水電的當(dāng)下與未來

　　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(shí)現(xiàn)2020年3.8億千瓦的水電開發(fā)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(yōu)惠政策，并把效益返回一部分到上游，解決生態(tài)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。”

　　(來源：微信公眾號(hào)“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(fā)強(qiáng)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(jī)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(fā)也進(jìn)入了窗口期。水電的規(guī)模體量、技術(shù)裝備、產(chǎn)業(yè)體系，讓我國成為“水電強(qiáng)國”，并為建設(shè)“能源強(qiáng)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(wǎng)安全和民生用電底線。問題與挑戰(zhàn)總是在催生新的思考。此前，業(yè)界對我國主力電源——煤電的定位，曾有一番再認(rèn)識(shí)的過程;現(xiàn)在，我們對于水電的定位又應(yīng)有哪些深化?對于水電高質(zhì)量發(fā)展，業(yè)內(nèi)人士又有哪些新的結(jié)論?

　　中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)推薦專家楊永江解答我們的疑問。他長期從事水電規(guī)劃和投融資工作，曾參與三峽工程投融資方案設(shè)計(jì)、紫坪鋪水利樞紐開發(fā)、長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)論證等工作，現(xiàn)任水電學(xué)會(huì)科普信息部主任;他近年提出的“如何利用風(fēng)光水加快實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)”，入選中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)“十大產(chǎn)業(yè)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(xiàn)了有記錄以來持續(xù)時(shí)間最長、影響范圍最廣的極端高溫天氣。持續(xù)高溫干旱使得擁有“水電第一大省”之名的四川水力發(fā)電能力減半，而四川電力供應(yīng)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(qū)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?yàn)闃O端天氣在汛期缺水了，這可以理解為一個(gè)長周期系列的豐枯變化，也是符合自然規(guī)律的。汛期來水緊缺導(dǎo)致水電無水，再加上極端高溫下負(fù)荷激增，致使川渝地區(qū)出現(xiàn)用電嚴(yán)重緊張局面。

　　問：局部極端天氣導(dǎo)致能源電力緊張，這種情況是否會(huì)成為一種常態(tài)?

　　答：應(yīng)對此類問題須立足極端天氣常態(tài)化的趨勢。極端天氣導(dǎo)致缺水缺電的問題在全球視角來看并非個(gè)例，比如說，歐洲為應(yīng)對氣候變化，一直非常積極地推進(jìn)實(shí)施碳中和政策，德國、丹麥等很多國家都已經(jīng)達(dá)到了50%占比的可再生能源發(fā)電，但現(xiàn)在為什么出現(xiàn)歐洲多個(gè)國家再次重啟化石能源保證電力供應(yīng)的局面?這次歐洲能源危機(jī)既有地緣政治因素，也疊加了極端天氣因素。歐洲出現(xiàn)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(zhuǎn)型過程中的一次重大能源危機(jī)。

　　問：從長周期來看，要避免這種情況需采取哪些關(guān)鍵措施?

　　答：出現(xiàn)極端干旱缺水，意味提高河流的調(diào)控能力至關(guān)重要。水電站的建設(shè)和水庫調(diào)度設(shè)計(jì)中，有多年調(diào)節(jié)水庫用以應(yīng)對長周期豐枯變化中的突發(fā)情況。目前我國黃河、長江兩條主要江河的水量調(diào)節(jié)能力差異很大。通過水利部黃河水利委員會(huì)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(diào)節(jié)能力(即梯級水電開發(fā)所獲得的調(diào)節(jié)庫容與河流年徑流量之比)可達(dá)78%。黃河通過龍羊峽、小浪底、劉家峽等一系列水利設(shè)施，達(dá)到總庫容充足且具備多年調(diào)節(jié)的能力，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存并重組水資源用以調(diào)配和發(fā)電，滿足了生產(chǎn)、生活、生態(tài)對水資源的需求。我曾經(jīng)在30年前做過關(guān)于黃河流域的一個(gè)模擬計(jì)算，黃河流域的長周期豐枯變化大約是以22年為一個(gè)周期。具體到長江流域，修水電站和水庫同樣也是為了調(diào)節(jié)年際豐枯和長周期的豐枯。根據(jù)水利部近日批復(fù)的《2022年長江流域水工程聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃》，長江年均徑流量為9513億立方米，總調(diào)節(jié)庫容為1160億立方米，占全國水資源總量35%的長江水資源調(diào)節(jié)能力很有限，約為17%。長江調(diào)節(jié)能力有限，庫容不充足，無法儲(chǔ)存足夠的水來發(fā)電以彌補(bǔ)電力缺口和緩解此次用電緊張，才讓此次川渝地區(qū)有些“措手不及”。

