美国小水电开发前景及面临的问题

1 概 述

早在1879 年，尼亚加拉瀑布便被开发用于水力发电。3 a 后，美国首座商业发电厂投入运营。1895年，纽约建成尼亚加拉瀑布发电厂，装机3 728 MW，且首次生产可用于长距离传输的交流电。

由于水电开发具有防洪、灌溉和发电等效益，因此，越来越受到人们的重视。1949 年，水电占美国总发电量的32%，随后发电量持续增长，直到1974年，水电占美国总发电量的比例才开始稳步下降。由于缺少新建水电站，1974 年后水力发电量开始减少，且年发电量经常变化较大，有记录显示，水力发电量从1999 年的356 TW·h 降至2001 年的217 TW·h。

2 开发潜力

2009 年，水力发电仅占美国电力生产的7%，而全球平均水平为20%。美国传统水电装机容量为77 910 MW，抽水蓄能为20 538 MW。目光再次投向水电能源。在成熟的电力市场，实施大型水电开发方案的机会很少，而更多关注于升级改造已建电站和开发小水电。

2009 年，美国政府宣布，计划将通过提高水轮机效率，充分利用抽水蓄能电站及安装径流式水轮机等措施，以期将水电装机容量提高70 000 MW。政府指出，在提高美国水电装机容量的同时，应考虑到对环境造成的影响，无需新建许多大型水库，只要将精力放在已建项目上，新增电量就已相当可观。为开发小水电蕴藏量，能源部同意于2009 年在7 个新项目上投资3 060 万美元。

阿拉巴马州电力公司获得约600 万美元，用于对库萨(Coosa)河3 座水电站的升级改造。将运用不锈钢水轮机和转子取代20 世纪40 年代和60 年代的原有设施，在取水量相同的情况下，可产出更多的电量。升级改造始于2010 年6 月，以期使年发电量增加36 087 MW·h，即占总发电量的7.3%。

能源部为美国铝业公司提供了约1.23亿美元的资金，旨在对美国卡罗莱纳州北部乔阿(Cheoah)河上的塔波科(Tapoco)大坝进行升级改造，将利用不锈钢水轮机取代4 台已使用了90 a 的混流式水轮机，预计总耗资约为1.23 亿美元。据预测，该措施将增加22 MW 的装机容量，即占容量的28%。同时，更换水轮机也可提高鱼类成活率。

美国新墨西哥州中部城镇——洛斯阿拉莫斯获得450 万美元资金，用于安装装机为3 MW 的小流量水轮机和发电机。该项目预计总耗资850 万美元，可增加22%的装机容量。此外，美国华盛顿州西部塔科马市、科罗拉多州博尔德、华盛顿州西北能源公司，以及阿肯色州北小石城电力部也分别获得460 万、118 万、80 万和45 万美元的相应资助。

水电具有升级潜力，比如在发电效率和增容方面。装机容量超过5 MW 的小水电应受到重视，开发利用得当可将现有水电装机容量提高近一倍。

奥润柯(Orenco)水电公司，位于加利福尼亚州帕洛阿尔托市，其创始人兼副主席M.马托塞克表示，目前美国有多座大坝未用于发电。因此，他主张增加水电项目建设，并认为，对已建大坝进行升级或改造，是增加美国可再生能源最切实可行的方法。

此外，他还将风力发电项目与新增水电项目进行比较。作为战略决策集团(SDG)咨询公司总经理，他指出，风力发电项目的建设成本约为2 500～3 500 美元/kW，平均发电量约为装机容量的25%。而水电项目仅需1 500～2 500 美元/kW，新建水电项目的平均成本不足风力发电成本的一半。

因此，他认为发展水电带来的可观经济效益显而易见，特别是当汽油价格飙升和依靠其他发电能源(如煤炭)难以满足利用可再生能源发电要求的时候。

然而，原田纳西流域管理局的高级产品管理经理P.玛驰则持有不同观点。他表示，如果水电项目仍有市场，那么就可对这些项目进行开工建设。然而，据他回忆，早在20 世纪80 年代，能源部就曾鼓励建设类似的小水电项目。但是，由于人为或自然因素，几个项目纷纷以失败告终。

