“十四五”水电开发形势分析、预测与对策措施

2021-03-12周建平杜效鹄周兴波

水电与抽水蓄能 2021年1期

周建平，杜效鹄，周兴波

（1. 中国电力建设股份有限公司，北京市 100048；2. 水电水利规划设计总院，北京市 100120）

0 引言

水电是全球公认的清洁、优质、灵活的可再生能源电力。世界各国无不把水电开发放在优先地位，西方发达国家在20世纪80年代基本完成其水能资源开发任务。大中型水电工程还具有防洪、减灾、供水、航运、灌溉、旅游、养殖等综合利用功能，已经成为各国经济社会发展最重要的基础设施。

新中国成立以来，中国政府非常重视水电开发，持续将水电开发任务纳入国家发展五年规划。

2005年之前，水电发展规划的目标是解决电力短缺，科研攻关大水电关键技术问题，形成了较为完善的产业体系；小水电代燃料，解决农村生活燃料短缺问题。在“十五”收官之年，小水电代燃料工程惠及20万人，减少年薪柴消耗量16万t，巩固退耕还林面积30万亩，保护森林面积156万亩。

国家水电发展“十一五”规划提出“加快发展水电”和“提高可再生能源在能源结构中的比重”，解决“能源需求将持续增长，能源和环境对可持续发展的约束”问题。“十一五”是中国水电发展最快的时期，水电装机规模突破2亿kW，建设与管理水平迈上新台阶。水电发展“十二五”规划提出，要在做好生态保护和移民安置的前提下，积极发展水电；水电发展“十三五”规划提出，要在保护好生态环境、妥善安置移民的前提下，积极稳妥发展水电，科学有序开发大型水电，严格控制中小水电，加快建设抽水蓄能电站[1]。

不同的发展阶段，虽然对水电开发提出了不同的要求，但水电服务国家发展战略的基本功能从来没有改变。水电开发由最初提供电力商品属性，到服务社会的公共产品属性，到目前江河治理、灾害防治和环境保护及带动地方经济脱贫攻坚的属性，其内涵随着经济社会的发展和国家重大战略需要不断扩大。

党的十八大以来，建设美丽中国、推进绿色发展、健全绿色低碳循环发展经济体系成为新时期国家建设的重要内容。“2030碳达峰、2060碳中和”是中国应对气候变化做出的庄严承诺。虽然水电开发已经历高峰阶段，但水电开发仍将大有可为，尤其在设计理念与工程技术方面要进一步与时俱进、推陈出新。

2021年是“十四五”开局之年，是全面开启建设现代化国家新征程的起点，在发展新阶段，贯彻新发展理念，开创新发展格局，尤其是大力推进生态文明建设的当下，为什么要继续发展水电？未来水电开发面临哪些制约因素？如何积极稳妥有序开发水电？如何在开发中保护生态，在生态保护中开发水电？如何在开发中实现利益共享，进一步促进库区经济社会发展和库区移民小康水平？所有这些，都是新时期水电开发中必须回答的问题。

1 未来水电开发形势分析

中国水能资源技术可开发装机容量约为6.87亿kW，年均发电量约为3万亿kWh。截至2020年底，中国水电装机约为3.7亿千瓦，约占全国发电总装机容量的19%；发电量约为12000亿kWh，占全部可再生能源发电量的60%以上。水电仍是可再生能源发电的主力军[2-3]。

根据中国水电发展远景规划[4]，到2030年水电装机容量约为5.2亿kW，其中，常规水电4.2亿kW，抽水蓄能1亿kW，水电开发程度约60%；到2060年，水电装机约为7.0亿kW，其中，常规水电5.0亿kW，新增扩机和抽水蓄能2.0亿kW，水电开发程度73%，届时基本达到西方国家的开发水平。中国水电仍有不小的发展空间。

目前，中国总体还处于工业化中后期和城镇化快速推进期，随着经济高质量发展和持续增长，预计未来30年能源消费总量仍将保持持续增长，电力增速更快[5]。2020年，中国发电需求总量78TWh，其中，可再生能源发电量19.8TWh，占比25.4%。为实现国内经济增长并兑现国际碳排放承诺，可再生能源电力生产和需求将会有更高的增速。预计到2035年、2050年，中国全社会用电量将分别达到12000TWh和14500TWh，其中，可再生能源发电量将分别达到4800TWh和6600TWh，具体见表1。

表1 未来中国能源结构的分析预测Table 1 Analysis and forecast of China’s energy composition in the future

风电、太阳能等新能源将是未来电量增长的主体。但是，风电、太阳能发电具有先天的不稳定性、间歇性和波动性，如果大规模接入电网，需要配套大容量储能设施。目前来看，只有大型水库电站和抽水蓄能电站具备这样的能力。因此，未来新能源大规模的发展也离不开水电开发。

以国家规划的水电基地为基础，借助水库的储能和调蓄能力及电力输送通道，建设水、风、光互补的清洁能源基地，将是中国落实应对气候变化有关承诺，加速能源结构转型的重要举措。

