龙羊峡水电站 水光互补新典范

◎ 文 | 田宗伟 李鑫业 编辑 | 孙钰芳

龙羊峡水电站 摄影/王国栋

黄河上的水电站地理位置图 制图/ 田宗伟

尽管我也是一名水电人，可说来惭愧，连龙羊峡水电站在哪里我都不知道。接到走访龙羊峡水电站的任务后在百度地图上一查，才发现它是一座建在青藏高原上的水电站。受新冠疫情的影响，行程一再推迟，但也正好，使我有了更多的时间做足此行的功课。

黄河干流上兴建的水电站大大小小几十座，兴建最早的，是三门峡水电站（1957 年开始修建），装机最大的，是拉瓦西水电站（420 万千瓦），最靠近源头的，是黄河源水电站（2017 年已拆除），最末一级的，是小浪底水电站（位于河南省洛阳市以北、济源市以南的黄河中游最后一段峡谷出口处），龙羊峡水电站的看点在哪里呢？中国大坝学会何以要把龙羊峡水电站列为我们首批走访的对象呢？

建在青藏高原上的水电站，曾经的时代符号

龙羊峡水电站修建于上个世纪七八十年代，尽管施工的大部分时段已是改革开放之后，但施工手段仍是落后，机械化程度低，加之地处青藏高原空气缺氧，树无一株，房无一间，施工条件极其艰苦。但施工人员硬是凭着肩挑背扛创下了黄河第一坝、亚洲最大的大坝、单机容量最大、海拔最高电站以及中国最大的人工湖等多个第一。有文章在豪情满怀地陈列了坝高、坝长、库容、装机等一系列数据指标后这样写道：在那样的一个年代，这是中国人精神的一种凝集，是信仰、是精神，甚至是生命的堆积。龙羊峡水电站见证了国家在困难时期建设大型水利工程的决心，体现了社会主义体制的优越性，这些数字，代表了上世纪80 年代中国水电建设和机电制造的先进水平。每一个数字都闪耀着智慧的光芒和不屈的精神，这是一代中国人在雪域创造的伟大工程，在高原树立的一座时代丰碑。我终于明白，那个时候的龙羊峡水电站，也就是今天三峡工程，那是一个时代的符号，是一段光荣的岁月，是一种国家的骄傲……

我开始用谷歌地球、图新地球搜索龙羊峡水电站。在青海湖南面不远处，我发现有一勺状的绿得发黑的宝石散落灰白的荒原之上，下沉视点高度，“龙羊峡水库”的字眼出现了，继续下沉，有似蕨类标本样的大地纹理开始显现，再下沉，上下左右移动画面，我找到了那一弯弯月芽似的大坝。黄河这一段的径流是否已经滚滚滔滔我不知道，但这一弯178 米高的大坝确乎是营造了一个天湖。上网一查，水库回水长度108 公里，面积383 平方公里，总库容为247 亿立方米，三峡工程建成前为我国第一大水库，控制着兰州断面水量的62%、黄河入海口水量的42%，系一多年调节水库，调节性能优良。发电而外，还兼有防洪、灌溉、防凌、养殖、旅游等多种效益。

在南方十分炎热的七月，接国家电投黄河上游水电开发有限责任公司（以下简称：国家电投黄河公司）通知，可以接待我们的走访。我们是经西宁乘车前往的。翻过日月山，穿过一片大草原，就进入了黄河在上游共和盆地深切出来的峡谷地带，原来谷歌地球上蕨类标本样的大地纹理陡然峥嵘了起来，山体脉络棱角分明，灰色，全是石头没有树木，与南方山地之草木丰茂迥乎不同。三个多小时后，那个绿得发黑的绿宝石出现在了我们的眼前。再走近，可以看到水库边有一片小树林，那便是龙羊峡水电站所在的龙羊镇。到达已是下午，晚饭后天黑前，黄河公司的工作人员领我们来到水库边的观景台观景。大坝在观景台的东面，虽是不远，但由于蓄水的关系，只能看到约十米左右的坝身，难说雄伟。近岸的水中有一些五颜六色的橡皮船，据说那是地方政府的旅游收费项目。对岸的山体清一色暗灰的石头，但脉络分明，说不上裸露。那眼前之水呢，简直就是朱自清的梅雨潭！陪同人员无不骄傲地说，黄河是出了青海才变黄的。放眼西望，落日的余辉映照着水面，水天一色，瑰丽无比。而右侧近处，一棵树干端直、丫枝团团向上，成为一个漂亮的剪影似的近景，突然，我感觉它是一个象征，一时间，竟有些说不出话来。

