水电站资产评估中的发电量预测研究

■武博庆 李伯阳 毛群

在采用收益法评估水电站资产时，预测水电站未来期发电量十分重要。这项工作关系到评估结果的可靠性与可信度，直接影响评估结论的合理性。作者基于实践和水文等相关分析基本理论以及水利水电项目基本技术经济特点，针对水电站资产评估工作中存在的未来期发电量预测问题，提出了一套便于操作，又使评估结果更趋合理的方法。

《电力工业“十二五”规划研究报告》中指出：开发利用丰富的水能资源是有效增加清洁能源供应、优化能源结构、保障能源安全、应对气候变化、实现可持续发展的重要措施，水力发电的安全性、经济性和灵活性都很高，我国需要将水力发电的发展放在优先开发的战略位置。随着经济体制和投资体制改革的不断深化，研究针对我国水利水电资产具体特点和实际情况的评估理论与实践方法，准确恰当科学合理地对水电资产价值进行评估，有利于保障水电行业改革的顺利推行，在我国电力行业“十二五”大跨步式的改革发展期间，具有保障水电行业持续健康发展的现实意义。

一、方法提出

在采用收益法评估水电站资产的工作中，必然要对水电站未来期发电量进行预测，以便计算水电站各年收益值。这项工作，不仅直接影响评估值大小，而且关系到评估结果的合理性与可信度，体现着评估机构的工作深度与技术水平。由于这项工作不仅与未来期来水量有关，还与水电站未来期工程设施的功能状态、库区淤积、水库调度运用等多种因素有关，所以，其预测难度较大，常使实际工作存有较大或很大差异。例如，在有些评估项目中，评估人员在未对实际发电量资料进行工程设施功能状态分析和来水量概率分析的情况下，就直接采用其中某年发电量或某几年发电量的均值作为未来期逐年发电量预测值。这种做法，显然未排除发电量样本可能存在的偶然性，在技术上缺乏证明力和说服力。同时也有个别评估项目，评估人员为了提高预测精度，搜集了水库入库站超过60年的逐月实测径流系列资料，先以“平稳型时间序列法” 和“确定型时间序列法”， 分别求出项目未来期两套来水量预测成果，然后再经过比较分析论证，确定采用其中认为更趋合理的一种方法（如 “平稳型时间序列法”）成果，进一步推算出未来40余年逐月发电量预测值。这种做法，采用了最新水文预报理论及其计算机技术，明显细化了计算，但对一般评估人员而言，实在难以推广应用。因此，目前在水电站未来期发电量预测方法方面，存在着较大的研究空间。为此，本文基于评估实践和水文分析理论、相关分析理论以及水利水电项目基本技术经济特点，提出一套既便于操作又可使成果具有一定深度和合理性的方法。

二、方法思路

考虑到水电站未来期发电量，是水电站未来期的设施功能与上游来水量共同发挥作用的结果。所以，本方法的基本思路为：

（一）调查项目功能状态，确定项目未来期生产能力和未来期年数

这项工作是指通过搜集和研究大坝、溢洪道、泄洪闸、输水洞等水工建筑物的沉陷、位移、变形、裂缝、渗漏等监测资料及机组运行资料、库区淤积资料、水库运用资料、项目安全检查资料、大坝安全鉴定资料等，对项目的功能状态作出评价，判断项目在未来期所具备的生产能力，并确定其未来期的年数、年份和在未来期内除运营费之外所必需的工程再投入（资本性支出），以此作为开展发电量预测工作的前提和基础。这项工作，对于运行时间已久的老项目，具有关键性意义，必须依据对上述资料的收集整理和分析，才能确保评价、判断无误；对于刚建成不久的新项目，历史数据资料积累尚少，可主要依据建管资料、监理资料、施工质量资料、竣工安全鉴定资料、验收资料等来进行。

（二）确定项目未来期上游天然来水量和入库水量

在确定了项目未来期发电能力和未来期基本运行年数后，就要以适宜的方法，研究、分析流域水文特点和来水规律，计算并确定未来期上游天然来水量、可能新增引水量及入库水量。为了提高计算精度，工作中应引用包括项目设计所采用的水文系列和建成后延长系列在内的不宜少于40年的水文系列来计算。在方法上，应考虑尽量引用易于实施又能使成果具有一定深度的方法，例如，“分阶段水文参数演变分析”、“不同时段变比滑动线分析”、“滑动线沿长线分析”等。在操作上，需要注意对特殊年份特殊值的处理，以确保计算成果的精度和可靠性。

