長江上游大型水電站群聯合調度發展戰略研究

許繼軍，陳 進，陳廣才

（水利部長江水利委員會長江科學院，430010，武漢）

長江上游大型水電站群聯合調度發展戰略研究

許繼軍，陳 進，陳廣才

（水利部長江水利委員會長江科學院，430010，武漢）

長江上游水能資源豐富，是我國重要的水電開發基地。干支流已建和在建的大型梯級水電站群規模龐大，其聯合調度將對我國能源安全和綠色能源發展具有重要戰略意義。針對長江上游大型水電站開發建設和運行管理現狀及當前面臨的挑戰，借鑒國內外梯級水電站運行調度經驗，從聯合調度系統建設、運行和管理等層面，探討長江上游大型水電站群聯合調度的發展思路、階段目標和主要任務，并提出需要解決的管理科學問題。

長江上游；大型梯級水電站；聯合調度；發展戰略；水能資源優化

一、長江上游水電開發及聯合調度需求

1.水電開發概況

長江上游水能資源豐富，干支流梯級水電開發規模龐大，在長江流域乃至我國經濟社會發展中，占據著重要的戰略地位。宜昌以上的長江上游地區技術可開發裝機容量為24.4萬MW，占長江全流域技術可開發量的87%，約占全國的40%。按照《長江流域綜合利用規劃》，長江上游規劃建設的裝機容量300 MW以上的大型水電站有80余座，總裝機容量超過17萬MW；1000 MW以上的水電站有48座，總裝機容量超過15萬MW。

在我國規劃的13大水電基地中有5個處在長江上游地區，分別是金沙江水電基地、雅礱江水電基地、大渡河水電基地、烏江水電基地和長江上游水電基地。隨著近期一大批大型水電站開工建設，尤其是2009年年底三峽工程建成發電，以三峽工程為骨干的長江上游干支流梯級水電站群已初具規模。據不完全統計，截至2009年年底，在長江上游地區，已建成的大型水電站總裝機容量3.8萬MW，年均發電量超過1700億kWh。且近期該地區正處于水電大規模開發建設階段，在建的預計2020年前能完成的大型水電站總裝機容量更是高達8.8萬MW，主要集中在金沙江中下游、雅礱江和大渡河，相應年均發電總量將增加3800億kWh。另外，預計在2021—2030年期間，在金沙江上游、雅礱江和大渡河上，還將有裝機容量達到3萬MW的大型水電站群建成。屆時長江上游地區大型梯級水電站總裝機容量將達到15.6萬MW，年均發電總量將超過7200億kWh。

2.運行管理現狀及當前面臨的主要問題

①水庫運行管理分散、缺乏流域管理和區域統籌。長江上游水庫涉及眾多運行管理單位和不同利益主體，目前各水庫和水電站的運行調度基本上是各自為政。由于水庫群沒有統一調度管理，帶來一些不利影響，表現為：汛前各水庫爭相放水，不僅產生了大量棄水，且導致長江上游汛期整體提前；汛后上游水庫爭相蓄水，不僅造成下游水庫蓄水困難，且導致長江下游枯水期提前。

②各水庫運行之間缺乏有效協調和協作。在水庫群管理中，需要協調單個水庫調度目標與流域調度目標的矛盾、電調與水調的矛盾、日常調度與應急調度矛盾、生活用水與生態用水的矛盾、上中下游水庫不同地區及不同部門間的利益協調。協調機制是水庫群聯合運行成功與否的關鍵制約因素，而目前缺乏適用的管理體制、協調機制，以及管理辦法、法律保障和補償政策措施，這也是目前尚難以實現水庫群聯合調度的一個重要的障礙條件。

③水庫運行調度過多注重經濟和社會效益，缺乏對生態環境的考慮，不利于河流生態健康和可持續發展。目前，長江上游修建的水庫多依據1990年國務院批準的《長江流域綜合利用規劃》。該規劃是長江全流域治理和開發規劃，統籌協調了航運、水電、漁業、林業、能源、交通等諸多部門。但總體來看，該規劃是以開發為主，著重以工程手段解決區域防洪、灌溉、發電和航運問題，對生態環境保護較少考慮。

