福建省小水电生态补偿电价研究

廖庭庭

(福建省水利水电科学研究院，福州 350001)

福建省是全国著名的小水电之乡和水电农村电气化县建设的策源地之一，水电装机容量位居全国第三，水电是我省经济社会发展的主要能源，在解决农村用电、推动地方发展、改善生态环境等方面发挥了十分重要的历史作用。但因开发较早、功能单一、设计理念陈旧，一些水电站在改善流域大生态的同时，也影响了局部河段和一些支流的小生态。

前人对农村小水电电气化、管理与规划提出了要求[1-5]。2014年，以《生态补偿条例》草案的立法解释为背景，汪劲[6]讨论了生态补偿的概念。叶舟[7]运用经济学产权理论及其外部性原理、生态系统空间牲和栅格模型，并结合制度经济学理论，提出了制度基础和多层次的生态补偿政策框架。基于发达国家经验的归纳与类比，安果[8]认为生态补偿机制的制度与调整，应围绕生态补偿机制的健康、良性以及可持续运转来进行。

以胶州湾滨海湿地为研究对象，商慧敏[9]采用生态系统服务价值法和条件价值法，估算了滨海湿地的生态补偿标准。根据“环鄱阳湖生态经济区”的战略决策，刘海清[10]探讨了鄱阳湖生态经济区生态补偿机制，提出：鄱阳湖生态经济区生态补偿方式主要有政策补偿、实物补偿、资金补偿、技术补偿、智力补偿等。对于高环境风险行业引发的环境污染、资源耗竭等环境负外部性问题，邓晓红[11]研究了生态补偿对象及补偿标准。生态保护后生态环境得到了保护和改善，张林洪[12]提出了获益方补偿生态保护区的损失计算方法。通过对水电开发的环境影响分析，曹丽军[13]设计了水电开发的生态补偿方法。王敏[14]运用多种资源经济价值评价方法，构建了水库大坝建设的经济价值与经济损失评价模型和生态补偿标准评价模型。

为解决经济社会发展和生态环境保护矛盾，完善福建省生态运行模式，遵循“电调服从水调”的原则，优化电站运行方式，提高综合利用水平，与当地水资源承载力、河流生态环境保护相适应，保障河道内水生态健康，改进发电调度方式，推动季节性限制运行，探索小水电生态补偿电价标准，以加快建立生态电价长效机制。本文首先分析福建省小水电的结构，遂为小水电生态电价标准奠定基础和指明方向。

1 福建省小水电分布情况

根据福建省水利厅农电处2017年统计资料显示，福建省单站装机5 万kW(不含)以下的农村水电站共6 585 座电站，总装机容量7 304.97 万kW，符合流域规划电站4 656 座，有核定环保下泄流量电站3 644 座，减脱水长度7 508.47 kM，存在用水矛盾电站92座，位于生态保护敏感区电站128座，村集体占股电站1 241 座，村财收入年均24 331.39 万元。

小水电站装机容量对应的电站数量分布情况如下。表1统计显示：装机容量500 kW(含)及以下的小水电站装机占全省的13.89%，小水电站数量占全省的65.9%，年平均发电量仅占12.72%。装机容量500 kW(含)及以下的电站数量过半，发电量仅12.72%。装机容量大于5 000 kW的电站总装机容量占全省的47.97%，电站数量占全省的3.33%，年平均发电量占全省的50.05%。可以看出：装机容量小于500 kW(含)的小水电站数量过半，发电量仅达13.89%。

表1 福建省装机容量分布情况统计表Tab.1 Statistics of installed capacity distribution in Fujian

全省小水电的平均装机1 109 kW；装机500 kW以下的小水电站数量占全省小水电总数的65.9%；其分布如图1所示，可以看出：装机容量小于200 kW的电站，占全省小水电站数目的34.94%。

图1 福建省农村小水电站装机对应电站数量Fig.1 Number of power stations installed in rural small hydropower stations in Fujian

