我国流域梯级水电开发的回顾与展望

李 昇 ，高 洁 ，方光达 ，周兴波

（1.水电水利规划设计总院，北京市 100120； 2.国家能源水电工程技术研发中心，北京市 100120）

0 引言

水电作为技术成熟、清洁高效的可再生能源，一直是全球公认的优质能源电力，世界各国家无不把水电开发放在优先地位，发达国家在20世纪80年代基本完成其水能资源开发利用[1]。多年来，水电在我国电力供应中一直占据不可替代的重要作用，尤其是大中型水电站工程还兼顾防洪、供水、灌溉、航运、生态保护等综合功能，成为经济社会高质量发展最重要的基础设施。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出[2]：“加快西南水电基地建设，建设一批多能互补的清洁能源基地，非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。面向服务国家重大战略，实施川藏铁路、国家水网、雅鲁藏布江下游水电开发等重大工程”。

立足新发展阶段，回顾我国流域梯级水电开发历程及取得的成就，分析七十年来水电开发的主要经验和流域梯级开发的特点，进一步厘清我国后续梯级水电开发面临的新挑战，对实现“碳达峰碳中和”目标和能源安全新战略意义重大。

1 我国流域梯级水电开发历程与成就

新中国成立以来，大力开发水电是我国的重要方针政策。我国水电开发建设从1949年装机仅16万kW艰难起步，2004年一举突破1亿kW并居于世界第一至今，我国水电到2021年底装机达到3.9亿kW，其中常规水电3.5亿kW，抽水蓄能3639万kW。大半世纪以来水电每年贡献了我国15%～30%的电力电量[3]。经过70余年的发展，我国已建成高度居于世界前列的各种坝型，在大坝、工程边坡、深厚覆盖层、泄洪消能、大型地下洞室等各方面的工程技术全面处于世界领先地位。机组和电气设备制造方面取得跨越式发展，设计制造世界首台百万千瓦机组，抽水蓄能机组制造全面实现国产化。我国水电开发建设的理论研究、科研试验、勘测设计、建设管理、运行调度等各方面均处于世界领先地位。这些伟大成就的取得，与我国实行的江河流域梯级开发密不可分。按照最新统计，我国水能技术可开发量6.87亿kW[4]，水电开发程度过半，主要大江大河特别是中下游干流的水电开发基本完成，全国主要流域梯级水电站库群联合调度运行管理格局初步形成。

我国地势西高东低，形成了诸多水能资源富集的大江大河。20世纪80年代初，根据第二次全国水力资源普查成果，原电力工业部提出集中建设十大水电基地的设想。在此基础上，1989年原能源部水利部水利水电规划设计总院（现水电水利规划设计总院）提出十二大水电基地[5]，增加了东北和黄河北干流两个水电基地。21世纪以后，提出了建设十三大水电基地[6]（增加怒江）和十四大水电基地（增加雅鲁藏布江）。计入2003年开展的怒江水电规划，目前十三大水电基地主要包括：金沙江、长江上游、雅砻江、澜沧江干流、大渡河、怒江、黄河上游、南盘江红水河、东北三省、闽浙赣、乌江、湘西、黄河北干流，详见表1[6]。根据2011年有关统计[6]，我国十三大水电基地技术可开发装机容量超过2.78亿kW，年发电量近1.2万亿kW·h，其中以金沙江、长江上游、雅砻江、澜沧江干流、大渡河、怒江、黄河上游、南盘江红水河、乌江等基地的水能资源尤为富集。

