长江上游大型水电站群联合调度发展战略研究

许继军，陈 进，陈广才

（水利部长江水利委员会长江科学院，430010，武汉）

长江上游大型水电站群联合调度发展战略研究

许继军，陈 进，陈广才

（水利部长江水利委员会长江科学院，430010，武汉）

长江上游水能资源丰富，是我国重要的水电开发基地。干支流已建和在建的大型梯级水电站群规模庞大，其联合调度将对我国能源安全和绿色能源发展具有重要战略意义。针对长江上游大型水电站开发建设和运行管理现状及当前面临的挑战，借鉴国内外梯级水电站运行调度经验，从联合调度系统建设、运行和管理等层面，探讨长江上游大型水电站群联合调度的发展思路、阶段目标和主要任务，并提出需要解决的管理科学问题。

长江上游；大型梯级水电站；联合调度；发展战略；水能资源优化

一、长江上游水电开发及联合调度需求

1.水电开发概况

长江上游水能资源丰富，干支流梯级水电开发规模庞大，在长江流域乃至我国经济社会发展中，占据着重要的战略地位。宜昌以上的长江上游地区技术可开发装机容量为24.4万MW，占长江全流域技术可开发量的87%，约占全国的40%。按照《长江流域综合利用规划》，长江上游规划建设的装机容量300 MW以上的大型水电站有80余座，总装机容量超过17万MW；1000 MW以上的水电站有48座，总装机容量超过15万MW。

在我国规划的13大水电基地中有5个处在长江上游地区，分别是金沙江水电基地、雅砻江水电基地、大渡河水电基地、乌江水电基地和长江上游水电基地。随着近期一大批大型水电站开工建设，尤其是2009年年底三峡工程建成发电，以三峡工程为骨干的长江上游干支流梯级水电站群已初具规模。据不完全统计，截至2009年年底，在长江上游地区，已建成的大型水电站总装机容量3.8万MW，年均发电量超过1700亿kWh。且近期该地区正处于水电大规模开发建设阶段，在建的预计2020年前能完成的大型水电站总装机容量更是高达8.8万MW，主要集中在金沙江中下游、雅砻江和大渡河，相应年均发电总量将增加3800亿kWh。另外，预计在2021—2030年期间，在金沙江上游、雅砻江和大渡河上，还将有装机容量达到3万MW的大型水电站群建成。届时长江上游地区大型梯级水电站总装机容量将达到15.6万MW，年均发电总量将超过7200亿kWh。

2.运行管理现状及当前面临的主要问题

①水库运行管理分散、缺乏流域管理和区域统筹。长江上游水库涉及众多运行管理单位和不同利益主体，目前各水库和水电站的运行调度基本上是各自为政。由于水库群没有统一调度管理，带来一些不利影响，表现为：汛前各水库争相放水，不仅产生了大量弃水，且导致长江上游汛期整体提前；汛后上游水库争相蓄水，不仅造成下游水库蓄水困难，且导致长江下游枯水期提前。

②各水库运行之间缺乏有效协调和协作。在水库群管理中，需要协调单个水库调度目标与流域调度目标的矛盾、电调与水调的矛盾、日常调度与应急调度矛盾、生活用水与生态用水的矛盾、上中下游水库不同地区及不同部门间的利益协调。协调机制是水库群联合运行成功与否的关键制约因素，而目前缺乏适用的管理体制、协调机制，以及管理办法、法律保障和补偿政策措施，这也是目前尚难以实现水库群联合调度的一个重要的障碍条件。

③水库运行调度过多注重经济和社会效益，缺乏对生态环境的考虑，不利于河流生态健康和可持续发展。目前，长江上游修建的水库多依据1990年国务院批准的《长江流域综合利用规划》。该规划是长江全流域治理和开发规划，统筹协调了航运、水电、渔业、林业、能源、交通等诸多部门。但总体来看，该规划是以开发为主，着重以工程手段解决区域防洪、灌溉、发电和航运问题，对生态环境保护较少考虑。