當前，長江上游梯級水能資源開發及水電站運行，需要正確認識和謹慎處理好的主要問題包括：需要重視水能資源開發引起的生態環境影響問題，尋求包括調整調度方式在內的各種工程和非工程措施，以減輕或消除水電工程建設和運行的不利影響，以維護河流健康和生態安全；需要協調好干支流和上下游的梯級水力聯系，以及水能和水資源的優化配置問題，尋求包括梯級水電站群聯合調度在內的各種優化手段，以提高水能資源利用效率；需要統籌好地區間經濟社會的協調發展，以及移民安穩致富問題，尋求包括加強流域綜合管理在內的各種管理措施，以水資源可持續綜合利用來支撐區域經濟社會的可持續發展；需要衡量好發電效益與防洪風險之間的關系，尋求包括庫容補償調度方式在內的各種措施，興利除害，以確保水電站和水庫的安全高效運行；需要處理好水調與電調之間的矛盾，尋求水文補償與電力補償相互配合的最佳途徑，以提高電網供電能力和質量；需要應對全球氣候變暖和人類活動增強等變化條件引起的極端水文事件。

3.聯合調度的戰略需求

分布于長江上游的大型水電站，多形成上下游或干支流相關聯(串聯、并聯、串并聯)的梯級水庫群落格局，它們之間水力聯系緊密。上游水電站調度引起的徑流過程變化，對下游水電站運行和功效發揮有著直接影響；支流水電站調度對下游干流水電站也有著明顯影響。因此梯級水電站實施聯合調度，是它們自然水力聯系屬性的必然之舉，對優化水資源配置、提高發電效益、增強生活生產生態用水保證等諸多方面都有益處。

①實施聯合調度是優化水能資源配置、促進綠色能源發展的重要保障之一。長江上游水電資源豐富，水電開發規模龐大，大型水電站群分布集中，在我國水能資源開發利用中占有舉足輕重的地位。若各梯級水電站單獨運行，不從流域整體考慮，容易導致水能資源浪費。實施聯合調度，優化水能資源配置，能有效增加水電產出。若以當前長江上游已建大型水電站的年均1700億kWh發電規模計算，實施聯合調度，每年可增發電量50億～170億 kWh，相當于新建了一座大型水電站；若以2030年該地區年均7200億kWh發電規模計算，聯合調度后每年可增發電量220億～720億 kWh。

②實施聯合調度是提高長江防洪安全保障、減輕中下游防洪壓力的重要手段之一。長江上游是長江洪水的主要來源區，洪水經川江匯流后從宜昌奔流而出，給中下游防洪帶來巨大的壓力。按照《長江防洪規劃》，以三峽工程為骨干的長江上游干流大型梯級水庫，也是長江防洪體系的重要組成部分。實施聯合調度，利用各梯級水庫調節性能的不同，相互配合調蓄洪水，進行削峰、錯峰，可有效提高流域整體防洪能力，對保障水庫自身及長江上游地區的防洪安全和減輕中下游的防洪壓力都是有利的。

③實施聯合調度是保障長江流域水資源供給安全、應對氣候變化的重要對策之一。通過水庫群聯合調度，充分利用梯級水庫之間的庫容補償，可將更多的洪水留存下來，以提高枯水季節的水資源供給能力，保障居民生活和工農業生產用水的基本安全。尤其是近些年受氣候變化等因素影響，長江徑流偏枯，局部地區出現干旱災害，聯合調度還可提高干旱年份和季節的用水保障。尤其是在特枯年份，水庫群聯調是滿足應急供水的減災措施之一。

④實施聯合調度是維護河流健康、減輕工程負面影響的有效途徑之一。水庫建成運行后，由于人為蓄水和放水，改變了河流的水文、水力學特性，影響其物理化學性質，進而對壩下河流生態環境造成影響。目前國內水庫調度規程及其運行方式，原則上重點考慮防洪、發電、供水等經濟效益和社會安全，而忽略了河流自身的生態安全與水環境需求，導致建壩后出現了生態系統完整性遭到破壞、生物多樣性退化等問題。已有實踐表明，通過水庫群聯合調度，雖然不能完全消除大壩對河流的物理阻斷效應，但可以通過模擬自然水文情勢,為河流重要生物產卵、繁殖和生長創造適宜的水文水力條件。這樣在獲取經濟效益的同時，可以減輕工程建設對河流生態的負面效應，甚至補償和修復下游河流生態。

⑤實施聯合調度是增強西南電網供電能力和質量、保障“西電東送”的重要舉措之一。作為“西電東送”通道的重要電源點之一，長江上游水電站群以其巨大的供電能力、跨地區、跨電網的顯著特點，可在更大范圍內實現電力資源調配。實施聯合調度后，各水電站之間相互配合，充分利用庫容來調蓄徑流，在不增加水電站運行成本的前提下，可同時增強水調和電調系統穩定的適應能力。不僅可以發揮系統整體優勢，更好地促進電調與水調的統一協調,減輕電網調度任務；而且還可根據電力市場需求，合理調配水電資源，增加水電效益。尤其是在少水年份或干支流來水不均衡的情況下，聯合調度能提高供電保障。