表1 十三大水电基地规划Table 1 The plan of thirteen hydropower bases

我国流域梯级开发体制机制改革始于20世纪80年代。为提升水电开发动力，解决长期困扰水电开发财政资金投入不足的问题，破解深层的体制机制困境，为水电建设培育“自我积累，自我发展”的迭代机制[7]，“流域、梯级、滚动、综合”的水电开发八字方针逐步提出，并在1996年首次写入《国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》。由此，我国水电开发逐渐走上快车道，流域梯级开发管理模式不断完善。该模式下，在一个流域按照现代企业制度组建一个流域水电开发公司，实现梯级连续开发、形成规模效益。以先投产电站带动后投产电站，打破省域界限，先投产梯级收益滚动开发下一个梯级。1990年，第一个按流域开发组建的乌江水电开发公司推动了乌江干流水电梯级开发，并在2013年完成全流域开发。1995年，二滩水电开发有限责任公司改组成功，2003年明确由其负责实施雅砻江水能资源开发；1997年清江水电开发公司作为落实八字方针的试点单位，以隔河岩水电站为启动电站实施清江流域滚动开发。到2000年底，澜沧江、大渡河、黄河上游、二滩、乌江、三峡、清江、五凌等多家流域水电开发公司相继组建，流域梯级滚动开发成为水电开发的主要形式。2002年，中国长江三峡工程开发总公司经授权滚动开发金沙江下游的溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩四座巨型水电站，2022年6月四座电站中最后投产的白鹤滩水电站首台机组发电。这些流域水电开发企业在理顺体制机制、推动流域梯级水电开发中发挥了极其重要的作用。

截至2021年底，乌江、大渡河、红水河、长江上游、金沙江水电开发程度达到80%以上，雅砻江、黄河上游水电开发程度超过70%[4]，具体基本情况见表2和图1。我国主要流域的梯级开发格局已基本形成。长江水系中，金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝四座巨型梯级水电站装机容量约4500万kW，年发电量近2000亿kW·h，形成世界上规模最大的水电基地。雅砻江中下游“两库十二级”，总装机规模接近2700瓦kW，年发电量超过1260亿kW·h。其中，两河口和锦屏一级两座龙头水库电站为流域梯级发挥持久而巨大的蓄丰补枯补偿效益。黄河水系中，黄河上游自20世纪80、90年代即开始发挥梯级联合运行效益，梯级中有我国第一座百万千瓦级水电站——刘家峡水电站（122.5万kW，下同）、“万里黄河第一坝”黄河龙头水电站龙羊峡水电站（128万kW）、水电装机突破1亿kW的标志性工程——公伯峡水电站（150万kW）。

图1 主要流域水电开发情况（截至2021年底）Figure 1 The hydropower development of major river basin （by the end of 2021）

表2 主要流域基本情况表（截至2021年底）Table 2 Basic situation of major river basin （by the end of 2021）

2 我国流域梯级水电开发的主要经验与特点

回顾我国流域水电开发发展历程，从一个水电建设技术落后的国家发展成为技术强国，并取得当前立足世界之巅的成就，是改革开放为流域梯级水电开发提供了强大动力。流域梯级滚动开发建设管理模式具有中国特色，其成功的主要经验和特点是以人民为中心的宗旨在水电事业中的具体体现。

2.1 党中央高度重视，国家出台政策积极支持

我国能源资源禀赋以缺油少气为主要特征，面对解放初期煤炭产量低下能源供应严重不足，洪涝干旱自然灾害频发，水情复杂治水任务繁重的国情，国家对防洪、供水、灌溉和能源的保障提出了很高的要求。新中国成立以来，从毛泽东、周恩来等老一辈无产阶级革命家到习近平总书记，历届政府坚持以人民为中心的宗旨，对水利水电建设给予了高度重视。在组织机构上，中央政府在建国初期就在燃料工业部组建了水力发电建设局，随后又组建了水利水电部，并成立了流域管理机构、区域水电设计院。组织机构的成立，为我国水利水电发展提供了坚实基础。在政策支持方面，国家在各个“五年计划”中都对水利水电建设给予政策支持，国家科技攻关计划在“六五”到“九五”期间均对水电开发关键技术进行了专项支持。