当前，长江上游梯级水能资源开发及水电站运行，需要正确认识和谨慎处理好的主要问题包括：需要重视水能资源开发引起的生态环境影响问题，寻求包括调整调度方式在内的各种工程和非工程措施，以减轻或消除水电工程建设和运行的不利影响，以维护河流健康和生态安全；需要协调好干支流和上下游的梯级水力联系，以及水能和水资源的优化配置问题，寻求包括梯级水电站群联合调度在内的各种优化手段，以提高水能资源利用效率；需要统筹好地区间经济社会的协调发展，以及移民安稳致富问题，寻求包括加强流域综合管理在内的各种管理措施，以水资源可持续综合利用来支撑区域经济社会的可持续发展；需要衡量好发电效益与防洪风险之间的关系，寻求包括库容补偿调度方式在内的各种措施，兴利除害，以确保水电站和水库的安全高效运行；需要处理好水调与电调之间的矛盾，寻求水文补偿与电力补偿相互配合的最佳途径，以提高电网供电能力和质量；需要应对全球气候变暖和人类活动增强等变化条件引起的极端水文事件。

3.联合调度的战略需求

分布于长江上游的大型水电站，多形成上下游或干支流相关联(串联、并联、串并联)的梯级水库群落格局，它们之间水力联系紧密。上游水电站调度引起的径流过程变化，对下游水电站运行和功效发挥有着直接影响；支流水电站调度对下游干流水电站也有着明显影响。因此梯级水电站实施联合调度，是它们自然水力联系属性的必然之举，对优化水资源配置、提高发电效益、增强生活生产生态用水保证等诸多方面都有益处。

①实施联合调度是优化水能资源配置、促进绿色能源发展的重要保障之一。长江上游水电资源丰富，水电开发规模庞大，大型水电站群分布集中，在我国水能资源开发利用中占有举足轻重的地位。若各梯级水电站单独运行，不从流域整体考虑，容易导致水能资源浪费。实施联合调度，优化水能资源配置，能有效增加水电产出。若以当前长江上游已建大型水电站的年均1700亿kWh发电规模计算，实施联合调度，每年可增发电量50亿～170亿 kWh，相当于新建了一座大型水电站；若以2030年该地区年均7200亿kWh发电规模计算，联合调度后每年可增发电量220亿～720亿 kWh。

②实施联合调度是提高长江防洪安全保障、减轻中下游防洪压力的重要手段之一。长江上游是长江洪水的主要来源区，洪水经川江汇流后从宜昌奔流而出，给中下游防洪带来巨大的压力。按照《长江防洪规划》，以三峡工程为骨干的长江上游干流大型梯级水库，也是长江防洪体系的重要组成部分。实施联合调度，利用各梯级水库调节性能的不同，相互配合调蓄洪水，进行削峰、错峰，可有效提高流域整体防洪能力，对保障水库自身及长江上游地区的防洪安全和减轻中下游的防洪压力都是有利的。

③实施联合调度是保障长江流域水资源供给安全、应对气候变化的重要对策之一。通过水库群联合调度，充分利用梯级水库之间的库容补偿，可将更多的洪水留存下来，以提高枯水季节的水资源供给能力，保障居民生活和工农业生产用水的基本安全。尤其是近些年受气候变化等因素影响，长江径流偏枯，局部地区出现干旱灾害，联合调度还可提高干旱年份和季节的用水保障。尤其是在特枯年份，水库群联调是满足应急供水的减灾措施之一。

④实施联合调度是维护河流健康、减轻工程负面影响的有效途径之一。水库建成运行后，由于人为蓄水和放水，改变了河流的水文、水力学特性，影响其物理化学性质，进而对坝下河流生态环境造成影响。目前国内水库调度规程及其运行方式，原则上重点考虑防洪、发电、供水等经济效益和社会安全，而忽略了河流自身的生态安全与水环境需求，导致建坝后出现了生态系统完整性遭到破坏、生物多样性退化等问题。已有实践表明，通过水库群联合调度，虽然不能完全消除大坝对河流的物理阻断效应，但可以通过模拟自然水文情势,为河流重要生物产卵、繁殖和生长创造适宜的水文水力条件。这样在获取经济效益的同时，可以减轻工程建设对河流生态的负面效应，甚至补偿和修复下游河流生态。