（三）对入库水量与发电水量、发电水量与发电量开展相关分析，据以推算未来期发电量

由于水库在不同水文年和不同调度运用条件下，可使同样的入库水量形成不同的发电水量和同样的发电水量形成不同的发电量。因此，在依据未来期入库水量预测未来期发电量的时候，当项目已经积累了一些资料时，就应先依据不宜少于5～10年的入库水量、发电水量、发电量系列资料，开展入库水量与发电水量、发电水量与发电量之间的相关分析，然后再依据相关分析结果来推算发电量预测值；在项目尚未积累足以开展上述相关分析所需资料时，可以按不同来水保证率典型年法，如，可按保证率分别为5%、50%、95%的设计典型年发电量来近似测算入库水量与发电量之间的关系，并据以直接由入库水量推算发电量预测值。

三、方法内容

（一）项目功能状态调查

项目功能状态调查是指通过阅读分析研究与项目功能状态有关的资料、文件，对项目在未来期内能否持续生产和可能达到的生产状态作出判断。包括：水工建筑物可否持续正常运转，入库泥沙和上游新增人类活动可否对项目未来期运行构成较大影响，项目在未来期内可能达到的生产能力、生产年限等。开展项目功能状态调查，是进一步开展发电量预测工作的基础。在这项工作中，需要阅读分析和研究的主要资料、文件有：

1. 大坝、溢洪道、泄洪闸、输水洞等水工建筑物的沉陷、位移、变形、裂缝、渗漏等监测资料及其相关规定，如“水库大坝安全评价导则”、“砼大坝安全监测技术规范”、“土石坝安全监测技术规范”等。

2. 水利部大坝安全鉴定中心或国家电力监管委员会大坝安全检查中心对评估项目大坝提出的“水库大坝安全鉴定报告”或主要结论。

3. 库区泥沙淤积实测资料及其相应排沙效果与兴利调节库容变化分析。

4. 水库管理单位及其上级主管部门提出的最近两三年“水库汛前安全检查报告”或主要结论。

5. 水库管理单位提出的最近两三年“工程管理运用年度总结报告”或其中有关“工程质量与运行安全”等章节部分。

（二）天然来水量预测

除极个别项目外，一般项目的未来期上游天然来水量预测，均可依据不宜少于40年的上游来水量系列，以“分阶段水文参数演变分析”、“不同时段变比滑动线分析”、“滑动线沿长线分析” 等方法来计算确定。

上游来水量系列的确定，原则上采用该项目可行性研究报告或初步设计所用系列的延长系列，即由“可研”或“初设”所用系列再加入其后延长至今的系列所组成。若延长后的系列仍不足40年，可进一步考虑以“降雨～径流关系法”插补延长。

在进行分阶段水文参数演变分析时，可把如上确定的上游来水系列，按每个阶段15年左右的时程分为若干阶段，分别计算每个阶段的水文参数，开展水文参数演变分析，如：归纳基本特点、分析变化规律、估计发展趋势等，以便结合下一步来水量变比滑动线分析，从而确定未来期上游水文参数和来水系列。在这里，所谓各阶段水文参数，即通常使用的系列均值Wo、变差系数Cv及偏差系数Cs与Cv的比值Cs/Cv。

在来水量变比滑动线分析中，以逐年来水量变比Ki为基础，分别算出以系列年序为时段首年的3年、5年、10年来水量变比平均值K3、 K5、K10，再将K1、K3、K5、K10按年序绘于同一图中，此图即为1年、3年、5年、10年等不同时段来水量变比滑动过程线图。通过对该图的观察、分析，即可直观、明确、细致地得出上游来水基本变化规律。最后，通过对来水量变比滑动过程线进行延长线分析，就能得到未来期逐年天然来水量变比及其相应天然来水量预测值。