2.2 制度优势保障，集中力量办“水电”大事

我国从一个筑坝技术相对落后的国家发展成为世界筑坝强国，中国特色社会主义制度优势十分重要。在党的领导下统筹协调，集中力量办大事。依托这一优势，在20世纪90年代初，国家尚不富裕的时候开工建设了中国百年梦想三峡工程，克服了工程技术、百万移民、巨额投资等诸多难题。依托这一优势，在国家统筹协调下，我国机组制造水平不断提高，常规机组单机容量逐渐从30万kW到55万kW再到70万kW，最后实现单机容量世界最大的百万机组，抽水蓄能机组从学习国外技术到如今完全满足国内需求。21世纪初，国家实施西部大开发战略，水电行业开始集中开发西部水能资源，用不到20年时间，在西部高海拔高寒高山峡谷地区建设了20余座200m以上特高坝，建设者几乎遍及所有国家水电企业，是集中展现制度优势的成功实践。

2.3 改革开放助力，激发流域水电开发活力

改革开放是我国经济社会发展中的一场深刻革命，极大地解放了社会生产力，促进了水电建设体制机制变革，推动了工程技术进步。改革开放之前，我国筑坝队伍采用的是计划经济的管理体制，建设管理主要是由政府主导成立工程指挥部或工程局，采用半军事化管理模式，政企不分，责权利不清，建设效率低下。改革开放后，国家大力推动电力体制改革、多元化投资主体改革、现代企业制度改革、项目法人负责制等一系列建设管理体制机制市场化改革，理顺了投融资机制，激发了水利水电企业的内生动力，拓展了筑坝行业的国际视野，使我国在水库大坝建设的基础理论、设计方法、科研实力、施工能力等方面不断跃升。

2.4 流域规划为先，强调水电开发综合利用

新中国初期，国家百废待兴，为了减轻水患灾害，国家决定大兴水利建设，随之相继启动了淮河流域、黄河流域、长江流域的规划编制工作。1954年完成《黄河综合利用规划技术经济报告》，1959年完成《长江流域规划要点报告》，同时期海河、辽河、松花江、珠江等均完成了流域综合规划。在这些流域规划理念中，坚持把水库大坝作为江河治理关键骨干性工程的规划理念，谋划出一批调蓄水库工程。长江三峡水利枢纽作为控制长江洪水的关键工程首次明确提出。70余年来，我国水利水电开发建设严格坚持了先规划再开发的制度，为我国河流水电有序开发奠定重要基础。在河流开发规划中，充分考虑了水库大坝的防洪、发电、供水、生态、航运等综合利用需求，是我国一直坚持的理念。我国目前的流域综合规划、河流水电规划，都将综合利用作为重要内容进行分析论证。

2.5 规章制度健全，构建完备技术标准体系

我国水电开发建设管理机构建立较早，经过长期的努力，形成了较为完备的行业管理规章制度，根据国情特点设置了技术方案审批、建设工程质量监督、安全鉴定和工程验收等管理流程。工程技术标准方面，通过学习借鉴苏联的经验，经过20世纪50、60年代的探索起步，到70年代的逐步完善，到后续更新补充，形成了完整的水利水电开发建设技术标准体系，覆盖了规划布局、勘测设计、施工技术、建设管理、安全监测、运行管理、除险加固等全生命周期的各方面。这些规章制度和技术标准，对水利水电开发建设起到了重要支撑作用。

2.6 单一国企开发，确保流域梯级管理系统性

同一条河流上各水电站存在天然水力联系，流域梯级电站在安全管理、梯级联合调度等方面迫切需要统筹管理。隶属于不同经济实体的水电站在实际运行中，很难从整条河流的整体效益出发进行调度运行。因此，我国在20世纪80年代提出推出“流域、梯级、滚动、综合”的水电开发概念理念时，提出了一条河流由一个投资主体开发建设，并在中央各有关部门的积极推动下，首先成立了贵州乌江水电开发公司，负责乌江流域的梯级滚动连续开发。此后这一模式得到坚持和推广。2012年和2013年，国家能源局以正式文件进一步明确了澜沧江流域、雅砻江流域、金沙江上游等河流的投资开发主体。这些大江大河的投资开发主体均为大型央企，开发建设的技术、资金、人才、管理各方面资源充足，在规范管理、社会责任履行等方面也得到有效保障。以国有企业为主、单一主体开发的模式，为我国流域水电安全、高效的开发建设和运行管理奠定了坚实的基础。