⑤实施联合调度是增强西南电网供电能力和质量、保障“西电东送”的重要举措之一。作为“西电东送”通道的重要电源点之一，长江上游水电站群以其巨大的供电能力、跨地区、跨电网的显著特点，可在更大范围内实现电力资源调配。实施联合调度后，各水电站之间相互配合，充分利用库容来调蓄径流，在不增加水电站运行成本的前提下，可同时增强水调和电调系统稳定的适应能力。不仅可以发挥系统整体优势，更好地促进电调与水调的统一协调,减轻电网调度任务；而且还可根据电力市场需求，合理调配水电资源，增加水电效益。尤其是在少水年份或干支流来水不均衡的情况下，联合调度能提高供电保障。

二、长江上游大型水电站联合调度发展战略

1.联合调度发展总体思路和目标

①总体思路：结合长江上游水电开发进程和运行管理现状，本着统筹规划、因地制宜、突出重点、分步实施和协调推进的原则，采取市场引导和行政协调相结合等方式，分阶段、分区域逐步完善系统建设。通过运用先进的系统调度理论方法、调控技术、管理体制和协调机制，统筹发电、防洪、供水、航运和生态环境保护等多目标需求之间关系，确保联合调度系统的科学合理、高效安全、依法有序运行。

②发展目标：按照国家优先发展水电等可再生能源要求，计划在2020年前，逐步开展由6～7个骨干梯级调度分中心组成的联合调度运行。在2030年前，建成涵盖整个长江上游的大型梯级水电站群联合调度集控枢纽中心，在现代化流域统一管理体制下，全面实现流域内的水文补偿、库容补偿和电力补偿等联合统一调度。通过系统优化和跨地区、跨行业协调，充分发挥梯级水电站群拥有的巨大调节作用和梯级补偿效益，提高水能资源利用效率，改善水电输出质量，增强电网调峰、调频和事故备用等安全运行能力，以梯级水电站群的高效运行，促进国家能源安全战略的顺利实施。统筹考虑兴利与除害，在保障生活、生产和生态用水安全的同时，削弱对长江中下游地区的洪水威胁，改善长江航运条件，维持河流健康和保护生态环境，促进流域可持续协调发展。

按照长江上游水电开发规划，目前金沙江中下游干流是水电开发的重点地区，水电装机规模庞大。预计到2020年，三峡梯级与金沙江中下游梯级的装机总容量之和将达到8.4万MW，将占到整个长江上游规划的大型水电站总装机容量的一半左右。因此三峡梯级与金沙江中下游梯级的联合调度作业将是战略重点。

2.联合调度系统建设主要任务和阶段目标

联合调度系统建设，指的是梯级水电站群联合调度作业所需要的硬件保障条件，包括梯级分调度中心基础建设、联合调度枢纽（或称集控中心）基础建设，以及测报、调控、网络通信、信息平台等保障硬件的建设。

（1）主要任务

本着“以点带面，逐步完善”的原则，以干流及各支流大型梯级水电站为骨干，依据其水力联系、群落布局、地区关系、投资开发主体等特点，逐步建成以各水系或区域梯级分调度中心为支撑的联合调度枢纽中心。其中三峡梯级调度中心和乌江梯级调度中心已于2008年建成运行，以二滩水电站为骨干的雅砻江梯级调度中心正在建设之中，大渡河梯级调度中心也正在筹建运行。系统建设的具体内容包括：①水雨工情等自动测报网络系统组建；②信息共享平台和通讯保障系统组建；③自动化调控系统组建，包括各梯级水电站的水调自动化控制系统、各变电站的电调自动化控制系统等；④各梯级分调度中心和联合调度枢纽中心的基础设施建设。

