第五节 河流水能开发规划

一、水能规划的概念

广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。水能是一种可再生能源，水力发电是运用水的势能和动能转换成电能来发电的方式。以水力发电的工厂称为水力发电厂，简称水电厂，又称水电站。

开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用，对促进国民经济发展，改善能源消费结构，缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意义，因此世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。据统计，已查明可开发的水能，我国占第一位，以下为俄罗斯、巴西、美国、加拿大、扎伊尔。我国仅河川水能资源的蕴藏量就有约6.8亿kW（按多年平均流量估算）；海洋水能资源也很丰富，仅潮汐资源一项，初步估算有1.1亿kW。应该说明，水能资源蕴含量中可能开发利用的仅是其中的一部分。根据普查资料，单站装机1万kW以上的可能开发水电站共1946座，总装机容量可达3.6亿kW。我国水能资源的分布，按地区划分，集中在西部地区，京广铁路以西占全国的90%以上，其中以西南地区为最多，占全国的70%；其次为中南及西北地区，分别约占10%及13%左右。按流域划分，以举世闻名的长江为最多，约占全国的40%。特别值得一提的是长江上的三峡水利枢纽，除有巨大的防洪效益和航运效益外，水电站装机容量达2250万kW（设计蓄水位为175m时）。

世界上水能资源丰富但煤炭、石油资源少的国家，如瑞士、瑞典，水电占全国电力工业的60%以上。水、煤、石油资源都比较丰富的国家，如美国、俄罗斯、加拿大等国，一般也大力开发水电。美国、加拿大开发的水电已占可开发水能的40%以上。水能少而煤炭资源丰富的国家，如德国、英国，对仅有的水能资源也尽量加以利用，开发程度很高，已开发的约占可开发的80%。水、煤、石油资源都很贫乏的国家，如法国、意大利等，开发利用程度更高，已超过90%。委内瑞拉盛产石油，水电比重也占50%。由此可见，许多国家发展电力工业，都优先发展水电。因此，水能开发主要为水力发电，其优点是成本低、可连续再生、无污染，具体如下：

（1）水力是可以再生的能源，能年复一年地循环使用，而煤炭、石油、天然气都是消耗性的能源，逐年开采，剩余的越来越少，甚至完全枯竭；

（2）水能用于发电成本低，积累多，投资回收较快；

（3）水能没有污染，是一种干净的能源；

（4）水电站一般都有防洪、灌溉、航运、养殖、美化环境、旅游等综合经济效益；

（5）年调节和多年调节水电站可按需供电；

（6）减轻洪水泛滥灾害；

（7）提供灌溉用水；

（8）改善河流航运条件；

（9）有关工程同时改善该地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。

水力发电的缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的影响，具体如下：

（1）生态破坏，大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响等。不过，这些负面影响是可预见，并通过工程措施和调度措施可以减小的。

（2）需筑坝移民等，基础建设投资大，搬迁任务重；

（3）降水季节变化大的地区，少雨季节发电量少甚至停发电；

（4）下游河口地区肥沃的冲积土减少。

二、河流水能开发规划原则

河流水能开发规划，主要为水力发电规划，其原则和方法如下：

（1）流域水力发电规划应根据开发流域水能资源的要求，或结合流域其他治理开发任务拟定河流梯级开发方案，初步拟定枢纽特征水位与水电站装机规模，提出供电方向，并阐明发电效益。

（2）河流（河段）梯级开发方案应根据水力发电在治理开发任务中的主次地位，在流域总体规划指导下，综合考虑社会经济发展对电力的需求、水能资源分布特点、综合利用要求、地形地质条件、水库淹没、动能经济指标和环境影响等因素，经方案比较选定。

引水式开发或跨流域引水开发，应充分考虑引水地点以下河段水量减少对供水、灌溉、航运、漂木以及生态与环境可能产生的影响，并采取相应对策。

（3）河流水电开发方案应根据电力系统对供电质量的要求，重视研究具有较好调节性能的水库梯级，以提高水能开发利用程度。在火电比重大又缺少调峰水电站的地区，有条件时应对抽水蓄能电站的开发进行研究论证。

