小水电站征收补偿估算分析的几个问题探讨

余传萍

(奉新县水利局，江西 奉新 330700)

1 概 述

由于国家或地方重大项目的建设，需要征收已经建成发电的小水电站，征收分为全部征收和部分征收。全部征收不言而喻，已经没有保留价值，必须全部拆除；部分征收就是还有利用价值，只是规模和效益有所下降，通过改建设施或更换设备可保留下来。部分征收主要存在以下两种情况:一是在其坝头上游修建截流坝截留水流而使电站损失部分集水面积，截留面积比例过大须更换机组。二是要求厂房上移而损失部分发电水头，通过重建厂房等设施可继续运行，上移较多也须更换机组。

对于被征收的小水电站，必须进行合理的经济补偿。首先进行补偿单价的第三方评估，即确定单位水能(即出力或电量)损失的征收补偿价格；然后推算被征收电站的水能损失。双方认可后按损失总价值进行补偿。

全部征收简单明了，在此不予论述。

部分征收中被截水头的电站也好处理，按水头损失比例确定水能损失比例进行补偿，各方均无异议。但对被截水流的电站损失比例(量)如何计算，各家算法不一，大多对电站截流后多年径流进行繁杂的数理统计计算，然后与截流前电站历年实际发电量进行对比，使得简单问题复杂化，且参照点不同得出的结果差异较大。

另外，部分征收中还存在一些问题，如丰水期被截水流电站发电“溢出”，全年机组效率下降，两者对电站损失比例影响如何？电站规模缩小后单位运行成本上升是否需要额外补偿？如何补偿？这些问题不仅涉及公平公正，处理不好势必影响补偿进度，甚至给社会稳定留下隐患。

如何科学合理推算部分征收电站的水能损失，这是作为征收补偿的基本依据。对以上问题如何统一认识，是解决补偿争议的前提。现就工作中遇到的这些情况，浅谈一下推算方式及对这些问题的处理办法。

2 实例分析

2.1 上游截流使得电站引用流量减少，造成水能损失的比例分析

我国地大物博，河流众多，适宜开发并建成小水电站的中小河流更是不计其数。而每条河流的降雨、蒸发及地表径流等自然属性与其所在的地理位置、流域内的植被覆盖等因素密切相关；且随着一年四季的变换，其地表径流亦呈现出明显的时段特性。为了研究某条河流的这些特性，特别是地表径流特性，引入了径流模数这一概念。

2.1.1 径流模数

对一条稳定的河流来说，在一定长的时段内，径流模数是一个恒定值。当然，这条河流的上、中、下游由于植被、气候的差异，其各断面以上流域的径流模数亦稍有变化，对中小河流而言，差值不大。

2.1.2 断面过流量

河流某一断面的流量，引入了径流模数这一概念，其计算公式为：

Q=M×S

(1)

式中，Q为断面(电站引用)流量(m3/s)；M为径流模数(m3/s×km2)；S为断面(电站坝头)以上集水面积(km2)。

2.1.3 截流部分集水面积后水电站发电引用流量的变化

小水电站大多为径流式(无调节)水电站，如果在其坝头上游修建拦截坝分流一部分水量，则剩余集水面积成为该电站的发电来水：

ΔQ=Q1-Q2=M1×S1-M2×S2

(2)

式中，Q1为电站未截流的引用流量；Q2为截流损失的流量；ΔQ为电站上游截流后剩余的引用流量；M1为电站坝头以上集水范围(包括截流坝以上)的径流模数；M2为截流坝以上集水范围的径流模数；S1为电站坝头以上(包括截流坝以上)集水面积；S2为截流坝以上集水面积。

由于所截河段位于发电河段上游，气候基本一致，植被变化不大，属中小河流，故径流模数基本相等，即M1=M2=M，则公式(2)变更为：

ΔQ=Q1-Q2=M1×S1-M2×S2=M×(S1-S2)

=M×ΔS

(3)