（2）阶段目标

①近期目标（2011—2015年）：针对正在开发建设的梯级水电站，筹建金沙江中游和下游梯级调度中心，完成三峡梯级、乌江梯级、雅砻江梯级和大渡河梯级的调度中心建设。具体内容：各梯级调度中心水情测报系统、自动调控系统、通信保障系统。阶段目标：2015年前初步建成 6～7个区域性的梯级调度中心，初步建成三峡梯级、乌江梯级以及向家坝和溪洛渡等大型水电站组成的联合调度系统，为大型梯级水电站联合调度作业提供基本的硬件保障。

②中期目标 （2016—2020年）：继续扩大联合调度规模，将后续新建的大型水电站逐步纳入分属的区域分调度中心，尤其是金沙江中下游、雅砻江和大渡河上新建的大型水电站。具体内容：联合调度网络信息共享平台、联合调度枢纽中心基础建设。阶段目标：2020年前完成6～7个区域分调度中心建设，基本建成联合调度枢纽中心（集控中心），为三峡梯级与金沙江中下游梯级、雅砻江梯级、大渡河梯级及乌江梯级的联合调度作业提供必备的硬件条件。

③远期目标 （2021—2030年）：继续完善长江上游大型水电站群联合调度枢纽中心建设，在组建金沙江上游梯级调度中心的同时，将金沙江上游梯级、岷沱江梯级、嘉陵江梯级逐步纳入联合调度系统。具体内容：联合调度枢纽中心系统集控、联合调度网络保障系统。阶段目标：2030年前建成较为完善的长江上游大型水电站群联合调度集控中心，为全面实现长江上游大型梯级水电站群的联合调度作业提供良好的运行保障。

3.联合调度系统运行主要任务和阶段目标

联合调度系统运行，指的是联合调度作业所需要的软件保障条件，包括建立联合调度模型，明确联合调度计划，制定联合调度方案，以及联合调度运行所需要的各种保障技术。

（1）主要任务

本着“区域—全局”两级运行模式，首先建立联合调度系统多目标优化模型，在模型计算和仿真模拟的基础上，确定各大型水电站在水调和电调系统中的功能定位，制定各梯级水库的水文补偿、库容补偿和电力补偿等中长期调度计划、调度规程以及相应调度作业图，明确各梯级的调度计划、发电任务、蓄泄水时序、库容分配方案、电网调峰方案；制定各种特殊条件下的应急调度预案，包括汛期防洪联合调度预案、枯水期供水和航运等联合调度预案；并根据河流生态管理目标的要求，制定兼顾生态保护和恢复的水库调度技术方案和联合调度模式。系统运行的主要内容包括：①联合调度系统多目标优化模型，②联合调度系统仿真模拟平台，③联合调度运行控制平台，④各梯级的水文补偿、库容补偿和电力补偿调度计划，⑤各梯级的水电和电调日常调度规程和方案，⑥各种特殊条件下的应急调度预案，⑦兼顾生态保护和恢复的联合调度方案等。

（2）阶段目标

2011—2015年为系统运行的尝试阶段，以现有的三峡梯级、乌江梯级和即将建成的向家坝和溪洛渡水电站为例，构建多目标的联合优化调度模型，重点研究制定联合调度模式和生态调度方案，解决防洪库容分配和水库蓄泄次序等技术问题。阶段目标是制定三峡梯级与向家坝和溪洛渡的联合调度方案，实现三峡梯级与向家坝等大型水电站的区域联合调度作业。

2016—2020年是系统运行的重点发展阶段，在这个阶段，金沙江中下游梯级已基本建成，雅砻江梯级和大渡河梯级也逐步形成。本阶段将进一步完善梯级水电站联合调度多目标优化模型，并参照三峡梯级与向家坝联合调度模式，重点研究制定三峡梯级与金沙江中下游梯级、雅砻江梯级、大渡河梯级等的联合调度模式。阶段目标是初步实现长江上游地区大型梯级水电站群联合调度系统的多目标“全局”优化运行作业。

