàn)實需求,長江流域內(nèi)常規(guī)水電機(jī)組增容前景廣闊,綜合效益顯著。同時,機(jī)組改造增容不增加庫區(qū)淹沒影響區(qū),基本不涉及土地占用和移民搬遷問題,不改變原樞紐正常運(yùn)行對自然生態(tài)環(huán)境以及社會環(huán)境影響范圍和影響程度,不會造成水土流失,幾乎無不利影響和制約因素。

(2) 電站擴(kuò)機(jī)是符合能源綠色轉(zhuǎn)型及水能資源高效利用的主要方式之一,可提高水電站電量容量效益、增強(qiáng)電站機(jī)組運(yùn)行和水庫調(diào)度的靈活性、助力新能源基地建設(shè)等綜合性效益。

(3) 通過實施水庫群優(yōu)化調(diào)度,提升水電站的調(diào)峰能力和發(fā)電量,推進(jìn)水電站與太陽能電站、風(fēng)力發(fā)電站聯(lián)合調(diào)度,必要時輸變電設(shè)施與線路需實施配套建設(shè),保障供電安全。