當前水利發電的狀況與阻礙

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1水利發電的原理和分類

水力發電廠按水庫調節性能可分為多種。其一是無水庫,基本上來多少水發多少電的徑流式水電廠;其二是水庫很小,水庫的調節周期為一晝夜,將一晝夜天然徑流通過水庫調節發電的日調節式水電廠;其三是對一年內各月的天然徑流進行優化分配、調節,將豐水期多余的水量存入水庫,保證枯水期放水發電的年調節式水電廠;其四是多年調節式水電廠,其將不均勻的多年天然來水量進行優化分配、調節,多年調節的水庫容量較大,將豐水年的多余水量存入水庫,補充枯水年份的水量不足,以保證電廠的可調出力。

世界上已建的絕大多數水電站都屬于利用河川天然落差和流量而修建的常規水電站。水力發電廠是把水的勢能和動能轉變成電能。根據水力樞紐布置不同,主要可分為堤壩式、引水式、抽水蓄能水電廠等。堤壩式水電廠是在河床上游修建攔河壩,將水積蓄起來,抬高上游水位,形成發電水頭,堤壩式水電廠又可分為壩后式、河床式及混合式水電廠等。壩后式水電廠的廠房建筑在壩的后面,全部水頭由壩體承受,水庫的水由壓力水管引入廠房,轉動水輪發電機組發電。壩后式水電廠適合于高、中水頭的情況。河床式水電廠的廠房和擋水壩聯成一體,廠房也起擋水作用,因修建在河床中,故名河床式。河床式水電廠水頭一般在20~30m以下。混合式水電廠是引水與大壩混合使用獲得落差發電的。引水式水電廠是水電廠建筑在山區水流湍急的河道上或河床坡度較陡的地方,由引水渠道造成水頭,一般不需修壩或只修低堰。抽水蓄能水電廠,具有上池(上部蓄水庫)和下池(下部蓄水庫),在低谷負荷時水輪發電機組可變為水泵工況運行,將下池水抽到上池儲蓄起來,在高峰負荷時水輪發電機組可變為發電工況運行,利用上池的蓄水發電。抽水蓄能電站是20世紀60年代以來發展較快的一種水電站。而潮汐電站由于造價昂貴,尚未能大規模開發利用。其他形式的水力發電,如利用波浪能發電尚處于試驗研究階段。

2我國水利發電制約因素及利弊談

我國能源探明儲量中,原煤、原油、天然氣和水力資源的構成比例約為:50%、3%、0.3%、45%。我國常規能源以煤炭和水力資源為主,水力資源在我國能源資源中具有非常重要的作用。而當前,仍以煤炭能源為主的能源消費和生產現狀,已形成了嚴重的污染。盡管水能、風能、太陽能、潮汐能發電都是符合可持續發展理念的自然再生能源,但風電站的單位千瓦靜態投資是水電站的大約1.5倍,而每千瓦裝機年發電量卻不及水電站的一半,潮汐發電投資是水利發電的2~3倍,且選址復雜并會造成河岸淤堵。太陽能發電成本更高。可見,水能是目前最為經濟性,也最有開發潛力的能源,開發和利用豐富的水力資源、加快水電開發步伐已刻不容緩。

水利發電以其成本低廉,運行的高可靠性得到廣泛認可并得以迅猛發展。經過幾代水電人艱苦卓絕的努力,我國水電事業從小到大、從弱到強逐步發展壯大。但還存在很多消極因素制約了水利發電的健康發展。其一是電力工業壟斷體制的阻礙。我國水利和電力分別由水利部和電力部主管,而目前的情況和發展趨勢,水電資源的優先利用無法得到保證,大量的水電資源被浪費。水電上網電價低廉,水電站發展受限。開放電力市場,打破壟斷的電力工業體制,是解決水電問題的根本途徑。還應對水電上網電價進行改革,將“還本付息電價”這種單一電量電價結構改為兩部制電量電價的分時電價結構;其二是存在錯綜復雜的依賴關系。我國長期以火電為主,火電煤礦與火電廠唇齒相依。如果用水電代替火電,面臨困境的不僅是火電廠,更多的是為其供給能源的煤礦。部門或單位受經濟利益的驅動,形成了保火電,輕水電的局面,這樣就造成了大量的水電資源被白白浪費,棄損電量大大高于實際上網電量的現象也是屢見不鮮。

水電是清潔能源,可再生、無污染、運行費用低,便于進行電力調峰,有利于提高資源利用率和經濟社會的綜合效益。在地球傳統能源日益緊張的情況下,世界各國普遍優先開發水電,大力利用水能資源。我國不論是水能資源蘊藏量,還是可能開發的水能資源,都居世界第一位。目前,國內水電總裝機容量已超過1.5億kW,水電能源開發利用率從改革開放前的不足10%提高到了將近30%。水電事業的快速發展為國民經濟和社會發展作出了重要的貢獻,同時還帶動了中國電力裝備制造業的繁榮。三峽機組全部國產化,邁出了自主研發和創新的可喜一步。小水電設計、施工、設備制造也已經達到國際領先水平,使中國成為小水電行業技術輸出國之一。

水利發電可以大量減少SO2、CO2、空氣懸浮顆粒、粉煤灰等污染物的排放,還具有無可替代的天然優勢,然而水電的使用也存在弊端,也會對生態環境造成一定的影響。水庫是人工湖,湖面景觀令人心曠神怡,很多水庫已成為旅游勝地,但大型水庫會對周圍局部氣候產生影響,也會產生地質災害,在陡峭的黃土類岸坡,由于水的浸泡會發生嚴重的大范圍的坍塌,危機居民和耕地。大壩水庫也與地震有某種關系,曾有大壩因地震而潰壩,而大水庫首次蓄水,引發庫底地層深部應力改變可能誘發地震,但經過實踐和摸索,水庫分期蓄水,逐步抬高水位會降低誘發地震的烈度或者避免。此外,筑壩帶來的淹沒土地、移民、改變原有生態、影響水生物的生存和繁殖等等諸多問題都需要有相應的政策和措施予以妥善處理。