2021—2030年是系统运行的完善阶段，在这个阶段，长江上游规划的大型梯级水电站大部分都已建成，这为整个长江上游梯级水电站群的联合调度奠定了物质基础，与此同时联合调度所需要的硬件系统建设也已具备。本阶段将建立整个长江上游地区大型水电站群联合调度仿真模拟平台，联合调度运行业务平台将涵盖整个长江上游地区，并制定全局性的联合调度模式和生态调度方案。阶段目标是完善 “区域—全局”两级优化运行模式、实现“生态友好、全局最优”的联合运行调度作业。

4.联合调度系统管理主要任务和阶段目标

联合调度系统管理，指的是梯级水电站群联合调度作业所需要的管理措施，包括联合调度管理体制、协调机制、管理办法、法律法规，联合调度管理组织机构、协商平台，利益协调和补偿分配办法等。

（1）主要任务

相对于系统建设和运行而言，系统管理是联合调度得以顺利实施的重中之重。长江上游水电站开发建设的投资主体复杂，管理分散。实施联合调度，势必将改变各水电站过去的运行方式，牵涉各方利益，也涉及公益性调度目标（如防洪、应急供水、生态）和发电调度之间的协调问题。本着“公正协调，和谐发展”的原则，系统管理任务是确立联合调度系统的管理体制、组织机构和协调机制，对长江上游大型水电站运行调度实行统一协调和管理，明确各种调度目标间、多开发主体间的利益协调和补偿分配办法。主要内容包括：①筹建长江上游大型梯级水电站联合调度管理机构；②制定梯级水电站群联合调度管理体制、管理办法和协调机制；③建立多开发主体的协作模式和利益分配与补偿机制；④制定梯级水电站群联合调度的法律保障和政策措施；⑤针对不同调度目标和调度方案，制定相应的管理细则；⑥针对电力市场需求，制定电网调配对策和竞价机制；⑦针对河流生态保护需求，制定联合调度的生态管理目标；⑧针对流域综合管理需求，制定相应的联合调度管理条例；⑨系统管理和技术人员培训等。

（2）阶段目标

在2011—2015年期间，重点研究制定多开发主体的协作模式、利益分配与补偿机制，初步制定梯级水电站群联合调度管理体制、管理办法和协调机制，参照三峡梯级调度管理模式，初步构建区域性的梯级水电站群联合调度协调机构，并开展试点工作，以及对系统管理人员进行业务培训。阶段目标是提出多开发主体的协作模式、利益分配与补偿机制，以及配套的管理办法和协调机制，基本形成联合调度管理机构雏形，完成对管理人员的业务培训。

在2016—2020年期间，重点开展长江上游大型梯级电站群联合调度运行管理条例和政策法规工作，筹建涵盖三峡梯级、金沙江中下游梯级、雅砻江梯级、大渡河梯级、乌江梯级的联合调度统一管理机构，并由此建立较为完善的梯级水电站群联合调度管理体制、管理办法和协调机制。阶段目标是在2020年前，正式成立长江上游大型梯级水电站群联合调度管理委员会或理事会，制定较为完善的管理体制，以及相应的政策法规、管理条例和实施细则。

在2021—2030年期间，进一步完善联合调度管理机构的运作管理模式，并将管理范围延展至整个长江上游地区，甚至向跨地区、跨流域的方向发展。

三、要解决的科学管理问题

①梯级水电站群联合调度的管理体制、管理办法和协调机制。长江上游梯级水电站群，涉及众多地方政府和行业部门，其调度管理将是一项极为复杂的系统工作，也是联合调度不可回避的问题。完善的管理体制及管理办法，是实现梯级水电站联合调度系统的高效安全运行的重要保证。另外，联合调度管理成功的关键在于协调，包括水电与电调的协调，各投资主体的协调，各梯级调度的协调等等。如何平衡各方利益，调动各方面积极性显得尤为重要，保证联合调度方案顺利实施，需要好的协调机制和协调平台。