2.7 守住安全底线，始终把工程安全放在首位

水库大坝安全直接关系到水库下游人民群众的生命安全，对此我国在20世纪60、70年代曾有过惨痛的教训。确保大坝安全一直是我国坝工行业坚守的核心价值。工程安全贯穿于从规划设计、建设施工到运行管理等工程全生命周期的各个阶段，在政策法规、技术标准体系、方案审批、安全鉴定与验收等各方面都给予高度重视，以国有企业为主的各参建单位自觉履行责任，在建设过程中严格落实。这些行之有效的措施保障了我国水库大坝始终保持了较好的质量安全记录，成为世界上溃坝率最低的国家之一。在2008年汶川地震中，处于震中的紫坪铺等高坝经受了超过设计烈度的地震，未产生重大震损，未发生次生灾害。

2.8 科技创新引领，推动水电技术不断发展

我国水电工程能够取得当前的成就，关键在于坚持科技创新，包括引进消化、集成创新、再创新。碾压混凝土筑坝、面板堆石坝技术都是在20世纪80年代前后引入我国。经过不断地实践、总结、提升，我国目前已建成了上述两种坝型高度均居于世界前列的200米级坝，在实践中对两种坝型的防渗系统、防渗材料、施工技术、施工设备等进行了大量的改进和提升，形成了中国特色的建设技术，面板坝方面还对300米级特高坝进行了深入研究。从20世纪80年代开始实行国家科技攻关五年计划，从“六五”到“九五”科技攻关计划，高坝建设重大科技项目一直是国家科技攻关的重要内容，采用“产、学、研、用”紧密结合、联合创新，我国水电建设者解决了工程建设中很多关键技术问题。几十年的科技攻关和创新，已形成了完整的水利水电工程技术体系，很多成果达到国际领先水平。

2.9 重视生态保护，以开发促进生态环境改善

水电工程在保障防洪、供水安全和电力供给，促进经济社会发展中发挥了重要作用，但同时也改变了河流原有的状态，造成了生态环境影响。我国水利水电建设一直重视生态环境影响问题。20世纪70年代，我国就选择了葛洲坝、新安江等工程，开始比较系统地研究了建坝对生态环境的影响。20世纪80年代颁布了《中华人民共和国环境保护法（试行）》，1982年颁布试行了《关于水利水电工程环境影响评价的若干规定（草案）》。1989年正式颁发的我国最早的水利水电环境影响评价规范《水利水电工程环境影响评价规范》（SDJ 302—88），成为我国基础设施建设较早的环境影响评价技术标准。20世纪90年代开工建设的三峡、小浪底、二滩等工程，都全面系统开展了环境影响评价，并采取了一系列生态保护和修复工作。进入21世纪，水库大坝建设更加重视生态环境保护，尤其是党的十八大之后，工程建设中贯彻落实习近平生态文明思想，生态优先、绿色发展的理念得到进一步强化。目前，与大坝等枢纽建筑物同步建设的生态放水设施、分层取水设施和过鱼设施等已成为工程建设的重要内容。

2.10 维护社会和谐，系统解决水库移民难题

我国人多地少，大型水利水电工程建设不可避免会造成大量土地淹没和占用，产生水库移民。水库征地补偿和移民安置是大坝建设的重要内容，处理不好不仅会影响工程效益，还有可能影响社会稳定。改革开放以来，大中型水利水电工程征地补偿和移民安置工作走上法治化道路。1987年《中华人民共和国土地管理法》颁布生效，1991年国务院颁布《大中型水利水电工程建设征地补偿和移民安置条例》，提出开发性移民的方针。2006年，国务院修订并新出台了《大中型水利水电工程建设征地补偿和移民安置条例》，大幅度提高了征地补偿和移民安置标准，同期出台了水库移民后期扶持政策，对新中国成立以后的水库移民由国家实行统一标准的后期帮扶。通过前期补偿和后期扶持，实现水库移民“迁得出、安得下、稳得住、逐步能致富”的目标。水库移民的妥善解决，为流域梯级开发的有序实施起到了稳定器和定心丸的作用。