（三）入库水量预测

以上预测的是未来期上游天然来水量，而非入库水量。入库水量尚需在天然来水量基础上，进一步扣除未来期新增引水量之后获得，即：

式中，分别为未来期某年入库水量、天然来水量、新增引水量的预测值。

（四）入库水量与发电水量相关分析

由于水库调度、电网需求等原因，入库水量常不能全部用于发电，尤其在汛期丰水月份或丰水年的大部分月份，用于发电的水量只是入库水量中的较少部分。因此，预测未来期发电量，首先需要建立入库水量与发电水量之间的关系，然后依据入库水量与发电水量的相关关系和入库水量，来推求发电水量及发电水量对应的发电量。入库水量与发电水量之间的相关关系，应该依据不宜少于5～10年的入库水量与发电水量的同步实测资料，再以一定的相关分析方法来确定。若采用便于应用的线性相关关系“y＝a＋bx”，需注意线性相关系数r不应小于0.8。若经计算发现r＜0.8，则表明不宜采用线性相关关系“y＝a＋bx”，而应考虑采用幂函数相关“y＝axb”、指数函数相关“y＝aebx”、图线相关等其他相关方法来确定相关关系。

（五）发电水量与发电量相关分析

一般情况下，发电水量与发电量之间的相关关系，要好于入库水量与发电水量之间的相关关系。因此，若能依据实测资料确定入库水量与发电水量之间的相关关系，就必能以同样方法确定发电水量与发电量之间的相关关系。但在计算中需要注意机组情况的变更，避免所引用的发电量资料与未来期预计机组数量不一致等情况。如果必然存在发电量资料与未来期机组数量不一致的情况，则需对相应数据或成果做必要的修正。

（六）发电量预测

入库水量与发电水量和发电水量与发电量之间的相关分析完成后，即可依据所得相关成果及入库水量预测量，来推算相应发电量预测值。

四、实际案例

（一）案例1：已运行近40年的老电站

我国西北地区某水电站，建于上世纪60年代末、70年代初，共有5台机组（单机均4.5万KW），总装机22.5万KW。目前5台机组均正常运行。水电站水库为季调节水库，大坝为砼重力坝，高65m，长353m。原设计总库容4.7亿立方米，其中兴利库容2.1亿立方米。1988年实测，总库容减至3.24亿立方米，兴利库容减至1.44亿立方米。2011年实测，总库容减至2.74亿立方米，兴利库容减至1.07亿立方米。

1. 项目功能状态调查

为确定该水电站未来期的功能状态、发电能力、运行年数，评估人员收集、调研了水工监测、泥沙淤积、大坝安全鉴定（检查）等资料。

大坝监测资料表明，近年来（即2011年/下同），大坝主要测点垂直下沉年变幅为6.84～7.78mm/a、水平位移年变幅为2.91～17.21mm/a、平均日渗漏量为0.36～3.11立方米/d，均在正常值范围内；绕坝渗流未见异常；大坝曾发现38条纵缝和22条横缝，后经化学灌浆和环氧抹面处理，至今未见异常。

库区泥沙淤积资料表明，在1973～1988年的16年间，库区共淤积8100万立方米，使兴利调节库容减少3000万立方米，平均每年淤积506万立方米、减少兴利调节库容188万立方米，即平均每年减少兴利调节库容0.89%；在1989～2011年的23年间，库区泥沙淤积共4500万立方米，使兴利调节库容共减少1000万立方米，平均每年淤积196万立方米、减少兴利调节库容43万立方米，即平均每年减少兴利调节库容0.21%；综合1973～2011年的39年间，库区泥沙淤积共12600万立方米，使兴利调节库容共减少4000万立方米，平均每年淤积323万立方米、减少兴利调节库容103万立方米，即平均每年减少兴利调节库容0.49%。而其中1993～1996年的4年间和2005～2011年的7年间，平均每年仅淤积69万立方米，仅减少兴利调节库容15.3万立方米，即仅减少现有兴利调节库容1.7亿立方米的0.09%。经过以上测算，未发现库区泥沙淤积会对未来期水库运行构成影响。

在大坝安全鉴定方面，国家电力监管委员会大坝安全监察中心已分别于1989年3月～1990年8月、1997年10月～1998年12月、2005年10月～2006年11月、2012年2月～2012年12月进行了4次检查鉴定。除在第一次鉴定中，曾发现大坝校核洪水标准偏低和岸坡坝段坝踵应力超标，后经加固处理，于1995年7月使大坝达到了正常坝标准之外；在其余3次鉴定中，大坝均为正常坝。

