全流域整体性的水电规划与开发

M.哈尼 等

刘 翔 译自英刊《水电与大坝》2009年第4期

印度电力长期供应不足阻碍了该国经济的发展和减贫。全国有40%以上的家庭尚未通电,其中大多数在农村地区。印度政府已制定了一项增加发电装机容量的计划。该计划赋予了水电的重要作用,要求将水电占全国电力总装机的比例从目前的24%到2012年增加到约 40%。因此需要增加装机容量100000MW,以满足对水电的大量需求。水电是一种可再生能源,它具有许多优势。

为响应国家水电开发目标,印度北部的喜马偕尔邦和乌塔拉坎德邦都制定了宏伟的计划,以开发巨大的水电资源。喜马偕尔邦查明的水电蕴藏总量超过20000MW,迄今已开发的还不到7000MW。乌塔拉坎德邦的水电蕴藏量约为15000MW,已开发的却不到 3000MW。

两个邦都正在实施一种未经实践检验,因而带点风险的策略,即吸引国营和私营开发商修建并营运水电工程。目前有几座大型水电工程正在运行中,其中喜马偕尔邦萨德卢河上有5座,乌塔拉坎德邦阿勒格嫩达河上有1座。此外,这两条河上约有50座水电工程正处于不同的开发阶段,总装机容量约为15000MW。这些水电工程中,已分配给私营开发商的数量不到一半,其余的则分配给邦及中央政府所属的水电公司。

这些都是面临诸多挑战的重大开发计划,这些挑战包括要保证有效地协调、高效地建设和运营。此外,大多数私营开发商在开发水电方面都还是新手,缺乏处理与水电工程有关的水文、地质、施工和商业风险的成熟能力和经验。

1 单项工程开发思路的缺陷

水电开发规划传统上是以单项工程为导向的。尽管采用基于单项工程的开发方式有其令人信服的理由,但这种规划方法对于全流域的可持续发展来说却存在着许多缺陷。

(1)一个关键的缺陷就是其规划中没有考虑到在同一条河流上建设多座水电工程所构成的整个电力系统与各个子电力系统之间的密切关联性。一座可满足峰荷电力需求的水电站,其供电能力可能会被在同一条河流上后续修建的其他具有峰荷供电能力的水电站所减损。此外,开发一个新工程可能会对上下游已建电站造成不可预测的损失,或者相反地可能会带来意想不到的效益,例如,新建工程会增加或降低河流中泥沙淤积的高程。

(2)另一个缺陷则涉及到影响评价。在对基于单项工程的规划方法进行工程影响评价时,只需要评价该单项工程直接造成的环境和社会影响,而实际上其他的影响往往也需要评价,特别是当其他工程的影响达到很严重的程度时,这就需要把整个流域当成一个单元来进行整体分析。例如,在评价多个工程对水土流失的累积影响时,即是这种情况。

此外,长期规划中所关注的问题,往往不在单项工程所考虑范围之内。流域及其生态系统对气候变化的脆弱性即为一例,气候变化可能会影响到河流的水文情势、河流水量,以及季风季节的持续时间和季风强度,或者说洪水的频率和危害性。

2 全流域整体性规划方法的实施步骤

目前,指导印度水电开发的技术体系不能全面考虑到一个流域内兴建多个水电工程所发生的所有可能的成本和效益。以萨德卢河和阿勒格嫩达河为例,PPIAF资助的一项研究提出了将流域整体法应用于水电工程规划、设计和运行调度的建议。这些建议是基于对设计资料、规划方法、技术规范、水文模拟的分析以及与利益相关者的协商结果。其指导原则是支持改进现有的做法,而不是完全采用全新的体系和方法,那样会更加耗费时间和增加成本。

若要成功实施全流域水电整体规划方法,就必须从规划阶段直至输配电阶段,即在水电开发的全过程中加强利益相关者之间的协调。此外,河流水电开发的效率和长期可持续性也需要按既定程序、便捷地获取有关气象、水文、地貌、生态和泥沙的资料。通过以下方式可实现这种协作和加强资料共享:

(1)共同开发辅助工具和数据库,以便把全流域性问题反映到项目的规划、设计和实施之中。这一过程可由一个中央机构或独立实体进行规范化操作,以维护资料的完整性。

(2)按严格的参与方式要求建立开发商论坛,并建立资料共享和共同决策的机制。

其次,随着共同利益的增多和基于政策保证,可采用更多规范化的步骤,比如:

(1)给项目组织机构赋予项目建设职责和提供建设资金,以促进流域规划与开发;

(2)从长远观点出发,应成立一个负责流域规划的机构,并授权该机构建立代表席位制度。

3 优化流域电力生产

发电量一般是根据单个工程进行的优化,而不考虑其他梯级工程,由此而取得的发电量和工程收益低于按流域进行电力生产优化所获得的发电量和收益。在梯级电站中,由于河流洪峰逐渐向下游传播,通过优化梯级电站的调度,总发电量会增加。应用数学模型进行的实例研究表明,按梯级优化阿勒格嫩达河流上2座相邻水电工程的运行(不是按规划方案单独运行),其年发电量可增加230GW◦h,由此可增加收益约1450万美元(按时价计算)。

进一步来说,开发流域水文模型还有助于了解某座梯级工程对另一座工程的影响。这样可以减少工程风险,在更大范围内促进水电规划和电站运行,同时可以使规划者和开发商了解某座工程状况的变化对系统中其他工程产生的影响。水文模拟结果表明,对梯级水电工程的调度实施优化,可以提高总发电量。