(1)装机容量与减脱水长度的关系。由图2，可以看出：①装机容量小于200 kW(含)的减脱水长度占全省小水电总减脱水长度的26.79%，装机容量大于200 kW且小于1 000 kW(含)的减脱水长度占全省小水电总减脱水长度的46.81%，装机容量大于1 000 kW的减脱水长度占全省小水电总减脱水长度的26.40%。②总体看来，减脱水问题主要集中于装机容量小于500 kW(含)的小水电站。

图2 小水电站装机所对应减脱水长度的百分比Fig.2 The percentage of dehydration length corresponding to the installed capacity of small hydropower stations

(2)装机容量与年平均发电量的关系。为深入了解全省电站的发电效率，本文计算了全省电站的装机容量与年平均发电量的比值。从表2所示，可以看出：①大体上，装机容量越大，年平均发电量越多。②装机小于100 kW(含)的电站，装机容量占全省的0.82%，年平均发电量占全省的0.71%，该比值为115.49%，其值最大，表明其效率最好；其次是装机大于100 kW且小于200 kW(含)的电站，装机容量占全省的3.24%，年平均发电量占全省的2.89%，该比值为112.11%，位于第二；比值最小的是装机大于5 000 kW的电站，装机容量占全省的47.97%(其中装机大于5 000 kW且小于10 000 kW(含)的电站，装机容量占全省的11.07%，装机大于10 000 kW的电站，装机容量占全省的36.90%)，年平均发电量占全省的50.05%(其中装机大于5 000 kW且小于10 000 kW(含)的电站，年平均发电量占全省的11.55%，装机大于10 000 kW的电站，年平均发电量占全省的38.50%)，该比值为95.84%，其值最小。③总体上看来，装机容量越大，其比值呈现减少的趋势，如图3所示；最终随着装机容量增大，比值趋于稳定，其值为95.84%。

表2 装机容量与年平均发电量的比值Tab.2 Ratio of installed capacity to annual average power generation

图3 装机容量与比值的关系图Fig.3 Relationship between installed capacity and ratio

2 生态补偿电价及计算方法

2005年国家出台《可再生能源法》，该法律的出台普遍加快了可再生能源开发的步伐，且法律中的许多条款与小水电行业多年的呼唤及政策建议相吻合，如对可再生能源合理定价。

2019年11月20日，国家发改委正式发布《生态综合补偿试点方案》(简称《试点方案》)，将在西藏和四川、云南、甘肃、青海四省藏区，福建、江西、贵州、海南四省，以及我国率先建立跨省流域补偿机制的安徽省，选择50个县(市、区)开展生态综合补偿试点工作，进一步健全生态保护补偿机制。

根据小水电生态补偿的两面性，将生态补偿分为“增益补偿”和“抑损补偿”两种类型。本次生态补偿电价属“抑损补偿”，主要补偿小水电因河道生态环境修复而枯水期限制运行的损失。

生态补偿电价具体计算过程如下：

(1) 研究对象(电站)年利用小时数为T，近3年发电量为A，引水流量Q，上网电价为V，水头H，p为引水流量减少百分数，v为上网电价上调百分数。

(2) 电站出力P=KQH。

(3) 年发电用水量=设计流量*发电小时数。

(4) 电站的效率，W1=PV。

(5) 考虑生态下泄的情况下，W2=P(1-p)V(1+v)。

(6) 在保证电站收益不变的情况下，W1=W2。

(7) 最终算出v，即v=1/(1-p)-1。

3 计算验证

验证计算方法主要分为水文法、能量法和通用法，其中能量法可分为区划法和流域法，分别进行介绍。

3.1 水文法

水文法是以水文站流量为基础数据进行计算生态补偿电价。本文以离光泽县司前水文站较近的霞安电站为研究对象。该水文站位于富屯溪上游，月平均流量5.61 m3/s，来水量年内分配极不均匀，如表3所示。月平均流量最少为12月，其值仅1.30 m3/s；月平均流量最大为5月，其值为11.57 m3/s，是12月月平均流量的10.6倍。其中，4、5、6月3个月的来水量约占全年的53.6%，10月至翌年2月的来水量仅占15.9%。

表3 司前水文站(1971-1992)Tab.3 Siqian Hydrological Station (1971-1992)