在大型灌溉引水渠道上，应研究结合灌溉季节发电的可能性与合理性。

（4）规划水电站应根据水库调节性能，合理选择代表年或代表径流系列，计算单独运用和梯级联合运用时的保证出力和平均年发电量。径流调节计算应考虑其他综合利用部门用水对发电的影响。

（5）规划水电站的正常蓄水位和其他特征水位，应根据水电站下游防洪与综合利用水资源的要求、电力系统用电发展要求，结合地形地质条件、水库淹没与移民、水库防淤、经济指标以及上下游梯级衔接等因素，经综合分析后初步拟定。

对重要枢纽的正常蓄水位和其他特征水位宜通过方案初步比选后拟定。

（6）规划水电站的装机容量，可根据水库调节性能、动力资源储量与结构、电力系统负荷特性与电源组成以及单独和联合运用时水能指标等因素进行综合分析，按合理的装机利用小时数或装机容量与保证出力的倍比数初步拟定。

对规划近期建设的大型水电站装机容量，应初步分析确定供电范围，通过电力电量平衡拟定。河流上、下游梯级水电站装机容量应注意合理协调，使水能得到充分利用。

（7）规划水电站的机组机型和单机容量，应根据水头范围、型谱资料，参照已设计（运行）电站的机组机型，并考虑机组制造水平，进行初选。

（8）水库调节性能较好的大型水电站，应初步拟定水库调度运用原则。

（9）在多沙河流上兴建大型水电站，若泥沙影响严重，应初步拟定合理处理泥沙的水库调度运用方式。

（10）流域水力发电规划，应研究小水电资源的开发利用，明确山区、丘陵与平原区的小水电发展方向，并提出发展小水电的原则和促进小水电发展的政策建议。小水电发展规划应与农村电气化规划相协调。

（11）严寒地区的水电规划应考虑冰冻、冻害对径流、水工建筑物和水电站运行的影响。

三、河流水能开发规划内容

一般地说，水能规划的主要内容大体上包括以下内容：

（1）研究和选择流域水能开发方案及其与区域性水系群治理方案的关系。

（2）研究和选择流域中或者区域中水能工程群的建设顺序，初步选择第一期工程的位置、开发方式、规模和主要参数。

（3）待规划批准后还需研究和编制近期待建水能工程的可行性研究报告，研究和选定其初步设计中的工程总体布置方案、水能资源综合利用开发方式、建设规模和主要参数等；并研究和拟定待建或已建水能工程群体和个体的综合利用优化调度运用方案和水电站运行计划。

四、河流水能开发规划方法

进行以上规划工作，通常需要进行以下步骤：

（1）收集、整理、分析和研究水利勘测和水利调查所获得的资料、数据和图幅等，其中包括流域的、区域的或单个工程所在地的长系列水文气象记录和未来中长期预测和估计成果；工程地址及其附近的工程地质和水文地质查勘成果；工程地址和水库区及其附近的地形地貌测量和查勘成果；工程附近地区的经济和社会情况调查成果（例如城乡居民点分布、土地、人口、国家和个人财产、已有的各类工程设施、工农业生产现状及发展前景、自然资源、物产、文教卫生、交通运输、水旱灾患、名胜古迹和文物等的概况及其对河流治理与水资源开发的要求）；工程附近地区的劳动力资源、商品性建筑材料供应和当地建筑材料（如土料和沙石料等）分布概况等。

（2）进行水文方面的分析计算，参见《工程水文》教材。

（3）拟定水能综合利用开发方式和工程总体布置初步方案，粗略拟定各主要水工建筑物和主要设备的型式和主要尺寸。

（4）拟定待建水能工程主要参数的若干个可能方案，并对各方案进行水利计算。

（5）对上述主要参数的各个方案进行经济计算与评价。

（6）对上述主要参数的各个方案，分析其非货币指标的社会效益和环境保护、政治、社会等方面的定性评价，将这些分析评价的结果与上述经济评价的结果一起进行多因素综合评价，从而选出最佳方案，作为选用方案。

（7）对选定的方案，制定工程综合利用优化调度初步方案和水电站运行的初步计划，供运行管理单位参考。

一般说来，拟定水能开发方式与选择主要参数是水能规划工作的核心。如水力发电的主要参数为正常蓄水位（指水库的或水电站上游侧的水位）、水库死水位（或水库工作深度）和装机容量。