4 提高产流量测算精度

目前,工程设计中应用于确定水力发电量的数据的采集方法尚存在着一些不足之处。

(1)在推导产流量时,只考虑了当地的现场数据。虽然这两个流域产流量的重要组成部分是冰雪,但是,对这两个地区的产流量很少认真估算过。不过由于这些地区的径流季节性很强,所以流量的精确估算是关键,特别是径流式水电工程。

(2)产流量的计算既没有考虑蓄水对上下游的影响,也没有考虑调度规程。

(3)产流量的计算倾向于使用仅1 a的水文数据(可靠年份占 90%),而单年的水文数据可能有很大的乖离,乖离量视融雪和季风季节流量的大小而定,因而容易导致产流量的计算结果不可靠,继而导致了对发电量估算结果的不可靠。

径流式水电工程发电量的估算至少应考虑相邻上游的水电工程,因为上游水电工程下泄的水流时机决定着下游水电工程的发电时机。在流域层面,必须考虑通过优化上游主要蓄水设施泄放的水量来稳定季节性河流的流量,这样既可以增加单个水电工程的发电量,也可以增加整个流域所有水电站总的发电量。

通过共同采集水文、气象资料,并将这些资料提供给开发商,可以极大地提高产流量的预测精度。同时,在国家层面还可开展研究来预测气候变化的影响,这不是一个水电开发商所能考虑到的重要问题。

5 兴建共享的基础设施

在兴建诸如交通道路、施工电力设施和输电设施等基础设施上加强协作,将有助于使开发商发现潜在的共建共用基础设施的契机。这样可通过减少一些重复性的建设从而降低工程的总费用,并可使开发商之间分摊共用设施的成本。这种做法还能减少对环境和社会的影响。开发商可通过举办适当形式的论坛,来共同讨论有关基础设施方面的需求,并就如何合作开展基础设施建设达成一致意见。

6 泥沙淤积和水质问题处理

像喜马拉雅山区所有的河流一样,萨德卢河和阿勒格嫩达河挟带的泥沙量极大。这些泥沙会对水电工程的运行以及环境造成严重问题。比如对水轮机转轮的磨蚀,对水质的不利影响,以及因泥沙淤积而造成的蓄水区损失等。由于工程数量的增加,因施工弃渣和土壤流失而导致的河流中的泥沙淤积量也可能增加。因此,每个流域上游的蓄水设施可通过调节河流流量来减少下游河水的泥沙含量并提高发电量。此外,流域整体法还为采取流域保护措施提供了机会(比如恢复植被、保持水土),以改善总体水质。

7 加强洪水风险评价

常规的用于流域内极限洪水的估算方法(为了工程规划和设计)通常不能做到因地制宜地调整和应用。防洪规程也未必会考虑到本地区的特殊情况,例如,冰雪覆盖地区由于极端暴雨而形成的洪水径流。似乎连一个工程开发商都没有考虑到流域内梯级水库失事的组合概率问题。因此,必须对洪水位和洪水风险的评估方法及其应用加以改进。

一个覆盖全流域的洪水预报和预警系统,将有助于确保下游的所有水电工程、城镇和村庄在上游发生洪水事件和大坝溃决时及时接到报警。建立这样一个洪水预报和预警系统,不是所有的开发商都力所能及的,所以邦和中央机构应加强这方面的协调。建立这一系统需要升级远程数据采集站点,并加强遥测通讯系统的功能,以及建立中央数据库,并提高数据的处理能力。

8 地区性影响和累积影响的评估

在规划阶段应用流域法来评价环境影响和社会影响,将有助于效益最大化,避免、减轻和补偿所产生不利影响的机会,以获得解决所涉及的这些问题的良好效果。

开发多项工程时,对其总的影响,应采用累积影响评价法进行评估。评价过程包括:分析当前数据资料;确定可能的影响和效益;研究比选方案和累积影响;制订避免、减缓影响和补偿措施,以使总的不利影响最小化。

该评价程序有助于选择最佳的工程和坝址的组合,以便能够获得最大的效益,使产生的不利影响最小,并且这种方法也有利于较可靠地确定工程要求,以及使这些要求能为利益相关者所很好地接受;同时,也有助于确定多目标工程一系列效益的最佳组合,这样就可更好地兼顾地区性的社会效益以及工程投资者的利益。

9 与利益相关者协商及当地代表的参与

在流域性水电规划的初期阶段就应吸纳当地的代表参与其中,同时,应确保与他们就规划过程保持良好沟通,这样可以在涉事的所有利益相关者之间建立起互信与谅解。此外,当地代表还可参与规划范围之外的工作。例如,他们可以参与监督规划的实施,如环境管理规划、流域整治规划和其他一些旨在减轻工程开发的社会影响和环境影响的活动。全流域性的水电规划方法有利于战略目标的宣传,为当地提供更多的就业机会,并可以将社区团体或代表参与规划过程制度化。

10 结 语

流域综合规划是一项举足轻重的工作。确定基本路线、制订和积累必要的技术、手段、导则,以及运作框架,可能需要花费几年的时间,但是,这项工作可分阶段完成。进行全流域范围的经济、社会和环境评价,以及流域产流量测算是重要的初始步骤。

最近在推进流域性水电规划方面已经取得了一些积极的进展。利益相关者已表示将大力支持联合进行资料收集和分析工作,并正在积极研究成立独立的流域开发机构及其所担负的职责问题。此外,开发商和邦政府目前正在优化萨德卢河和阿勒格嫩达河几个河段的水电工程的开发方案。印度政府最近宣布成立国立 Ganga流域管理局,以利于该流域的综合管理。虽然这些举措令人鼓舞,但更迫切的工作却是需要采用一种更系统的全流域性的水电规划方法,以保障开发商、社团和政府等所有利益相关者的利益。