综合上述分析，不难看出，该水电站虽已运行近40年，仍具有未来期持续运行条件，未来期电站运行年数至少在30年以上。

2. 天然来水量预测

为了预测项目未来期天然来水量，搜集了项目设计依据的1954～1972年来水量系列和项目投产后1976～2012年发电水量、下弃水量、水库蓄变量、库面蒸发量系列，从而形成了56年天然来水量系列。然后，依据该系列开展了分阶段年径流水文参数演变分析和年径流变比滑动线分析。最后，通过归纳水文系列的特点、规律，推算得出未来期天然来水量预测成果。

在分阶段水文参数演变分析中，把56年长系列划分为1954～1973、1976～1995、1996～2012等三个阶段，三个阶段的时程分别为19年、20年、17年。经计算，三个阶段的年径流量均值依次为107.7、98.7、82.8亿立方米；三个阶段的年径流量变差系数Cv值依次为0.35、0.49、0.39；三个阶段的年径流Cs/Cv均为2.5。这表明，在这56年里，上游来水量在逐渐减小。对于保证率P=50%的年份，天然径流量由第一阶段的102.3亿立方米，依次减少到了第二阶段的88.8亿立方米和第三阶段的77.8亿立方米；对于保证率P=80%的年份，天然径流量由第一阶段的75.4亿立方米，依次减少到了第二阶段的57.2亿立方米和第三阶段的54.6亿立方米；对于保证率P=95%的年份，天然径流量由第一阶段的57.1亿立方米，依次减少到了第二阶段的38.6亿立方米和第三阶段的35.2亿立方米。

在年径流变比滑动线分析中，除计算逐年变比过程外，还计算了3年、5年、10年即K3、K5、K10变比过程并将计算结果统一绘制为变比滑动过程线，见图1。

图1示出，在这56年里，上游来水具有明显的周期性变化规律，并且存有两个特点不同的丰枯变化周期。其中，第一个丰枯变化周期，是一个简单的单一式变化周期，这个周期的时程约15～18年，其丰顶期的5年来水量均值约为系列均值的1.4～1.6倍，其枯底期的5年来水量均值约为系列均值的70%；而第二个丰枯变化周期，是一个复式的大周期套小周期的变化周期，这个周期的总时程约30年，其丰顶期的5年来水量均值约为系列均值的1.3～1.5倍，其枯底期的5年来水量均值约为系列均值的65%。此外，在这个大周期中套有的两个小周期的时程分别约为5～8年，两个小周期的丰顶期5年来水量均值分别约为系列均值的1.1倍和90%。可见，尽管上游天然来水在56年里具有周期性变化过程和周期性变化规律，但总体上存在逐渐减少的特点和有可能进一步减少的趋势。

图1 西北地区某水电站天然来水量变比滑动线

表1 西北地区某水电站未来期发电量预测成果表

通过这些分析，再进一步对滑动线开展延伸性研究，最后推得未来期天然来水量预测成果，如表1第（2）列。

3. 上游新增引水量预测

评估人员在现场经向有关方面了解，电站上游今后不久将修建一项大型跨流域调水工程，该工程将从未来期第8年起引水10亿立方米，从未来期第18年起引水15亿立方米，该数据列于表1第（3）列。

4. 入库水量预测

上游天然来水量扣减上游新增引水量后即为入库水量，数据如表1第（4）列。

5. 发电水量预测

发电水量不仅与入库水量有关，还与水库调度运用有关。为确定未来期发电水量，需依据不宜少于5～10年的实际运行资料开展入库水量与发电水量之间的相关分析，然后以相关分析结果和预测的入库水量来确定发电水量。该水电站已运行近40年，但自2001年12月起，5台机组才全部运行，而未来期也是5台机组全部运行。故依据2002～2012年共11年的实测入库水量、发电水量、发电量资料，开展相关计算如表2。经计算，线性相关系数r=0.917＞0.8，表明二者相关关系较好。据此，进一步推出回归方程：

式中，W电、W入分别为发电水量与入库水量。

利用公式（2）和表1第（4）列入库水量，算得未来期各年发电水量预测值如表1第（5）列。

6. 发电量预测

为了以发电水量预测发电量，同样引用2002～2012年发电水量、发电量实测资料，开展发电水量与发电量相关计算如表2。经计算，线性相关系数r=1.0＞0.8，表明二者之间具有理想的相关关系。据此，进一步推出回归方程：