　　流域龍頭水庫建設(shè)可以緩解上述問題。理論上講，建設(shè)龍頭水庫投資大、造價(jià)高，且建設(shè)水庫需要征地、移民，建設(shè)難度大，所以這項(xiàng)工作進(jìn)度往往滯后于實(shí)際需要。以四川境內(nèi)的雅礱江和大渡河為例，因?yàn)檠诺a江兩河口水電站以及其中一個(gè)調(diào)節(jié)庫容達(dá)到65.6億立方米的大水庫建設(shè)完成，雅礱江具有了多年調(diào)節(jié)能力，在應(yīng)對此次電力危機(jī)中發(fā)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(shè)起來，導(dǎo)致大渡河的調(diào)節(jié)能力依舊很弱。換句話說，在極端天氣來襲時(shí)，水庫調(diào)節(jié)能力不足，存不住水，水電站想加大供應(yīng)也是“無米之炊”。結(jié)合此次川渝地區(qū)現(xiàn)實(shí)情況來看，流域龍頭水庫水電站要加快建設(shè)。

　　風(fēng)光水電一體開發(fā)具有“先天優(yōu)勢”

　　問：“利用風(fēng)光水加快實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)”是您一直關(guān)注的領(lǐng)域，您是否認(rèn)為，這也是平抑來水豐枯的一個(gè)措施?另外，蜀地多霧，太陽能發(fā)電和風(fēng)電資源情況允許嗎?

　　答：豐枯期水資源的互補(bǔ)是一個(gè)亟待解決的重點(diǎn)問題，今年四川出現(xiàn)用電危機(jī)主要是自然因素造成的，但長遠(yuǎn)來看，也需深入思考和進(jìn)一步規(guī)劃我國水電水利設(shè)施科學(xué)合理的布局。

　　風(fēng)光水電多種清潔能源的一體化建設(shè)是將波動(dòng)大、隨機(jī)性大、離散程度高的風(fēng)電和光電與較穩(wěn)定、啟?？?、運(yùn)行靈活的水電連接在一起，構(gòu)成一組優(yōu)質(zhì)電源，從而大大提高資源的利用率，提升電網(wǎng)的安全系數(shù)，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(fēng)、光資源很好。另外，水電基地已經(jīng)形成，電網(wǎng)和道路等基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)具備，連片開發(fā)“風(fēng)光水一體化”模式非常有可行性。

　　問：風(fēng)光水電的一體化開發(fā)的優(yōu)勢互補(bǔ)性體現(xiàn)在哪些方面?

　　答：第一，風(fēng)光水資源互補(bǔ)。我國的氣候特征為季風(fēng)性氣候，冬季水小、風(fēng)大、光好，夏季水多、風(fēng)小、光差，風(fēng)能、水能、太陽能三種資源形成了季節(jié)間的豐枯互補(bǔ)。

　　第二，風(fēng)光水電力互補(bǔ)。從風(fēng)能、太陽能、水能發(fā)電的過程來看：一天內(nèi)，風(fēng)電白天發(fā)電少，夜間發(fā)電多，24小時(shí)波動(dòng)大，光電只能白天發(fā)電;一年內(nèi)，風(fēng)電、光電在冬季和夏季也各有“豐枯”。水電因?yàn)橛兴畮煺{(diào)節(jié)，發(fā)電非常平穩(wěn)。因此，利用水電啟停快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的優(yōu)勢，平抑風(fēng)電和光電的隨機(jī)性、波動(dòng)性、離散性，可根據(jù)市場需求短平快開發(fā)風(fēng)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(yōu)質(zhì)電源。

　　第三，風(fēng)光水電投資互補(bǔ)。風(fēng)電、光電以其投資小、造價(jià)低、短平快(最快1～2年或更短即可建成)的特點(diǎn)可以很好彌補(bǔ)水電投資大、造價(jià)高、工期長(5～10年或更長)的問題。風(fēng)光水電在資源、電力和投資上的互補(bǔ)，可謂得天獨(dú)厚。