结合水电水利规划设计总院可再生能源规划研究和其他机构研究成果，笔者提出了未来电力消费结构[6]，如表2和图1所示，到2035、2050年，预测可再生能源电力装机容量占比将分别达到65%、75%以上。常规水电装机对应需求分别为4.5亿、5.6亿kW，甚至更高；在可再生能源电力年发电量中，预计2025、2035、2050年，水电发电量占比将分别达到48%、31%和28%以上。这说明，在当前可再生能源电力中，水电份额占一半以上，未来也将是“三分天下有其一”[6-7]。可见，水电开发在中国能源转型升级，实现碳减排和碳中和目标中仍将发挥重要作用。

表2 未来中国电力消费结构分析预测Table 2 Analysis and forecast of China’s power consumption composition in the future

图1 未来中国电力消费结构预测Figure 1 Prediction of China’s power consumption composition in the future

人均库容与人均装机容量是衡量一个国家基础设施发展程度的重要指标[3]。中国水库总库容约9000亿m3，国土面积与中国大体相当的国家，如俄罗斯、加拿大、巴西和美国的水库总库容分别是8000亿m3、6500亿m3、8000亿m3和13500亿m3。部分国家水库总库容和人均库容见图2。相比之下，中国人均储水设施严重不足，大江大河的防洪减灾基础设施与经济社会发展水平极不适应。

图2 部分国家总库容和人均库容Figure 2 Total storage capacity and per capita storage capacity of some countries

洪水集中爆发与人工储水设施不足的矛盾更加剧了防洪减灾的压力。长江上游仅7、8两月份降水量约占全年降水量的40%。虽然流域已建成大、中、小型水库5.12万座，总库容约3588亿m3，但具有防洪能力且参与联合调度的水库仅有40多座，库容530亿m3。相对于年径流9500亿m3的长江流域，防洪库容很小。经济社会发展要求多修高坝大库、广建储水设施，但同时，人多耕地少的基本国情又限制了水库大坝的兴建。所以，在河流规划中只能设置一定数量的高坝大库或“龙头”水库。

中国跨流域调水（引水）工程的水源点往往就设置在流域水电开发的龙头水库或控制性水库，如果没有龙头水库和控制性水库，调水（引水）工程也就是无源之水、无本之木。

气候变化影响将导致径流分布更不均衡。如果缺乏径流调节工具势必导致洪旱灾害更加频繁严重，“治水兴邦，以电养水”是国家江河治理的必然出路。所以，无论从能源转型，还是从江河治理，或者是供水安全、生态安全以及自然灾害防治的角度，当前和未来都离不开水电开发。

2 新时期水电开发的任务和挑战

未来水电开发的重点地区在川、滇、藏。要积极推进金沙江上游、雅砻江上游、大渡河干流、雅江下游等水电基地建设，打造藏东南“西电东送”接续能源基地[4，9]。

挖掘东中部地区水能资源潜力。根据能源转型需要，优先考虑现有水电工程的扩容改造，充分发挥水电调节作用。总结流域梯级水电站建设管理经验，开展水电开发后评价工作，推行中小流域生态修复。

落实生态文明建设要求，控制中小水电开发。按照干流开发优先、支流保护优先的原则，严格控制中小流域、中小水电开发，保留必要生境。在水能资源富集的西部地区，重点开发资源集中、环境影响较小的大型河流、重点河段。弃水严重地区，除水电扶贫工程外，“十四五”暂停小水电和无调节性能的中型水电开发。表3列出了“十四五”可能的水电开发项目。

从表3可见，大多数水电工程位于西部深山峡谷区域，地理环境特殊，构造背景复杂，生态环境脆弱，水库移民安置难度大，工程技术和建设管理都将面临前所未有的挑战[4]。一是强地震和重大自然灾害对工程安全构成严重威胁的挑战；二是高寒、高温、高湿、强风、缺氧、强紫外线辐射等特殊环境因素的挑战；三是地处偏远、运输条件差、建设条件艰苦，建设成本高，存在工程技术、经济、环境、社会可行性的挑战，必须直面问题，创新思路，攻坚克难，推动水电开发可持续发展。

表3 预计“十四五”水电开发项目Table 3 Projects predicted for hydropower development during the 14th Five-Year Period

3 水电开发新理念

3.1 增强生态文明意识，突出生态优先

水电开发对河流水文情势和生态环境的影响客观存在。工程开发要做到环境影响利大于弊。水电开发对环境影响的客观评价很难，唯有深入系统和长期的监测对比研究，才能揭示其影响的本质和效应，而且还应该从人类社会的可持续发展角度衡量利弊得失[6]。

水电开发应把维系河流健康和良好生态环境作为重要任务，持续开展生态环境影响监测分析和保护修复恢复措施研究。具体而言，第一，要研究各种水生生物，尤其是濒危鱼类的生息和洄游规律，优先保护重要水生生物的栖息地；第二，在有序适度开发干流的同时，在干流河湾或其支流建造人工湿地，维持类自然河流河段，为水生生物保留生存与发展的生态空间；第三，在工程布置上，要研究分层取水、鱼类增殖、大坝过鱼设施和生态流量泄放设施，维系河流生态系统的连续性和完整性；第四，在电站运行调度中，要把生态调度和优化调度结合起来，优先保障河流水生生物必需的生态流量。