龙羊峡峡谷风光 摄影/张勇

龙羊峡大坝浇筑施工 摄影/张勇

龙羊峡水电站办公楼一楼有一面积近百平米的展厅。里面陈列了龙羊峡水电站的诸多荣誉，一个个铜牌金光闪闪。但给我印象最深的，还是记录水电站建设历程的那些黑白照片，有扛着旗子、挑着水桶、背着被盖步行开赴工地的，有大伙儿围蹲在地上吃饭洗脸的，有腰间拴着绳子从高处吊下站在山腰手持钢钎撬石头的，虽是黑白，人们的神情却仍看出是清朗平和的，有的还是面上含笑的。条件那么艰苦，精神却是那么饱满，不能不让人生发感触。

次日一早，陪同人员又增加了一位电厂运行人员。他说领我们先到对岸的观景台看看后再参观厂房。上去了我才明白，昨日左岸那观景台主要在于欣赏水库美景，今日这观景台更像是为观看大坝泄洪而建。那天没有泄洪，黄河的水本就宝贵也许很少泄洪，奇怪的是坝下河道也感觉不到水的流动，没有声音。由于岩石遮挡，只能看到坝下电站尾水那小小的一片水域。突然明白大坝为什么要建在这里，因为这里正当龙羊峡西端峡口，峡口宽仅五六十米，不用太大的工程量就给黄河上了一把钢筋混凝土的大锁。

1987 年7 月，龙羊峡水电站1 号转子吊装。 摄影/张勇

走在坝顶时我即发现下游的那段峡谷非同一般，我说去那边看看峡谷吧。走近一看，果是不同。在长江三峡欣赏峡谷，我们多是乘船从江面往前看往上看，面对壁立千仞虽也震惊但无恐惧。在这里却不同，从山顶外沿下看万丈深渊，从不恐高的我也心惊胆颤，稍不留心，跌下便是亡命，但越是危险又越是想去更边沿以看得更加完整。这个峡谷的狭窄幽深是我从未见过的，而那水呢，绿得发黑，如带子一般沉在谷底，看不出流淌，根本不是我原来想像的奔腾翻滚的黄色水流的黄河。

三十三年运行效益之观察

龙羊峡水电站从1976 年开始建设，4 台机组于1987 年12 月至1989 年6 月间相继投产发电；泄水建筑物的底孔深孔中孔在1987 年至1989 年间相继投入使用；1990 年主坝封拱高程至2610 米；1993 年工程销号，未完工的项目转入尾工工程施工。2000 年8 月，《黄河龙羊峡水电站工程竣工验收安全鉴定报告》在西宁定稿。鉴定报告认论为：“龙羊峡水电站自1986 年下闸蓄水运行至今已十三年多，经历了三次较高水位、三次3 级左右的水库诱发地震活动期和两次里氏4.0 级以上的构造地震影响，总的来说近坝库岸、大坝和两岸坝肩岩体、引水系统和发电厂房等工作状况正常。龙羊峡水电站工程总体是安全的，各建筑物工作状态未见明显异常，已具备进行竣工验收的条件，存在问题需在运行中不断解决，以利于工程的安全运行。”若1987 年12 月首台机组投产发电算起，至今已运行33 周年，其发电、防洪、防凌、供水、灌溉、旅游等多种效益十分显著。

1 发电效益

龙羊峡水电站安装有4 台单机容量32 万千瓦总装机128 万千瓦机组，自1987 年首台机组投产发电以来，连同2015 年投产的85 万千瓦光伏机组，截止2021 年10 月31 日，已累计发电1705.46 亿千瓦时，为西北各省区的国民经济发展作出了重要贡献。由于电站装机容量大，水库调节性能好，龙羊峡电站还是电网的主要调峰、调频和事故备用厂，由此相应地减少了网内火电机组因调峰、调频和事故备用而增加的煤耗，从而提高了整个电网运行的经济性。

龙羊峡水电站的“龙头”位置还决定了它的水库控制运用将直接影响其下游刘家峡（装机122.5 万千瓦）、盐锅峡（35.2 万千瓦）、八盘峡（I8万千瓦）、青铜峡（27.2 万千瓦）梯级电站的发电出力。从径流调节的角度看，具有多年调节性能的“龙头”水库其作用主要有两个方面，一是年内丰枯季水量调节，即减少汛期弃水，增加枯水期发电水量和抬高发电水头，二是通过调节年际之间水量，减少丰水年弃水，将丰水年份多余水量留待枯水年份用，以达到多发电的目的。

