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水電的當下與未來

發布日期:2022-09-21 信息來源:能源評論?首席能源觀 字號:[ ]

本刊在2010年中國水電百年之際,曾以《中國水電的理智與情感》為主題采訪潘家錚院士,問題之一是:“我國要實現2020年3.8億千瓦的水電開發量,還需要注意哪些問題?”這位水電泰斗回答:“主要還是制度上的問題,要真正把水電作為可再生能源看待,讓它享受新能源一樣的優惠政策,并把效益返回一部分到上游,解決生態和移民問題;要簡化水電審批程序,我希望有生之年能看到更多巨型電站——比如雅魯藏布江梯級電站的開工?!?/p>

(來源:微信公眾號“能源評論?首席能源觀”  作者:程洪瑾 王若溪)

江水澎湃,晝夜不歇。12年來,我國水電開發強度空前,烏東德、白鶴灘、兩河口、錦屏、金沙江上游電站橫空出世,我國水電總裝機已超4億千瓦;潘院士生前所期待的藏電東送、雅魯藏布江下游水電開發也進入了窗口期。水電的規模體量、技術裝備、產業體系,讓我國成為“水電強國”,并為建設“能源強國”增加了底氣。

而今年夏天,四川作為我國水電富集地,卻在“豐水期”電力電量雙缺。各方全力克難,終于守住電網安全和民生用電底線。問題與挑戰總是在催生新的思考。此前,業界對我國主力電源——煤電的定位,曾有一番再認識的過程;現在,我們對于水電的定位又應有哪些深化?對于水電高質量發展,業內人士又有哪些新的結論?

中國水力發電工程學會推薦專家楊永江解答我們的疑問。他長期從事水電規劃和投融資工作,曾參與三峽工程投融資方案設計、紫坪鋪水利樞紐開發、長江經濟帶建設論證等工作,現任水電學會科普信息部主任;他近年提出的“如何利用風光水加快實現碳中和目標”,入選中國科學技術協會“十大產業問題”。

水電“靠天吃飯”?“龍頭水庫”是定心丸

問:入夏以來,我國多地出現了有記錄以來持續時間最長、影響范圍最廣的極端高溫天氣。持續高溫干旱使得擁有“水電第一大省”之名的四川水力發電能力減半,而四川電力供應的80%恰恰都來源于水電。作為水電專家,您如何解讀這種情況?

答:今年川渝地區用電緊張狀況,主要原因是全球氣候變化趨勢下極端天氣造成的極度缺水。今年夏季四川上游的平均降水只有常年二分之一的水平,是有記錄以來降水最少的年份。

我國汛期來水一般占河川徑流量的60%~80%,天然降水主要集中在夏季,但今年恰恰因為極端天氣在汛期缺水了,這可以理解為一個長周期系列的豐枯變化,也是符合自然規律的。汛期來水緊缺導致水電無水,再加上極端高溫下負荷激增,致使川渝地區出現用電嚴重緊張局面。

問:局部極端天氣導致能源電力緊張,這種情況是否會成為一種常態?

答:應對此類問題須立足極端天氣常態化的趨勢。極端天氣導致缺水缺電的問題在全球視角來看并非個例,比如說,歐洲為應對氣候變化,一直非常積極地推進實施碳中和政策,德國、丹麥等很多國家都已經達到了50%占比的可再生能源發電,但現在為什么出現歐洲多個國家再次重啟化石能源保證電力供應的局面?這次歐洲能源危機既有地緣政治因素,也疊加了極端天氣因素。歐洲出現能源上的“回潮倒退”,可以視為人類由化石能源向清潔能源轉型過程中的一次重大能源危機。

問:從長周期來看,要避免這種情況需采取哪些關鍵措施?

答:出現極端干旱缺水,意味提高河流的調控能力至關重要。水電站的建設和水庫調度設計中,有多年調節水庫用以應對長周期豐枯變化中的突發情況。目前我國黃河、長江兩條主要江河的水量調節能力差異很大。通過水利部黃河水利委員會信息可知,黃河多年平均天然年徑流量為580億立方米,擁有600億立方米的總庫容,調節能力(即梯級水電開發所獲得的調節庫容與河流年徑流量之比)可達78%。黃河通過龍羊峽、小浪底、劉家峽等一系列水利設施,達到總庫容充足且具備多年調節的能力,從而實現儲存并重組水資源用以調配和發電,滿足了生產、生活、生態對水資源的需求。我曾經在30年前做過關于黃河流域的一個模擬計算,黃河流域的長周期豐枯變化大約是以22年為一個周期。具體到長江流域,修水電站和水庫同樣也是為了調節年際豐枯和長周期的豐枯。根據水利部近日批復的《2022年長江流域水工程聯合調度運用計劃》,長江年均徑流量為9513億立方米,總調節庫容為1160億立方米,占全國水資源總量35%的長江水資源調節能力很有限,約為17%。長江調節能力有限,庫容不充足,無法儲存足夠的水來發電以彌補電力缺口和緩解此次用電緊張,才讓此次川渝地區有些“措手不及”。

流域龍頭水庫建設可以緩解上述問題。理論上講,建設龍頭水庫投資大、造價高,且建設水庫需要征地、移民,建設難度大,所以這項工作進度往往滯后于實際需要。以四川境內的雅礱江和大渡河為例,因為雅礱江兩河口水電站以及其中一個調節庫容達到65.6億立方米的大水庫建設完成,雅礱江具有了多年調節能力,在應對此次電力危機中發揮了大作用。相比之下,盡管大渡河水電站已基本竣工,但它的雙江口龍頭水庫還沒建設起來,導致大渡河的調節能力依舊很弱。換句話說,在極端天氣來襲時,水庫調節能力不足,存不住水,水電站想加大供應也是“無米之炊”。結合此次川渝地區現實情況來看,流域龍頭水庫水電站要加快建設。

風光水電一體開發具有“先天優勢”

問:“利用風光水加快實現碳中和目標”是您一直關注的領域,您是否認為,這也是平抑來水豐枯的一個措施?另外,蜀地多霧,太陽能發電和風電資源情況允許嗎?