3 生态环境

从局部影响和减缓温室气体排放来说，水电项目通常都不符合环境标准。在水电建设中，经常会提出环境问题，但却不能完全得以解决。尤其是，减少对当地的影响会增加开发成本，从而影响小水电项目的收益率。

田纳西州橡树岭国家实验室研究与发展高级职员G.卡达称，目前所面临的环境问题与20 世纪90年代相似。由于修建大坝减缓了水流流速，使悬浮的泥沙和碎片沉积下来，破坏了水生植物，植物腐烂又引起甲烷大量排放，从而导致水库很快沼泽化，必须采取适当的泄流措施来解决这一问题。

鱼类死亡则是另一个问题。上下游迁移的鱼类往往很难通过水轮机。G.卡达指出，通过一些老式水轮机的鱼类仅有不到30%的存活率。而现代水轮机(如混流式水轮机)可大大提高鱼类存活率，可达50%～80%，运用轴流式水轮机则可达90%～95%。2005 年，德国福伊特公司宣称，其生产的水轮机安装在华盛顿瓦纳庞(Wanapum)大坝上，鱼类通过时成活率高达98%。在西北部斯内克河建造的大坝上，也安装了类似的水轮机。然而，该技术只适用于大型水电项目。瓦纳庞水电站装机容量1 038 MW，投资达1.2亿美元。因此，从商业角度考虑，这并不适合小型项目。

下游河水的含氧量是需要关注的另一环境问题。尽管该问题普遍存在于大型项目。水库底部水流进入压力管道时，含氧量较低，水流至下游时将会产生不利影响，这就要求采用先进的曝气式水轮机。当水流通过该水轮机时可产生气泡，从而提供充足的氧气。但采用该技术会增加投资。

如果不重视环境问题，在某些情况下，结果可能会与能源部的初衷相悖。因对大坝进行升级改造而使其受到破坏，导致水力发电量减少。以加利福尼亚州蔚町市的巴特尔克里克河为例，2010 年7 月，工程师们开始了美国历史上最大的流域恢复项目之一。他们计划拆除太平洋煤电公司拥有的4 座大坝，这将导致总装机容量从28 MW 下降至20 MW。

资助该工程的单位有:加州联邦银行、国家海洋渔业局、美国鱼类与野生动物局、美国垦务局，以及加州渔业部以及太平洋煤电公司。拆除大坝后如何完全恢复河流将成为未来10 a 内争论的焦点之一。该工程预计耗资1.25亿美元，历时4 a 竣工。此外，工程还将为河道两侧配置鱼道、安装护鱼筛网，以使该河的水生生物重获新生，并为珍稀物种切努克鲑鱼和鳟鱼提供交配场所。

4 FERC 审批程序

新建水电项目受到监管。当水电前景不乐观时，监管机构就将阻止新项目上马。项目一旦确立，联邦能源管理委员会(FERC)的审批程序就将成为难以逾越的行政障碍。M.马托塞克相信，该市场将会越来越活跃，但复杂且耗时的审批程序也是存在的挑战之一。

相对于太阳能或风力发电场2.5 a 的审批时间，FERC 对新水电项目进行审批需要5.5 a。对前者的审批受内政部矿产管理部门控制。虽然通过努力可以简化水电项目的审批程序，但要达到装机容量为100 MW 的风力或太阳能发电场的审批标准，仍需要很长时间。新建大坝的审批程序繁琐，对已建大坝也同样如此。

FERC 正在努力调整对小水电的审批现状，2010 年8 月与科罗拉多州签订了备忘录，计划简化对试点计划的审批程序。科罗拉多州将筛选出相关项目，通过FERC 认可后，将省去前两个讨论阶段，这将会节约1 a 多的审批时间。

在几个正在实施的大型项目中，能源部也利用著名的分类免责条款，使FERC 免去最耗时的审批环节。与其他项目一样，这些都属于联邦政府缓解环境问题的常规措施。

虽然小水电在可再生发电装机容量方面能长期、显著地增长，但在许多方面，其对当地环境的影响比太阳能或风力发电场都大。本质上，处理好水电对当地自然水体环境的影响将会增加工程成本。相对而言，径流式水电站影响较小，因而可能更易实施。当实施部分河流恢复项目时，也许是对美国许多现有的大坝进行升级改造的最佳时机，而不应一味反对。