二、長江上游大型水電站聯合調度發展戰略

1.聯合調度發展總體思路和目標

①總體思路：結合長江上游水電開發進程和運行管理現狀，本著統籌規劃、因地制宜、突出重點、分步實施和協調推進的原則，采取市場引導和行政協調相結合等方式，分階段、分區域逐步完善系統建設。通過運用先進的系統調度理論方法、調控技術、管理體制和協調機制，統籌發電、防洪、供水、航運和生態環境保護等多目標需求之間關系，確保聯合調度系統的科學合理、高效安全、依法有序運行。

②發展目標：按照國家優先發展水電等可再生能源要求，計劃在2020年前，逐步開展由6～7個骨干梯級調度分中心組成的聯合調度運行。在2030年前，建成涵蓋整個長江上游的大型梯級水電站群聯合調度集控樞紐中心，在現代化流域統一管理體制下，全面實現流域內的水文補償、庫容補償和電力補償等聯合統一調度。通過系統優化和跨地區、跨行業協調，充分發揮梯級水電站群擁有的巨大調節作用和梯級補償效益，提高水能資源利用效率，改善水電輸出質量，增強電網調峰、調頻和事故備用等安全運行能力，以梯級水電站群的高效運行，促進國家能源安全戰略的順利實施。統籌考慮興利與除害，在保障生活、生產和生態用水安全的同時，削弱對長江中下游地區的洪水威脅，改善長江航運條件，維持河流健康和保護生態環境，促進流域可持續協調發展。

按照長江上游水電開發規劃，目前金沙江中下游干流是水電開發的重點地區，水電裝機規模龐大。預計到2020年，三峽梯級與金沙江中下游梯級的裝機總容量之和將達到8.4萬MW，將占到整個長江上游規劃的大型水電站總裝機容量的一半左右。因此三峽梯級與金沙江中下游梯級的聯合調度作業將是戰略重點。

2.聯合調度系統建設主要任務和階段目標

聯合調度系統建設，指的是梯級水電站群聯合調度作業所需要的硬件保障條件，包括梯級分調度中心基礎建設、聯合調度樞紐（或稱集控中心）基礎建設，以及測報、調控、網絡通信、信息平臺等保障硬件的建設。

（1）主要任務

本著“以點帶面，逐步完善”的原則，以干流及各支流大型梯級水電站為骨干，依據其水力聯系、群落布局、地區關系、投資開發主體等特點，逐步建成以各水系或區域梯級分調度中心為支撐的聯合調度樞紐中心。其中三峽梯級調度中心和烏江梯級調度中心已于2008年建成運行，以二灘水電站為骨干的雅礱江梯級調度中心正在建設之中，大渡河梯級調度中心也正在籌建運行。系統建設的具體內容包括：①水雨工情等自動測報網絡系統組建；②信息共享平臺和通訊保障系統組建；③自動化調控系統組建，包括各梯級水電站的水調自動化控制系統、各變電站的電調自動化控制系統等；④各梯級分調度中心和聯合調度樞紐中心的基礎設施建設。

（2）階段目標

①近期目標（2011—2015年）：針對正在開發建設的梯級水電站，籌建金沙江中游和下游梯級調度中心，完成三峽梯級、烏江梯級、雅礱江梯級和大渡河梯級的調度中心建設。具體內容：各梯級調度中心水情測報系統、自動調控系統、通信保障系統。階段目標：2015年前初步建成 6～7個區域性的梯級調度中心，初步建成三峽梯級、烏江梯級以及向家壩和溪洛渡等大型水電站組成的聯合調度系統，為大型梯級水電站聯合調度作業提供基本的硬件保障。

②中期目標 （2016—2020年）：繼續擴大聯合調度規模，將后續新建的大型水電站逐步納入分屬的區域分調度中心，尤其是金沙江中下游、雅礱江和大渡河上新建的大型水電站。具體內容：聯合調度網絡信息共享平臺、聯合調度樞紐中心基礎建設。階段目標：2020年前完成6～7個區域分調度中心建設，基本建成聯合調度樞紐中心（集控中心），為三峽梯級與金沙江中下游梯級、雅礱江梯級、大渡河梯級及烏江梯級的聯合調度作業提供必備的硬件條件。