2 防洪与防凌效益

由设计资料知，龙羊峡水库不仅具有较强的径流调节能力，其设计调节库容达193.6 亿立方米，而且防洪能力也较大，设计调洪库容51.8 亿立方米。由于龙羊峡水电站的投入，其下游梯级电站和城镇的防洪标准将逐步得到提高。其中刘家峡水电站将由龙羊峡建库前的三千年至五干年一遇洪水校核提高到可能最大洪水校核，盐锅峡水电站由千年一遇提高到两千年一遇洪水校核标准，八盘峡水电站由三百年一遇提高到千年一遇洪水校核标准，兰州市虽仍然维持百年一遇防洪标准，但其上游刘家峡水电站下泄流量将由4770 立方米每秒降至4290 立方米每秒。

龙羊峡水库运用以来，1989 年发生了入库洪峰流量4840 立方米每秒、2012 年发生了入库洪峰流量3430 立方米每秒的洪水，2018 年发生了入库洪峰流量3440 立方米每秒的洪水，为拦蓄洪水，削减洪峰流量，减少下游沿河两岸洪灾损失发挥了突出贡献。

位于内蒙的黄河部分河段，每年3 月份存在一个凌汛期。龙羊峡水电站建成前，在凌汛期间（约20 天左右），为控制和减少凌汛灾害，控制兰州断面日平均流量不超过500 立方米每秒。但是，凌汛期间刘家峡、盐锅峡、八盘峡水电站的出力将因之受限，给电网运行带来了较大的困难。随着上游龙羊峡、刘家峡水库的投运，通过龙刘水库的联合调节作用，控制宁、蒙河段封河期流量，并根据河道过流能力，保持宁、蒙河段合理的封河流量，加强封冻期、开河期河道流量控制，保持平稳开河，从而明显降低了凌汛灾害，为保证宁、蒙河段防凌安全及缓解电网出力和调峰容量提供了有力保障。

3 灌溉与供水效益

龙羊峡水库作为多年调节水库，设计调节库容193.6 亿立方米，库容系数0.94，具有非常强的径流调节能力。不仅能进行年内水量调配，而且还能进行水量年际间调配，将丰水年份多余水量存蓄在水库，待枯水年份向下游补水，以解决枯水年份下游沿河人民生活、工业、农业、生态用水需求。

据统计、1990 年至2018 年，龙羊峡水库向下游净补水14 年，累计补水量408.3 亿立方米，年平均补水量29.2 亿立方米，其中2002 年龙羊峡水库入库水量创历史最低值，仅为109 亿立方米（设计多年平均径流量为205 亿立方米），当年龙羊峡水库向下游补水42.4 亿立方米，有效地缓解了沿黄各省（区）用水紧张局势。

龙羊峡水库山峥嵘、水碧绿。 摄影/张勇

位于黄河上中游的宁夏、内蒙地处干早半干早地区，农业灌溉用水主要取自黄河，每年5、6 月为春灌用水高峰期，要求兰州断面平均流量不小于1000 米立方米每秒，才能满足灌溉用水的需要。龙羊峡水电站建成前，宁夏、内蒙春灌用水由刘家峡水库承担，但随着灌溉面积的扩大以及刘家峡库调节能力有限，春灌用水矛盾越来越尖锐，尤其是当5、6 月份来水偏枯的年份。自龙羊峡水电站投产以后，春灌用水由龙、刘两库共同来承担，使其用水矛盾不仅得到缓和，而且在用水量和保证率上都较以前有了进一步的提高。同时，因增加了5、6 月份河道流量，使青海、甘肃沿黄河地区灌溉用水条件得到了改善。随着灌溉用水得到了较好满足，包头市的工业、生活用水也相应得到了保证。更为重要的是，龙羊峡水库建成后，自1999 年起，实现了黄河干流不断流，对沿河生态以及河口湿地的生态安全做出了巨大贡献，以水资源的可持续利用最大限度地支撑了流域及沿河地区经济社会的可持续发展。

水光互补，而今环保能源新标杆

进入新世纪，减排温室气体成为各国共识，而我国的能源结构恰是以高污染化石能源煤碳为主，发展清洁能源就尤为重要。2009 年12 月，我国政府在哥本哈根气候大会上向世界各国承诺，到2020 年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005 年下降40%-45%，非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右，就使大规模发展清洁能源显得十分迫切。

龙羊峡水电站所在的青藏高原太阳能光伏资源丰富，可是太阳能光伏发电受日夜交替、天气变化影响，白天发夜晚停、晴天发雨雪天停，而设备多故障率高更是加剧了太阳能光伏发的间歇性、随机性、波动性。