3 新时期我国流域梯级水电开发面临的新挑战

从我国流域未开发的水电资源建设条件、双碳目标下梯级水电再开发的需求等方面分析，新时期我国流域水电在开发运行管理、体制机制上也面临一系列挑战。

3.1 双碳目标对流域水电梯级定位提出了新要求

我国已经明确承诺2030年和2060年实现碳达峰、碳中和的双碳目标。要实现双碳目标的实现，需要大力发展可再生能源，实现实施“能源电力化，电力无碳化”，并构建高比例可再生能源的新型电力系统。由于风电、光伏等新能源，存在随机性、间歇性、波动性等问题，需要大量的灵活调节电源，主要提供容量、转动惯量及长时储能调节能力。在这方面，水电具有天然优势，势必成为构建新型电力系统最重要的调节资源之一。因此，水电的功能定位正逐步从提供电量为主，兼顾调峰及容量作用，转变为向系统提供容量、满足电力系统调峰调频需求为主，支持风电、光伏等新能源消纳[6]。在功能定位改变之后，水电工程特别是具有良好调节性能的流域梯级，需要进一步研究扩大装机规模，以提供更大的容量。目前，利用国家发展改革委水电前期费，水电水利规划设计总院组织开展了四条流域的研究试点工作。

以流域水电为基础的可再生能源一体化基地的体制机制需要进一步完善。近年来，利用流域水电作为基础灵活调节电源，推动风、光资源开发，建设水风光一体化综合能源基地的设想不断提出，特别是2022年3月，国家能源局《关于开展全国主要流域可再生能源一体化规划研究工作有关事项的通知》，已经着手部署安排全国主要流域可再生能源一体化规划研究工作，要求依托主要流域的水电开发，充分发挥水电灵活调节能力和水能资源，配套风电、光伏新能源资源，兼顾火电调节，建设可再生能源一体化综合开发基地。但是实施起来，遇到资源配置、外送与本地消纳、水电容量效益如何体现等一系列问题，需要针对不同应用场景，积极开展试点，形成制度化安排。

3.2 建设条件更趋复杂使建设管理技术难度加大

未开发的水电资源多处于西南边陲高寒高海拔地区，地质条件更复杂、施工技术难度更大。高寒高海拔地区面临着筑坝施工技术挑战，深厚覆盖层、高地震烈度区域面临着建坝技术挑战，深埋长大地下洞室群建设面临着各种岩爆、突泥、涌水等技术挑战。巨型滑坡及滑坡群、大型泥石流、冰湖溃决等地质灾害发育，对工程建设和安全运行亦带来巨大挑战。未来水电开发遇到的许多技术难题，已超出国内外已有的工程经验，建设管理技术难度极大。

3.3 流域梯级水电安全保障与应急管理难度增大

梯级水电站群系统安全保障与应急管理是流域水电梯级开发发展到新阶段面临的新挑战。近年来极端天气导致超标准洪水频现、流域统筹下的系统安全管理机制尚未形成，加之梯级电站均是按单一工程设计和施工，导致运行中存在上下游设计标准不匹配等问题凸显，梯级水电站安全保障与应急管理任务艰巨。一是受大气环流异常影响，区域短时降雨量大，极端天气造成超标准洪水，导致中小流域梯级电站防洪压力大。二是上下游梯级水库标准不匹配，上下游电站库坝如不同运营单位，沟通协调机制不畅问题突出，使得流域安全管理难度非常大。三是我国中小水库病坝险坝数量多，如遭遇超标准洪水溃决失事奖对下游大中型梯级水电设施造成威胁，流域梯级水电站库坝群应急管理难度极大。

