全流域整體性的水電規劃與開發

M.哈尼 等

劉 翔 譯自英刊《水電與大壩》2009年第4期

印度電力長期供應不足阻礙了該國經濟的發展和減貧。全國有40%以上的家庭尚未通電,其中大多數在農村地區。印度政府已制定了一項增加發電裝機容量的計劃。該計劃賦予了水電的重要作用,要求將水電占全國電力總裝機的比例從目前的24%到2012年增加到約 40%。因此需要增加裝機容量100000MW,以滿足對水電的大量需求。水電是一種可再生能源,它具有許多優勢。

為響應國家水電開發目標,印度北部的喜馬偕爾邦和烏塔拉坎德邦都制定了宏偉的計劃,以開發巨大的水電資源。喜馬偕爾邦查明的水電蘊藏總量超過20000MW,迄今已開發的還不到7000MW。烏塔拉坎德邦的水電蘊藏量約為15000MW,已開發的卻不到 3000MW。

兩個邦都正在實施一種未經實踐檢驗,因而帶點風險的策略,即吸引國營和私營開發商修建并營運水電工程。目前有幾座大型水電工程正在運行中,其中喜馬偕爾邦薩德盧河上有5座,烏塔拉坎德邦阿勒格嫩達河上有1座。此外,這兩條河上約有50座水電工程正處于不同的開發階段,總裝機容量約為15000MW。這些水電工程中,已分配給私營開發商的數量不到一半,其余的則分配給邦及中央政府所屬的水電公司。

這些都是面臨諸多挑戰的重大開發計劃,這些挑戰包括要保證有效地協調、高效地建設和運營。此外,大多數私營開發商在開發水電方面都還是新手,缺乏處理與水電工程有關的水文、地質、施工和商業風險的成熟能力和經驗。

1 單項工程開發思路的缺陷

水電開發規劃傳統上是以單項工程為導向的。盡管采用基于單項工程的開發方式有其令人信服的理由,但這種規劃方法對于全流域的可持續發展來說卻存在著許多缺陷。

(1)一個關鍵的缺陷就是其規劃中沒有考慮到在同一條河流上建設多座水電工程所構成的整個電力系統與各個子電力系統之間的密切關聯性。一座可滿足峰荷電力需求的水電站,其供電能力可能會被在同一條河流上后續修建的其他具有峰荷供電能力的水電站所減損。此外,開發一個新工程可能會對上下游已建電站造成不可預測的損失,或者相反地可能會帶來意想不到的效益,例如,新建工程會增加或降低河流中泥沙淤積的高程。

(2)另一個缺陷則涉及到影響評價。在對基于單項工程的規劃方法進行工程影響評價時,只需要評價該單項工程直接造成的環境和社會影響,而實際上其他的影響往往也需要評價,特別是當其他工程的影響達到很嚴重的程度時,這就需要把整個流域當成一個單元來進行整體分析。例如,在評價多個工程對水土流失的累積影響時,即是這種情況。

此外,長期規劃中所關注的問題,往往不在單項工程所考慮范圍之內。流域及其生態系統對氣候變化的脆弱性即為一例,氣候變化可能會影響到河流的水文情勢、河流水量,以及季風季節的持續時間和季風強度,或者說洪水的頻率和危害性。

2 全流域整體性規劃方法的實施步驟

目前,指導印度水電開發的技術體系不能全面考慮到一個流域內興建多個水電工程所發生的所有可能的成本和效益。以薩德盧河和阿勒格嫩達河為例,PPIAF資助的一項研究提出了將流域整體法應用于水電工程規劃、設計和運行調度的建議。這些建議是基于對設計資料、規劃方法、技術規范、水文模擬的分析以及與利益相關者的協商結果。其指導原則是支持改進現有的做法,而不是完全采用全新的體系和方法,那樣會更加耗費時間和增加成本。