③遠期目標 （2021—2030年）：繼續完善長江上游大型水電站群聯合調度樞紐中心建設，在組建金沙江上游梯級調度中心的同時，將金沙江上游梯級、岷沱江梯級、嘉陵江梯級逐步納入聯合調度系統。具體內容：聯合調度樞紐中心系統集控、聯合調度網絡保障系統。階段目標：2030年前建成較為完善的長江上游大型水電站群聯合調度集控中心，為全面實現長江上游大型梯級水電站群的聯合調度作業提供良好的運行保障。

3.聯合調度系統運行主要任務和階段目標

聯合調度系統運行，指的是聯合調度作業所需要的軟件保障條件，包括建立聯合調度模型，明確聯合調度計劃，制定聯合調度方案，以及聯合調度運行所需要的各種保障技術。

（1）主要任務

本著“區域—全局”兩級運行模式，首先建立聯合調度系統多目標優化模型，在模型計算和仿真模擬的基礎上，確定各大型水電站在水調和電調系統中的功能定位，制定各梯級水庫的水文補償、庫容補償和電力補償等中長期調度計劃、調度規程以及相應調度作業圖，明確各梯級的調度計劃、發電任務、蓄泄水時序、庫容分配方案、電網調峰方案；制定各種特殊條件下的應急調度預案，包括汛期防洪聯合調度預案、枯水期供水和航運等聯合調度預案；并根據河流生態管理目標的要求，制定兼顧生態保護和恢復的水庫調度技術方案和聯合調度模式。系統運行的主要內容包括：①聯合調度系統多目標優化模型，②聯合調度系統仿真模擬平臺，③聯合調度運行控制平臺，④各梯級的水文補償、庫容補償和電力補償調度計劃，⑤各梯級的水電和電調日常調度規程和方案，⑥各種特殊條件下的應急調度預案，⑦兼顧生態保護和恢復的聯合調度方案等。

（2）階段目標

2011—2015年為系統運行的嘗試階段，以現有的三峽梯級、烏江梯級和即將建成的向家壩和溪洛渡水電站為例，構建多目標的聯合優化調度模型，重點研究制定聯合調度模式和生態調度方案，解決防洪庫容分配和水庫蓄泄次序等技術問題。階段目標是制定三峽梯級與向家壩和溪洛渡的聯合調度方案，實現三峽梯級與向家壩等大型水電站的區域聯合調度作業。

2016—2020年是系統運行的重點發展階段，在這個階段，金沙江中下游梯級已基本建成，雅礱江梯級和大渡河梯級也逐步形成。本階段將進一步完善梯級水電站聯合調度多目標優化模型，并參照三峽梯級與向家壩聯合調度模式，重點研究制定三峽梯級與金沙江中下游梯級、雅礱江梯級、大渡河梯級等的聯合調度模式。階段目標是初步實現長江上游地區大型梯級水電站群聯合調度系統的多目標“全局”優化運行作業。

2021—2030年是系統運行的完善階段，在這個階段，長江上游規劃的大型梯級水電站大部分都已建成，這為整個長江上游梯級水電站群的聯合調度奠定了物質基礎，與此同時聯合調度所需要的硬件系統建設也已具備。本階段將建立整個長江上游地區大型水電站群聯合調度仿真模擬平臺，聯合調度運行業務平臺將涵蓋整個長江上游地區，并制定全局性的聯合調度模式和生態調度方案。階段目標是完善 “區域—全局”兩級優化運行模式、實現“生態友好、全局最優”的聯合運行調度作業。

4.聯合調度系統管理主要任務和階段目標

聯合調度系統管理，指的是梯級水電站群聯合調度作業所需要的管理措施，包括聯合調度管理體制、協調機制、管理辦法、法律法規，聯合調度管理組織機構、協商平臺，利益協調和補償分配辦法等。

（1）主要任務

相對于系統建設和運行而言，系統管理是聯合調度得以順利實施的重中之重。長江上游水電站開發建設的投資主體復雜，管理分散。實施聯合調度，勢必將改變各水電站過去的運行方式，牽涉各方利益，也涉及公益性調度目標（如防洪、應急供水、生態）和發電調度之間的協調問題。本著“公正協調，和諧發展”的原則，系統管理任務是確立聯合調度系統的管理體制、組織機構和協調機制，對長江上游大型水電站運行調度實行統一協調和管理，明確各種調度目標間、多開發主體間的利益協調和補償分配辦法。主要內容包括：①籌建長江上游大型梯級水電站聯合調度管理機構；②制定梯級水電站群聯合調度管理體制、管理辦法和協調機制；③建立多開發主體的協作模式和利益分配與補償機制；④制定梯級水電站群聯合調度的法律保障和政策措施；⑤針對不同調度目標和調度方案，制定相應的管理細則；⑥針對電力市場需求，制定電網調配對策和競價機制；⑦針對河流生態保護需求，制定聯合調度的生態管理目標；⑧針對流域綜合管理需求，制定相應的聯合調度管理條例；⑨系統管理和技術人員培訓等。