高原、高寒或冻土区域，水土失衡、物种稀少、生态脆弱、植被再生困难，生态系统极其脆弱，环境承载力低，容易诱发绿洲萎缩、河道断流、土地荒漠化等问题。西部水电开发对生态环境影响既有共性问题，也有特殊问题，需要针对性地开展调查研究和分析评估工作，提出应对措施。

河流水电开发的生态环境影响研究涉及大气环境、局地气候、陆生生物、水生生物、人类活动、经济社会发展社会等方方面面，是一项长期的、系统性和专业性很强的工作，要从流域尺度、梯级开发导致流域整体性和系统性发生演变的角度，从人类社会发展角度，深入研究河流水生生态的变化和演进，通过水库大坝的合理布局和梯级水库群的科学调度，促进地区经济社会发展和河流生态系统的良性循环，维持人与自然的和谐。

3.2 增强合作共享意识，做好移民安置

未来水电开发集中的西部地区也是中国经济社会发展相对落后的地区，与脱贫攻坚重点区域在行政区域上高度重合，水电开发应将脱贫攻坚以及巩固脱贫攻坚成果列为重要任务，让移民搬迁成为发展契机。

一方面，水电开发应尊重项目所在地政府和群众意见建议，得到当地政府和群众的支持。只有调动当地政府、移民群众的积极性，水电开发企业才能获得良好的建设环境，推进工程开发进程。另一方面，中国大型水电开发的主体基本上都是国有企业，甚至是中央企业。国有企业承担国家发展使命，肩负政治责任、经济责任和社会责任，因此，贯彻落实党中央国务院关于新发展理念的决策部署，国有企业就应在移民安置和推动地方经济发展中发挥更多作用，为提高保障和改善民生水平做出贡献。

西部地区，由于自然地理环境特殊、土地资源稀缺，人地矛盾十分突出，少数民族聚集、宗教文化复杂、地方经济落后，水库移民安置具有相当难度。如何实现水电开发利益共享，让相关各方—地方政府、移民群体、项目业主都能从水电开发中合法合规获得合理利益，并且能够统筹考虑直接与间接、经济与社会、当前与长远等方面的利益共享是亟待破解的重大实践课题。

一要科学编制移民安置规划，创新水库移民补偿补助模式，尊重移民文化和发展需求，优选移民安置地点，提升移民村镇宜居品质；二要创新移民管理及库区专项建设体制机制，拓宽移民资产收益渠道，推进库区产业发展升级，强化能力建设和就业促进工作；三要加强后期扶持、确保库区产业扶持政策落地，从基础设施、公共服务、技能培训、社会保障、产业发展等关键环节采取有针对性的扶持措施，持续推动水电开发和当地经济社会可持续发展紧密结合。

3.3 增强科技创新意识，建设安全工程

创新设计思路，加强水电开发前期工作。要深入开展工程建设必要性、可行性研究论证，查明工程区基本条件和认识工程建设重难点问题。为此，需要广泛开展水文泥沙、工程地质、生态环境、社会环境等调查研究，对开发方式、开发规模、工程总体布置、关键技术难题进行多方案研究比较优化，从而为开发决策提供可靠依据。

西部河流山高谷深，地质构造发育，工程地质问题突出，水电开发中坝基、边坡和地下工程的岩体变形稳定，枢纽工程防震抗震，建筑物材料抗冰冻和耐久性等问题突出。此外，高海拔缺氧环境施工条件差，施工作业困难，效率低，质量控制难度大。因此，需要加强技术攻关，研发新材料、新技术、新工艺和新设备，提升工程建设能力。在新材料方面，研发具有高抗冻性、抗碳化性的高性能混凝土材料，宽适应性的沥青混凝土和复合土工膜防渗材料，耐紫外线照射的长效防腐耐磨金属材料，高自流性、快硬、早强防冻型灌浆材料。在新技术方面，要研究深厚覆盖层坝基处理技术，高水头大流量泄洪消能防护技术，高坝高边坡工程防震抗震技术，深埋地下工程及高陡边坡岩体变形稳定控制技术等。在工艺及设备方面，要开发大坝填筑碾压、混凝土防裂、深覆盖层基础处理、围岩固结灌浆等设计施工的工厂化、自动化和智能化装备和工艺。

当前信息技术迅猛发展，工程设计、施工、运行管理已普遍采用BIM技术，数据成为新的生产资源。信息化、数字化和可视化技术大幅提升了工程建造水平和效率。大数据、云计算、物联网、北斗导航、“4S”等新技术还将进一步促进设计、建设和工程运行高效化和智能化。基于数字化的水电工程全生命周期管理系统、流域综合信息系统不久也将在行业内普遍推广。