按生态流量取多年平均流量的10%，即司前水文站的生态流量为0.56 m3/s。因丰水期来水量较多，不用再考虑下泄生态流量。主要考虑引水式电站枯水期坝下断流，并忽略丰水期下泄流量，司前水文站处水电站的引水流量，如表4所示。

表4 司前水文站处电站引水流量Tab.4 Diversion flow of power station at Siqian Hydrological Station

抽取霞安电站为研究对象，其坝上集雨面积90 km2，近3年平均发电量266 万kWh；其装机500 kW，上网电价0.328 元/kWh。从未考虑生态流量的多年平均流量5.66 m3/s降至考虑生态流量5.33 m3/s，司前水文站处水电站引水流量减少5.8%。

在年利用小时数不变的情况下，若下放生态流量，全年电量将减少5.8%；为补偿因下放生态流量造成发电量减少的损失，故生态补偿电价是上网价的6.2%。

3.2 能量法

能量法分为以行政区域为主的区划法和以流域梯级电站为主的流域法2种计算方法。

(1)区划法。以顺昌县选取80座引水式电站为研究对象，根据四年(2013-2016年)各月发电量，若1-2月限制发电的情境下，引水式电站生态补偿电价估算与装机的关系，如图4所示。

图4 引水式电站生态补偿电价与装机的关系Fig.4 Relation between ecological compensation electricity price and installed capacity of diversion power station

对于引水式电站，考虑90%置信区间，以装机容量570 kW的下坑水电站为基准，其1-2月发电量占全年发电量的15.74%。若考虑下坑电站1-2月不发电，生态补偿电价是上网电价的18.7%。对于顺昌县全部电站来说，1-2月发电量占全年发电量13.11%。若全部电站均限制性运行，且保证全县引水式水电站经济效益不受损的情况下，生态补偿电价是上网电价的15.1%。

(2)流域法。三港溪一级、二级和三级电站同属梅溪流域，其近3年平均发电量为464、502、597 万kWh；以其装机容量满发，计算其年利用小时数分别是4 419.05、3 984.13和4 975.00 h，如表5所示。对于三港溪一级、二级和三级电站，年利用小时数达185.81，占全年的50.91%。

表5 三港溪一级、二级和三级电站年利用小时数Tab.5 Annual utilization hours of Sangangxi first-,second- and third-level power stations

表6给出了两个限制运行情境(10月至翌年3月和12月至翌年1月)下，生态补偿电价计算成果。从表6可以看出：若12月至翌年1月限制运行，生态补偿电价是上网电价的6.5%。

表6 生态补偿电价计算表Tab.6 Calculation of ecological compensation price

3.3 通用法

通用法主要以全省降雨数据为基础，计算全省生态补偿电价。如图5所示，若枯水期10月至翌年2月小水电限制运行，期间降雨占全年的30%，故生态补偿电价约是上网电价的42.9%。

图5 福建省各月降雨百分比分配图Fig.5 Distribution of monthly rainfall percentage in Fujian

每kWh以0.3元计算。因每个月降雨不等，对于不同的月份限制运行，生态补偿电价概算，如表7所示。当以12-1月枯水期限制小水电站不发电时，生态补偿电价是上网电价的12.50%。

表7 不同月份限制运行对应的生态补偿电价 %Tab.7 Ecological compensation electricity price for restricted operation in different months

3.4 小 结

在假设各水电站入库流量过程、自身调度和水能利用率等方面无差异的前提下，本小章阐述了水文法、能量法和通用法等3种生态补偿电价计算方法。若小水电站附近建有水文站，建议采用水文法。若批量小小水电进行生态修复改建，可根据电站的地理位置选用区划法或流域法。此外，有近三年逐日发电数据的小水电站，也建议采用能量法。对于无水文和无发电量的电站，建议采用通用法。

4 总 结

在政府、企业、职工、环保督察各方的博弈中，历史与现实、责任与使命、利益与情怀相互交织，要做好全省生态修复工作，需要深入实际调查研究，以事实、实时数据为依据，优先采用水文法。对于有发电数据的小水电，采用能量法。对于“无水文数据和无发电数据”的电站，建议采用通用法。总之，选用水文法、能量法和通用法中的一种计算方法，计算补偿电价，探索提出科学合理的生态补偿方案。

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