3.4 梯级开发外部环境面临更高更严的管理要求

一方面，在生态优先的要求下，生态环境保护管理更趋严格，而未开发梯级水电多位于大江大河上游的西部高原区，敏感因素较多，面临的生态环境保护压力较大。需要进一步做好生态流量保障、水温影响减缓、水生生态保护、陆生生态保护等措施，在水电开发的同时切实保护好流域生态环境。另一方面，建设征地移民安置的难度日趋增加。在以人民为中心的指导思想和共同富裕的理念下，国家能源局于2019年出台了《关于做好水电开发利益共享工作的指导意见》，进一步完善水电开发征地补偿安置政策，推进库区经济社会发展，健全收益分配制度，发挥流域水电综合效益，建立健全移民、地方、企业共享水电开发利益的长效机制，水电开发脱贫帮扶的责任愈发重大。在当前梯级水电开发的大江大河上游及其支流，少数民族聚居，宗教设施众多。工程建设中需要贯彻国家有关法律法规和民族政策，充分尊重少数民族的生产生活方式和民俗习惯，深入研究采取恰当的避让、协商、迁建、补偿等措施，争取当地人民的理解和支持，才能做好项目开发建设。

3.5 梯级水电开发的商业模式和回报机制问题突出

随着水电工程向河流上游、偏远地区推进，工程建设条件愈加困难，人工和物资成本增长较大，安全环保和征地移民要求不断提高，水电工程的单位千瓦投资呈增加趋势，经济性下降，很多藏区工程需要补贴才能维持基准收益。部分流域龙头水库电站因为经济性差导致建设进度滞后，反过来又影响流域梯级整体的综合效益。在流域水电定位改变、水风光一体化基地模式下，价格机制尚未形成。这些都是制约后续水电开发的关键因素，需要在发展中用市场化手段加以解决。

4 结论与展望

在“双碳”目标和能源安全新战略的引领下，立足当前应加快流域水电梯级开发，尤其是大江大河上游的龙头水库，深层次挖掘水电潜力，认真总结70多年来的主要经验和实践经验，坚持生态优先、坚持系统观念，以科技引领水电创新发展，解决好发展过程中遇到的体制机制和技术难题，全力推进西南水电基地和雅鲁藏布江下游水电建设进程，统筹水风光一体化清洁能源基地建设。

放眼未来，我国流域水电开发前景依然光明，流域水电将在新能源为主体的新型电力系统中占据更加重要的位置，为“双碳”目标的实现作出更大的新贡献。近年来，我国在水电开发的工程实践方面取得很多新的进步。乌东德、白鹤滩、两河口、双江口等工程的纷纷投产或即将投产，进一步夯实了我国在300m级高土石坝、300m高拱坝建设的技术基础和世界领先地位，通过锦屏二级和一系列引调水工程的实践，积累了大量处置长大深埋隧洞各种岩爆、突泥、涌水等突发问题的经验。在此基础上，经过持续科技攻关，我们肯定能妥善解决未来我国水电开发中出现的各种技术问题，推进我国流域水电开发技术不断进步发展。

水电作为最可靠的清洁可再生能源电力，流域梯级水电将成为新能源为主体的新型电力系统的“压舱石”。目前我国水电装机已达3.9亿kW，利用好这些存量水电，在后续开发中充分考虑双碳目标要求，同时在具备条件时，对存量水电进一步扩机，结合国家推动主要流域可再生能源一体化规划研究工作，针对远距离外送、近区消纳、二者结合等各种应用场景，研究开发建设管理体制、商业模式和定价机制，通过基地化融合发展，持续坚持“流域、梯级、滚动、综合”的理念，坚持一个河流（河段）一个开发主体的模式，坚持一体化规划、一体化资源配置、一体化开发、一体化调度运行、一体化电价机制、一体化消纳的模式，有效推动了流域水电和新能源的融合发展。在新要求、新定位、综合基地开发的理念下，流域水电必将在我国实现双碳目标、构建新型电力系统中发挥重要的支撑作用。