若要成功實施全流域水電整體規劃方法,就必須從規劃階段直至輸配電階段,即在水電開發的全過程中加強利益相關者之間的協調。此外,河流水電開發的效率和長期可持續性也需要按既定程序、便捷地獲取有關氣象、水文、地貌、生態和泥沙的資料。通過以下方式可實現這種協作和加強資料共享:

(1)共同開發輔助工具和數據庫,以便把全流域性問題反映到項目的規劃、設計和實施之中。這一過程可由一個中央機構或獨立實體進行規范化操作,以維護資料的完整性。

(2)按嚴格的參與方式要求建立開發商論壇,并建立資料共享和共同決策的機制。

其次,隨著共同利益的增多和基于政策保證,可采用更多規范化的步驟,比如:

(1)給項目組織機構賦予項目建設職責和提供建設資金,以促進流域規劃與開發;

(2)從長遠觀點出發,應成立一個負責流域規劃的機構,并授權該機構建立代表席位制度。

3 優化流域電力生產

發電量一般是根據單個工程進行的優化,而不考慮其他梯級工程,由此而取得的發電量和工程收益低于按流域進行電力生產優化所獲得的發電量和收益。在梯級電站中,由于河流洪峰逐漸向下游傳播,通過優化梯級電站的調度,總發電量會增加。應用數學模型進行的實例研究表明,按梯級優化阿勒格嫩達河流上2座相鄰水電工程的運行(不是按規劃方案單獨運行),其年發電量可增加230GW?h,由此可增加收益約1450萬美元(按時價計算)。

進一步來說,開發流域水文模型還有助于了解某座梯級工程對另一座工程的影響。這樣可以減少工程風險,在更大范圍內促進水電規劃和電站運行,同時可以使規劃者和開發商了解某座工程狀況的變化對系統中其他工程產生的影響。水文模擬結果表明,對梯級水電工程的調度實施優化,可以提高總發電量。

4 提高產流量測算精度

目前,工程設計中應用于確定水力發電量的數據的采集方法尚存在著一些不足之處。

(1)在推導產流量時,只考慮了當地的現場數據。雖然這兩個流域產流量的重要組成部分是冰雪,但是,對這兩個地區的產流量很少認真估算過。不過由于這些地區的徑流季節性很強,所以流量的精確估算是關鍵,特別是徑流式水電工程。

(2)產流量的計算既沒有考慮蓄水對上下游的影響,也沒有考慮調度規程。

(3)產流量的計算傾向于使用僅1 a的水文數據(可靠年份占 90%),而單年的水文數據可能有很大的乖離,乖離量視融雪和季風季節流量的大小而定,因而容易導致產流量的計算結果不可靠,繼而導致了對發電量估算結果的不可靠。

徑流式水電工程發電量的估算至少應考慮相鄰上游的水電工程,因為上游水電工程下泄的水流時機決定著下游水電工程的發電時機。在流域層面,必須考慮通過優化上游主要蓄水設施泄放的水量來穩定季節性河流的流量,這樣既可以增加單個水電工程的發電量,也可以增加整個流域所有水電站總的發電量。

通過共同采集水文、氣象資料,并將這些資料提供給開發商,可以極大地提高產流量的預測精度。同時,在國家層面還可開展研究來預測氣候變化的影響,這不是一個水電開發商所能考慮到的重要問題。

5 興建共享的基礎設施

在興建諸如交通道路、施工電力設施和輸電設施等基礎設施上加強協作,將有助于使開發商發現潛在的共建共用基礎設施的契機。這樣可通過減少一些重復性的建設從而降低工程的總費用,并可使開發商之間分攤共用設施的成本。這種做法還能減少對環境和社會的影響。開發商可通過舉辦適當形式的論壇,來共同討論有關基礎設施方面的需求,并就如何合作開展基礎設施建設達成一致意見。