答:豐枯期水資源的互補是一個亟待解決的重點問題,今年四川出現用電危機主要是自然因素造成的,但長遠來看,也需深入思考和進一步規劃我國水電水利設施科學合理的布局。

風光水電多種清潔能源的一體化建設是將波動大、隨機性大、離散程度高的風電和光電與較穩定、啟???、運行靈活的水電連接在一起,構成一組優質電源,從而大大提高資源的利用率,提升電網的安全系數,減少棄水電量,增加收益。

至于資源情況,“蜀地多霧”指的是四川盆地,而江河流域的上游,尤其是青藏高原的邊緣地帶,山間、高原的風、光資源很好。另外,水電基地已經形成,電網和道路等基礎設施已經具備,連片開發“風光水一體化”模式非常有可行性。

問:風光水電的一體化開發的優勢互補性體現在哪些方面?

答:第一,風光水資源互補。我國的氣候特征為季風性氣候,冬季水小、風大、光好,夏季水多、風小、光差,風能、水能、太陽能三種資源形成了季節間的豐枯互補。

第二,風光水電力互補。從風能、太陽能、水能發電的過程來看:一天內,風電白天發電少,夜間發電多,24小時波動大,光電只能白天發電;一年內,風電、光電在冬季和夏季也各有“豐枯”。水電因為有水庫調節,發電非常平穩。因此,利用水電啟???、調節能力強的優勢,平抑風電和光電的隨機性、波動性、離散性,可根據市場需求短平快開發風電、光電,“插接”到水電基地,共同形成一組能夠滿足用戶需求的優質電源。

第三,風光水電投資互補。風電、光電以其投資小、造價低、短平快(最快1~2年或更短即可建成)的特點可以很好彌補水電投資大、造價高、工期長(5~10年或更長)的問題。風光水電在資源、電力和投資上的互補,可謂得天獨厚。

風光水互補開發也讓水電基地變成清潔能源基地,推動加快實現電力清潔化與碳中和。我國水能資源80%以上分布在西部地區,充分利用風、光、水能資源同宗同源的優勢,依托黃河上游、大渡河、雅礱江、金沙江、瀾滄江、怒江和雅魯藏布江等水電基地,形成風光水互補開發的國家清潔能源基地。我認為,應盡快實現多元能源互補,將水電基地建設成風光水一體化的清潔能源基地。

水電是新能源的“儲能設施”

問:大型水電正在為大范圍新能源發電充當“穩定器”,這和您建議的一體開發水風光基地有沖突嗎?畢竟,同一臺水電機組難以“一女二嫁”。

答:這用事實說明,水電與新能源有很強的互補性,與建設風光水(含抽水蓄能)一體化綜合清潔能源基地的內在規律是一致的,也同時說明了水電裝機容量增加的必要性。在常規水電資源有限的情況下,應大力發展抽水蓄能,后者基本上不消耗水資源,可以根據需求建設,也可以說“常規不夠,蓄能來湊”。

問:煤電的定位有一個被重新認識的過程,穩步推進煤電由主體電源向調節型電源轉變是當前電力行業的重中之重。而對于水電,我們通??粗厮恼{度運行靈活、環境友好、全生命周期成本低的特點。作為水電專家,您如何看待水電的定位和戰略意義?

答:第一,水電開發是我國水資源綜合利用的基礎。建設我國大型水庫水電站的首要任務是作為水利工程設施,承擔防洪、發電、航運、水資源綜合利用等任務,尤其是在調控水資源時空分布、優化水資源配置方面作用突出。我國地勢西高東低、呈階梯狀分布,這使得長江、黃河等河流都發源于青藏高原,形成了江河上游以水力發電為主、下游以水利為主的規劃布局。上游開發水電,相當于為“中華水塔”裝上了“水龍頭”,為下游水資源的綜合利用奠定了基礎。

第二,水電是未來可再生能源發展的壓艙石。風電和光電具有隨機性、波動性、離散性的特征,對電力系統的穩定性形成巨大考驗,只有靠儲能調節才能配套使用。而水電具有啟???、運行靈活和儲能的特點。常規水電是現成的“儲能設施”,通過風電、光電、水電一體化開發構成“聯合電站”,實現優勢互補,是滿足能源需求和實現電力清潔化的上佳路徑。

問:就開發強度而言,一位業內人士告訴我們:開發雅礱江,意味著我國大江大河的大型水電開發基本完成。此后,水電要高質量發展顯然還有許多工作要做,您認為未來需要從哪些方面加強?

答:以電興水,以水興國,要發揮好水電助力“雙碳”的作用,我的建議有三點:第一,加快推進風光水(含抽水蓄能)一體化開發。逐步將流域水電基地建設成風光水一體化的清潔能源基地,實現水電、光電、風電等清潔能源綜合效益的最大化。第二,加快河流龍頭水庫的建設。多修有調節性的龍頭水庫(例如:金沙江的龍盤水電站、紅水河的龍灘水電站二期),調節河流豐枯變化,保證水資源和能源安全。第三,加強全國電網的統一規劃、統一調度,高效配置全國范圍的能源資源,建立起東西南北互濟、晝夜陰晴互補的可再生能源系統。

我國利用水、風、光等資源優勢和水電、風電、光電、特高壓等產業技術優勢,構建以可再生能源為主的能源系統是實現碳中和、建設生態文明的必由之路。





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