　　風(fēng)光水互補(bǔ)開發(fā)也讓水電基地變成清潔能源基地，推動(dòng)加快實(shí)現(xiàn)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(qū)，充分利用風(fēng)、光、水能資源同宗同源的優(yōu)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(fēng)光水互補(bǔ)開發(fā)的國家清潔能源基地。我認(rèn)為，應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)多元能源互補(bǔ)，將水電基地建設(shè)成風(fēng)光水一體化的清潔能源基地。

　　水電是新能源的“儲(chǔ)能設(shè)施”

　　問：大型水電正在為大范圍新能源發(fā)電充當(dāng)“穩(wěn)定器”，這和您建議的一體開發(fā)水風(fēng)光基地有沖突嗎?畢竟，同一臺(tái)水電機(jī)組難以“一女二嫁”。

　　答：這用事實(shí)說明，水電與新能源有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，與建設(shè)風(fēng)光水(含抽水蓄能)一體化綜合清潔能源基地的內(nèi)在規(guī)律是一致的，也同時(shí)說明了水電裝機(jī)容量增加的必要性。在常規(guī)水電資源有限的情況下，應(yīng)大力發(fā)展抽水蓄能，后者基本上不消耗水資源，可以根據(jù)需求建設(shè)，也可以說“常規(guī)不夠，蓄能來湊”。

　　問：煤電的定位有一個(gè)被重新認(rèn)識(shí)的過程，穩(wěn)步推進(jìn)煤電由主體電源向調(diào)節(jié)型電源轉(zhuǎn)變是當(dāng)前電力行業(yè)的重中之重。而對于水電，我們通?？粗厮恼{(diào)度運(yùn)行靈活、環(huán)境友好、全生命周期成本低的特點(diǎn)。作為水電專家，您如何看待水電的定位和戰(zhàn)略意義?

　　答：第一，水電開發(fā)是我國水資源綜合利用的基礎(chǔ)。建設(shè)我國大型水庫水電站的首要任務(wù)是作為水利工程設(shè)施，承擔(dān)防洪、發(fā)電、航運(yùn)、水資源綜合利用等任務(wù)，尤其是在調(diào)控水資源時(shí)空分布、優(yōu)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(fā)源于青藏高原，形成了江河上游以水力發(fā)電為主、下游以水利為主的規(guī)劃布局。上游開發(fā)水電，相當(dāng)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(chǔ)。

　　第二，水電是未來可再生能源發(fā)展的壓艙石。風(fēng)電和光電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、離散性的特征，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性形成巨大考驗(yàn)，只有靠儲(chǔ)能調(diào)節(jié)才能配套使用。而水電具有啟?？?、運(yùn)行靈活和儲(chǔ)能的特點(diǎn)。常規(guī)水電是現(xiàn)成的“儲(chǔ)能設(shè)施”，通過風(fēng)電、光電、水電一體化開發(fā)構(gòu)成“聯(lián)合電站”，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，是滿足能源需求和實(shí)現(xiàn)電力清潔化的上佳路徑。

　　問：就開發(fā)強(qiáng)度而言，一位業(yè)內(nèi)人士告訴我們：開發(fā)雅礱江，意味著我國大江大河的大型水電開發(fā)基本完成。此后，水電要高質(zhì)量發(fā)展顯然還有許多工作要做，您認(rèn)為未來需要從哪些方面加強(qiáng)?

　　答：以電興水，以水興國，要發(fā)揮好水電助力“雙碳”的作用，我的建議有三點(diǎn)：第一，加快推進(jìn)風(fēng)光水(含抽水蓄能)一體化開發(fā)。逐步將流域水電基地建設(shè)成風(fēng)光水一體化的清潔能源基地，實(shí)現(xiàn)水電、光電、風(fēng)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(shè)。多修有調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)河流豐枯變化，保證水資源和能源安全。第三，加強(qiáng)全國電網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度，高效配置全國范圍的能源資源，建立起東西南北互濟(jì)、晝夜陰晴互補(bǔ)的可再生能源系統(tǒng)。

　　我國利用水、風(fēng)、光等資源優(yōu)勢和水電、風(fēng)電、光電、特高壓等產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建以可再生能源為主的能源系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碳中和、建設(shè)生態(tài)文明的必由之路。