式中，ΔS为电站上游截流后剩余的集水面积。

由此可以看出，电站发电引用流量的变化与其集水面积的变化是成正比例相关的；即发电流量损失比例与截流面积比例是正比例相关的。

2.1.4 电站水能损失比例与截流面积比例是正比例相关的

电站出力(装机容量)：

N=η×Q×H

(4)

式中:N为出力或装机容量(kW)；η为电站效率(%)；H为工作水头(m)。

截流后电站出力：

ΔN=N1-N2=η1×Q1×H1-η2×Q2×H2

(5)

式中，N1、η1、Q1、H1分别为未截流的电站出力、效率、引用流量和工作水头；N2、η2、Q2、H2分别为截流损失面积对应的电站出力、效率、引用流量和工作水头。

对于某一已建电站，其水头已定即H1=H2=H，设备已运行，机组效率已定，即η1=η2=η；故截流后的电站出力：

ΔN=η1×Q1×H1-η2×Q2×H2

=η×H×(Q1-Q2)

=η×H×ΔQ

(6)

式中，η×H为常数，则电站出力的变化与其引用流量的变化成正比例关系。

而前已论述，电站引用流量的变化与其集水面积的变化是成正比例相关的，即ΔQ=M×ΔS，则公式(6)变更为：

ΔN=η×H×M×ΔS

(7)

式中，η×H×M亦为常数，则电站出力的变化与其集水面积的变化亦成正比例相关；即电站出力损失比例与截流面积比例是正比例相关的。

同理，电站发电量是电站出力的时间累积，故电站发电量的变化与集水面积的变化亦成正比例相关；即截流后电站发电量的损失比例与截流面积比例也是正比例相关的。

2.2 截流面积后电站丰水期发电量“溢出”和全年机组效率下降的对比分析

电站上游截流后，一般情况需要更换更小的机组，选择匹配的型号，用于满足新工况。如果不更换，虽然节省了投资，而且看起来“扩机”增加丰水期电量了，但机组运行偏离了最优工况区，效率明显下降。

为了形象直观地分析截流后电站不更换机组对过流量及发电的影响，根据当地水文特征，用简单数字即1、2、3、4、3、2(模拟演算特征值，简称特征值或省略)代表全年(水文年度)中12～1月份、2～3月份、4～5月份、6～7月份、8～9月份、10～11月份的平均流量，在电站保守装机(按保证出力装机—现俗称保守装机)和正常装机(按3～5倍保证出力装机)两种情况下，分坝头被截流30%集水面积和截流70%集水面积两种状况进行分析演算(不影响事实结果，用流量历时曲线图分析亦如此)。

电站保守装机时，机组最大过流量1(特征值)，未截流时Q1=Q0≤1；截流30%时，Q2=0.7Q0≤1；截流70%时，Q3=0.3Q0≤1。电站正常装机时，机组最大过流量2.5(特征值)，未截流时Q1=Q0≤2.5；截流30%时，Q2=0.7Q0≤2.5；截流70%时，Q3=0.3Q0≤2.5。以下两表列有各时段的河川天然流量Q0和对应的机组过流量Q1、Q2、Q3(见表1、表2)。

电站发电效率就是机组出力效率，与水轮机的效率密切正相关。从4种水轮机的效率特性曲线可以看出：以混流式(比转速ns=300)为代表，出力80%～100%效率最高为92～93%；当出力80%下降至60%，机组效率由92%下降到86%，下降6%；当出力60%下降至40%，机组效率由86%下降到76%，下降10%；当出力40%下降至20%，机组效率由76%下降至57%，下降19%；呈加速下滑趋势，冲击式机组稍好，轴流式更严重。以下两表根据各时段的机组过流量分别列出对应的机组效率η1、η2、η3及与未截流相比效率下降值 Δη2、Δη3(见表1、表2)。