6 泥沙淤積和水質問題處理

像喜馬拉雅山區所有的河流一樣,薩德盧河和阿勒格嫩達河挾帶的泥沙量極大。這些泥沙會對水電工程的運行以及環境造成嚴重問題。比如對水輪機轉輪的磨蝕,對水質的不利影響,以及因泥沙淤積而造成的蓄水區損失等。由于工程數量的增加,因施工棄渣和土壤流失而導致的河流中的泥沙淤積量也可能增加。因此,每個流域上游的蓄水設施可通過調節河流流量來減少下游河水的泥沙含量并提高發電量。此外,流域整體法還為采取流域保護措施提供了機會(比如恢復植被、保持水土),以改善總體水質。

7 加強洪水風險評價

常規的用于流域內極限洪水的估算方法(為了工程規劃和設計)通常不能做到因地制宜地調整和應用。防洪規程也未必會考慮到本地區的特殊情況,例如,冰雪覆蓋地區由于極端暴雨而形成的洪水徑流。似乎連一個工程開發商都沒有考慮到流域內梯級水庫失事的組合概率問題。因此,必須對洪水位和洪水風險的評估方法及其應用加以改進。

一個覆蓋全流域的洪水預報和預警系統,將有助于確保下游的所有水電工程、城鎮和村莊在上游發生洪水事件和大壩潰決時及時接到報警。建立這樣一個洪水預報和預警系統,不是所有的開發商都力所能及的,所以邦和中央機構應加強這方面的協調。建立這一系統需要升級遠程數據采集站點,并加強遙測通訊系統的功能,以及建立中央數據庫,并提高數據的處理能力。

8 地區性影響和累積影響的評估

在規劃階段應用流域法來評價環境影響和社會影響,將有助于效益最大化,避免、減輕和補償所產生不利影響的機會,以獲得解決所涉及的這些問題的良好效果。

開發多項工程時,對其總的影響,應采用累積影響評價法進行評估。評價過程包括:分析當前數據資料;確定可能的影響和效益;研究比選方案和累積影響;制訂避免、減緩影響和補償措施,以使總的不利影響最小化。

該評價程序有助于選擇最佳的工程和壩址的組合,以便能夠獲得最大的效益,使產生的不利影響最小,并且這種方法也有利于較可靠地確定工程要求,以及使這些要求能為利益相關者所很好地接受;同時,也有助于確定多目標工程一系列效益的最佳組合,這樣就可更好地兼顧地區性的社會效益以及工程投資者的利益。

9 與利益相關者協商及當地代表的參與

在流域性水電規劃的初期階段就應吸納當地的代表參與其中,同時,應確保與他們就規劃過程保持良好溝通,這樣可以在涉事的所有利益相關者之間建立起互信與諒解。此外,當地代表還可參與規劃范圍之外的工作。例如,他們可以參與監督規劃的實施,如環境管理規劃、流域整治規劃和其他一些旨在減輕工程開發的社會影響和環境影響的活動。全流域性的水電規劃方法有利于戰略目標的宣傳,為當地提供更多的就業機會,并可以將社區團體或代表參與規劃過程制度化。

10 結 語

流域綜合規劃是一項舉足輕重的工作。確定基本路線、制訂和積累必要的技術、手段、導則,以及運作框架,可能需要花費幾年的時間,但是,這項工作可分階段完成。進行全流域范圍的經濟、社會和環境評價,以及流域產流量測算是重要的初始步驟。

最近在推進流域性水電規劃方面已經取得了一些積極的進展。利益相關者已表示將大力支持聯合進行資料收集和分析工作,并正在積極研究成立獨立的流域開發機構及其所擔負的職責問題。此外,開發商和邦政府目前正在優化薩德盧河和阿勒格嫩達河幾個河段的水電工程的開發方案。印度政府最近宣布成立國立 Ganga流域管理局,以利于該流域的綜合管理。雖然這些舉措令人鼓舞,但更迫切的工作卻是需要采用一種更系統的全流域性的水電規劃方法,以保障開發商、社團和政府等所有利益相關者的利益。