或

以上式中，E、W电、W入分别为发电量、发电水量、入库水量。

利用以上相关式和表1第（5）列发电水量，算得未来期各年发电量预测值如表1第（6）列。

（二）案例2：刚投入运用的新电站

我国西南地区某水电站，建于本世纪初，装有3台9.5万KW机组，目前刚投入运行不久。水库大坝为砼面板堆石坝，坝高135米。水库总库容5.9亿立方米，是一座季调节水库。

1. 项目功能状态调查

该水电站是一座刚投入运行不久的新电站，项目功能状态调查可主要依据项目建设资料来进行。为此，在现场调研的基础上，搜集、阅研了国家电力监管委员会组织开展的本项目竣工安全鉴定报告。该鉴定报告从12个方面分析评价了项目状态，其结论为：“各建筑物总体布置合理；工程等级及防洪标准满足规范规定；泄流能力满足工程防洪要求；水库不存在永久性渗漏问题；砼面板堆石坝等各主要建筑物设计合理，主体工程已按设计文件建成，土建施工、金属结构设备制造、安装质量满足设计和规范要求；主要监测设施工作正常。水库蓄水发电至今已经过两个汛期考验，工程运行正常，具备竣工验收条件。”

考虑到此鉴定报告内容全面、资料翔实、分析精准、结论准确，且具备相应的权威性，评估人员据此分析推断该水电站功能状态正常，具备设计生产能力，未来持续运行期应不少于40年。

2. 天然来水量预测

为了测算项目未来期天然来水量，搜集到项目上游ZAQ水文站1957～2010年实测径流量及还原径流量系列资料。然后，据以开展年径流水文参数演变分析和年径流变比滑动线分析。最后，通过对来水特点和规律的归纳、整理，推算出项目未来期天然来水量预测结果。

在水文参数演变分析中，发现水库来水具有年际变化不大、年内分布不均的特点。在年际变化方面，分阶段变差系数Cv值仅分别为0.21、0.22、0.24，最大、最小年径流量比值仅2.2～2.5。在年内分布方面，平均每年7、8、9三个月的来水量占全年来水量的一半（1/2）以上，其中8月份占21～23%；3、4两个月来水量仅占全年来水量不到3%。

在年径流变比滑动线分析中，发现上游来水具有大周期套小周期的变化规律：大周期时程约35～40年；小周期时程约10～15年；距今最近的大丰水期的丰顶期发生在上世纪90年代中期，其5年平均来水量约为多年平均来水量的1.2倍；自2000年以来，本流域处于最近这个大丰水期之后的必然枯水期，但自2012年起又已开始回升，在向着下一个丰水期发展。年径流变比滑动线及其延长线见图2，相应推得未来期年径流变比及天然来水量预测值见表3第（2）、 （3）列。

3. 上游新增引水量预测

经向地方水务部门了解，未来期上游无新建引水工程。

4. 入库水量预测

由于未来期上游无新增引水工程，则未来期上游天然来水量即为未来期入库水量，见表3第（5）列。

5. 发电水量和发电量预测

由于该水电站刚建成不久，运行资料不足以开展入库水量与发电水量和发电水量与发电量之间的相关分析，今以不同来水保证率典型年法加以计算。根据可研报告，来水保证率P＝5%、50%、95%的典型年分别为1999年6月～2000年5月、 1976年6月～1977年5月、 1988年6月～1989年5月，其相应入库水量依次为82.6、59.3、39.7亿立米，经调节计算，其发电量依次为16.24、12.95、9.96亿KW·h。依据这些数据，绘制入库水量与发电量相关图，并经检核，相关图贴近线性关系，从而推得入库水量与发电量的相关式为：

表2 西北地区某水电站入库水量-发电水量-发电量相关计算表

图2 西南地区某水电站年径流量变比滑动过程线

表3 西南地区某水电站未来期发电量预测成果表

式中，E、W入分别为发电量与入库水量。

由于式（5）直接给出了入库水量与发电量的相关关系，可不再计算发电水量，直接以该式和表3第（5）列入库水量，推得表3第（7）列未来期发电量预测值。

五、结束语

本文基于实践和水文分析与相关分析基本理论，针对水电站资产评估工作中存在的未来期发电量预测问题，提出了一套便于操作，又能使评估成果具有一定深度和合理性的方法。本法虽经初步实用并收到效果，但不可避免的仍会存在一些问题而需改进和完善。为此，真诚盼望多方就相关问题展开讨论研究，提出宝贵意见和建议，为提高我国水电站资产评估水平而共同努力。