表1 电站保守装机(1倍保证出力，机组最大过流量1)下丰水期发电量“溢出”和全年机组效率下降的对比分析

从表1数据可以看出，在保守装机情况下，当电站被截流30%后，机组全年过流量ΣQ2=5.7占未截流ΣQ2=6的95%，溢出效益95%-70%=25%，出力与过流量是正相关的。从12～1月机组过流量相比未截流流量下降(1-0.7)/1=30%而造成效率降低Δη2=η2-η1=4%；其他月份由于过流量一致效率η2=η1未有影响；全年效率平均下降0.67%，少于出力溢出25%。

以此类推，当电站被截流70%后，全年效率平均下降6.17%，少于出力溢出41.7%。

因此，电站保守装机下，发电“溢出”效益大大高于机组效率下降。但这种情况基本不复存在，因为只有在建国初期，满足农村照明和农副产品加工才按保证出力装机，且现在电站业主都已按3～5倍保证出力进行了扩建；如果有，则特殊处理(见表2)。

从表2可以看出，电站按正常装机情况下，当电站被截流30%后，机组全年过流量ΣQ2=10.2占未截流ΣQ1=12.5的81.6%，溢出效益81.6%-70%=11.6%，出力与过流量是正相关的。从6～7月份由于过流量一致效率η2=η1未有影响；4～5月、8～9月机组过流量相比未截流流量下降(2.5-2.1)/2.5=16%而造成效率降低Δη2=η2-η1=1%；2～3月、10～11月机组过流量相比未截流流量下降(2-1.4)/2=30%效率降低扩大至Δη2=η2-η1=8%；12～1月机组过流量相比未截流流量下降(1-0.7)/1=30%效率降低扩大至Δη2=η2-η1=11%。全年效率平均下降4.8%，少于出力溢出11.6%，总体有所“溢出”。

表2 电站正常装机(3～5倍保证出力，机组最大过流量2.5)下丰水期发电量“溢出”和全年机组效率下降的对比分析

以此类推，当电站被截流70%后，全年效率平均下降25%，多于出力溢出6%；总体呈现“亏空”，数额略多于前者。

因此，电站正常装机下，截流比例小，总体呈现“溢出”；截流比例大，总体呈现“亏空”；但数额不大。为征收补偿工作的简便易行，这2个因素皆不予考虑。

建议截流比例较大(笔者建议30%以上)的电站更换新机组以适应新工况，弥补总体“亏空”。此外部分征收中，厂房上移较多，水头损失较大(建议30%以上)时，为减少效率下降的影响，也必须更换新机组以适应新工况。

2.3 电站规模缩小后造成单位运行成本上升的一次性经济补偿办法

当地100～1 000 kW量级的小水电站众多，部分征收这类电站(即截去部分流量或水头)会使电站出力和发电量相应减少；而且此类电站一般为夫妻两人负责日常运行，电站出力和发电量减少了，考虑安全等因素，运行人员不能再减少了，单位运行成本相应上升。为照顾到电站业主这方面诉求，建设单位可按以下方式给与适度补偿，即：

p1=n×p0

(8)

式中，p1为由于规模缩小造成运行成本上升的一次性补偿资金；n为补偿系数；当截流或截去水头0～25%时，n取0.05；25%～50%时，n取0.1；50～75%时，n取0.15；75%～100%时，n取0.2；以上n的取值为笔者建议，可参照修改；p0为部分征收电站原定补偿资金。

当然，电站运行人员有定编标准，对这方面的补偿国家没有强制要求。

部分征收电站补偿资金总额：

p=p0+p1

(9)

3 结 语

从以上对小水电站部分征收的水能损失比例推算，以及丰水期发电“溢出”和全年机组效率下降的对比分析，可以得出如下结论:

(1)被征收电站的水能损失比例与其被截流的面积比例或水头损失比例是一致的，征收补偿可据此进行。

(2)至于被截水流电站丰水期发电量“溢出”已经和机组效率下降基本相抵甚至总体有所“亏空”，不存在损失比例减少的情况。为简便易行，在征收时这2个因素不予考虑。对于截流面积比例较大或被截水头比例较大的电站，建议更换新机组以适应新工况，弥补“亏空”。

(3)由于部分征收造成小水电站运行成本升高，征收单位可酌情给予一次性补偿或不予补偿。