国家电投黄河公司想到了“水光互补”，他们设想把光伏发电发出来的电送到水电站，通过水电站的监控系统，监控光伏发电的电能质量。光伏电能质量下降时，通过水轮机的快速调节，消除光伏电能的波动性。然后将互补后的两个电站的组合电能送入电网。他们选择试验的首座水电站就是龙羊峡水电站。龙羊峡水电站装有4 台单机容量为320 兆瓦的水轮发电机组，总装机容量1280 兆瓦，正常蓄水位2600米，库容为247 亿立方米，调节库容为193.5 亿立方米，无论是单机容量还是水库库容，都具有良好的调节性能，“水光互补”条件优越。他们选择的光伏场位于龙羊峡水电站上游36 公里的黄河北岸的塔拉滩（南州共和县境内），计划光伏电场建成投产后，通过龙羊峡水电站330 千伏出线，将两个电站互补后的组合的电量送出，向电网提供电能。

2013 年5 月，光伏场开始，首期期32 万千瓦，同时对水电站设备接入光伏后的适应性进行研究，编制水光互补协调运行试验方案及程序。当年12 月，一期32 万千瓦太阳能光伏电站建成。2014 年2 月，开始进行水光互补协调运行试验。经过协调运行试验，验证了他们的设想，水电、光伏发电在短期、长期内均具有良好的互补特性，相较于不稳定的光电，有调节能力的水库，可有计划地利用库内存储的水量，在电网需求较大时加大下泄流量以获得更多的水电出力，而在负荷低谷期则适当减小下泄来控制水电出力，能在降低光伏发电并网给电力系统带来的负面影响，提高水电外送通道效益。2014年12 月，二期53 万千瓦太阳能光伏项目开始建设，2015 年6 月，两期共85 万千瓦的龙羊峡水光互补光伏电站全部并网发电。

这次我们没有走访被称龙羊峡水电站“编外机组”的光伏发电场，但水光是怎么互补的我们看到了。龙羊峡水电站中控室的工作人员向我们介绍说：“你看，通过系统对光伏发电情况的监视，在监控屏上可以看到，光伏发电负荷曲线从早晨7 点02 分开始逐渐升高，在15 点21分达到最高，从曲线图上我们可以很清楚地看到，受云层的影响，光伏曲线也在发生变化。今天龙羊峡水电站四台机组全部运行，发电量是3052 万千瓦时，光伏的发电量133.435 万千瓦时。如果你们能在中控室待上一个整天，你们就能从大屏幕上看到，当云层飘过时，光伏电站出力下降，水轮机组是怎样加大出力补空，而当夜晚来临，光伏电站出力为零，白天停机的机组又是怎样启动起来填补缺口的。这样你们就能理解水电是怎样将光伏原本间歇、波动、随机的锯齿形调整为均衡安全、平滑稳定电源的了。”

“电站建设之初，人们普遍担心龙羊峡水电站的调峰调频性能会因此受到影响，但通过这些年水力发电与光伏发电联合控制的运行实践我们发现，龙羊峡水电站送出线路的利用率和经济性提高了，年利用小时可由原来运行的4621 小时提高到了5019 小时。”电站运行人员郭艳敏介绍说。

其实，水光互补的优势不仅体现在电源稳定性上，经济效益攀升上，在社会生态环境效益上，可圈点处也多。“专家们经过测算，龙羊峡水光互补光伏电站一年可发电14.94 亿千瓦时，对应到火力发电相当于一年节约标煤46.46 万吨，减少二氧化碳排放约122.66 万吨，二氧化硫约3944.16 吨，氮氧化合物364.87 万吨。而我们普通百姓能看到的是，光伏板使子阵区风速下降了50%、蒸发量减少了30%，草地的涵水量大大增加，土地荒漠化得到有效遏制。” 国家电投黄河公司水情专家曹光明介绍到。

位于龙羊峡水电站上游黄河北岸的塔拉滩光伏场 摄影 /李鑫业

光伏电站是否只适宜建在大库容水电站附近呢？其实不是。国家电投黄河公司龙羊峡发电分公司总经理黄青刚进行过测算，他在电话中告诉我，水光互补技术对水电站调节库容的要求并不高，具有一定库容的水电站均可配置，具有广泛的推广价值。他说：“以1 万千瓦的光伏电站计算，100 米坝高、耗水率3 立方米/千瓦时的水电站即可匹配，水电站所需日调节库容量约为13.15 万立方米；如果是20 米坝高、耗水率20 立方米/千瓦时的水电站，日调节库容量就要在87.67 万立方米。”

龙羊峡水电站是我们国家在困难时期在高海拔地区建设大型水电站，代表了那个时候我们国家水电建设和机电制造的最高水平，曾是一个的符号。其后随着国内众多大型水电站的建成，它似乎有些暗淡下去了。近些年来，龙羊峡水电站又频频出现在媒体上，那是因为，它成功解决了光电风电等间歇式能源给电网带来的负面影响，创新性地实现了传统能源与新能源有效协调运行，开创了传统能源与新能源协调运行的先河，也使我国电投光伏发电产业走在了世界前列，它是当今环保能源的新标杆。