②梯级水电站群联合调度的利益分配和补偿机制。联合调度系统运行是以全局利益来考虑的，其中为了追求整体效益的最优化，可能会影响个别水电站的固有利益。联调必然会涉及各投资主体和地区之间利益的协调，这是梯级水电站联合调度必须要解决的重大管理难题。因此必须研究联合调度的利益分配和补偿机制，充分协调各方利益，以促进地区经济社会的和谐发展。

③梯级水电站群联合调度的法律保障和政策措施。国内在梯级水电站群联合调度管理方面，尚缺乏针对性的、可操作性强的法律条文。另外，在促进梯级水电站向联合调度发展方面，也没有针对性的政策措施。考虑到长江上游梯级水电站群的战略地位，有必要出台配套的法律法规和政策措施，明确联合调度的管理主体及其责任、权利和义务，保障联合调度系统运行与管理的依法、有序进行，以及确保具有公益性调度行为能得到有效实施。

④梯级水电站群联合调度的生态管理目标和补偿机制。梯级水电站群的生态调度，是维持河流健康、保护生态环境的有效途径之一。确定梯级水电站所在河流的生态管理目标和补偿标准，能够为梯级水电站群提供管理依据。这对丰富国内水库及水电站运行管理的生态调度理念，有着重要的现实意义，同时有助于协调水电能源开发和河流生态保护之间关系。

⑤梯级联合调度下的水权制度和水市场运作机制。水资源与水能资源是基础性的国家战略资源，是地区乃至国家经济社会发展的重要支撑条件之一。联合调度虽能使资源得到优化利用，但在这一过程中，还需要保证资源利用的公平合理，尤其是要兼顾上下游和干支流之间的经济社会协调发展。因此应明确梯级水资源及水能资源的所有权和使用权，鼓励水权交易，在公平协商基础上，促进资源优化利用。

⑥面向电力市场的梯级水电站竞价规则和交易机制。上游梯级水电站联合调度，不可能做到大一统，即使能做到，也不利于各水电站管理积极性的发挥。也就是说，在不违背联合调度基本原则、规程规范和总体方案的条件下，各水电站或各投资主体可以根据电力市场具体需求情况，发挥各自灵活性，通过内部竞争，以获取更多发电效益。这其中也允许不同管理主体控制的水电站之间进行水能资源交易。因此，为了保证系统内部竞争的良性发展，需要建立健全的电力市场竞价规则和水能资源交易机制，以确保各方利益都能得到保护。

[1]陈进.长江流域大型水库群统一蓄水调度问题探讨[J].中国水利，2010（8）.

[2]陈进，黄薇.长江水库群联合调度可能性分析 [J].长江科学院院报，2008，25（2）.

[3]蔡其华.充分考虑河流生态系统保护因素完善水库调度方式[J].中国水利,2006（2）.

[4]马光文，刘金焕，李菊根.流域梯级水电站群联合优化运行[M].北京：中国电力出版社，2008.

责任编辑 车小磊

Development strategy study on combined management of large hydropower stations on the upper Yangtze River

Xu Jijun， Chen Jin， Chen Guangcai

The upper Yangtze River， rich in hydropower resources， is China's important hydropower development base.The scales of built-in and under constructing cascade hydropower stations on the main stream and its tributaries are large and the combined management has important strategic significance for China's energy security and green energy development.Addressing the challenges of the upper Yangtze River's large hydropower development and the status of operation and management，sharing the experiences from domestic and the overseas on operation and management of cascade hydropower stations，taking into account the combined operation system building， operation and management， it discussed the thoughts， one-phase target and main tasks of the combined operation and development of large hydropower stations on upper Yangtze River and the scientific management problems to be solved are also raised.

the upper reaches of Yangtze River； large step hydroelectric station； united management； development strategy；water power resource optimization

国家自然科学基金项目“长江上游大型梯级水电站联合调度系统发展战略研究”(U0970151)。

TV882.2+TV737

A

1000-1123（2011）04-0024-05

2010-11-25

许继军（1971—），男，博士，高级工程师。