（2）階段目標

在2011—2015年期間，重點研究制定多開發主體的協作模式、利益分配與補償機制，初步制定梯級水電站群聯合調度管理體制、管理辦法和協調機制，參照三峽梯級調度管理模式，初步構建區域性的梯級水電站群聯合調度協調機構，并開展試點工作，以及對系統管理人員進行業務培訓。階段目標是提出多開發主體的協作模式、利益分配與補償機制，以及配套的管理辦法和協調機制，基本形成聯合調度管理機構雛形，完成對管理人員的業務培訓。

在2016—2020年期間，重點開展長江上游大型梯級電站群聯合調度運行管理條例和政策法規工作，籌建涵蓋三峽梯級、金沙江中下游梯級、雅礱江梯級、大渡河梯級、烏江梯級的聯合調度統一管理機構，并由此建立較為完善的梯級水電站群聯合調度管理體制、管理辦法和協調機制。階段目標是在2020年前，正式成立長江上游大型梯級水電站群聯合調度管理委員會或理事會，制定較為完善的管理體制，以及相應的政策法規、管理條例和實施細則。

在2021—2030年期間，進一步完善聯合調度管理機構的運作管理模式，并將管理范圍延展至整個長江上游地區，甚至向跨地區、跨流域的方向發展。

三、要解決的科學管理問題

①梯級水電站群聯合調度的管理體制、管理辦法和協調機制。長江上游梯級水電站群，涉及眾多地方政府和行業部門，其調度管理將是一項極為復雜的系統工作，也是聯合調度不可回避的問題。完善的管理體制及管理辦法，是實現梯級水電站聯合調度系統的高效安全運行的重要保證。另外，聯合調度管理成功的關鍵在于協調，包括水電與電調的協調，各投資主體的協調，各梯級調度的協調等等。如何平衡各方利益，調動各方面積極性顯得尤為重要，保證聯合調度方案順利實施，需要好的協調機制和協調平臺。

②梯級水電站群聯合調度的利益分配和補償機制。聯合調度系統運行是以全局利益來考慮的，其中為了追求整體效益的最優化，可能會影響個別水電站的固有利益。聯調必然會涉及各投資主體和地區之間利益的協調，這是梯級水電站聯合調度必須要解決的重大管理難題。因此必須研究聯合調度的利益分配和補償機制，充分協調各方利益，以促進地區經濟社會的和諧發展。

③梯級水電站群聯合調度的法律保障和政策措施。國內在梯級水電站群聯合調度管理方面，尚缺乏針對性的、可操作性強的法律條文。另外，在促進梯級水電站向聯合調度發展方面，也沒有針對性的政策措施。考慮到長江上游梯級水電站群的戰略地位，有必要出臺配套的法律法規和政策措施，明確聯合調度的管理主體及其責任、權利和義務，保障聯合調度系統運行與管理的依法、有序進行，以及確保具有公益性調度行為能得到有效實施。

④梯級水電站群聯合調度的生態管理目標和補償機制。梯級水電站群的生態調度，是維持河流健康、保護生態環境的有效途徑之一。確定梯級水電站所在河流的生態管理目標和補償標準，能夠為梯級水電站群提供管理依據。這對豐富國內水庫及水電站運行管理的生態調度理念，有著重要的現實意義，同時有助于協調水電能源開發和河流生態保護之間關系。

⑤梯級聯合調度下的水權制度和水市場運作機制。水資源與水能資源是基礎性的國家戰略資源，是地區乃至國家經濟社會發展的重要支撐條件之一。聯合調度雖能使資源得到優化利用，但在這一過程中，還需要保證資源利用的公平合理，尤其是要兼顧上下游和干支流之間的經濟社會協調發展。因此應明確梯級水資源及水能資源的所有權和使用權，鼓勵水權交易，在公平協商基礎上，促進資源優化利用。

⑥面向電力市場的梯級水電站競價規則和交易機制。上游梯級水電站聯合調度，不可能做到大一統，即使能做到，也不利于各水電站管理積極性的發揮。也就是說，在不違背聯合調度基本原則、規程規范和總體方案的條件下，各水電站或各投資主體可以根據電力市場具體需求情況，發揮各自靈活性，通過內部競爭，以獲取更多發電效益。這其中也允許不同管理主體控制的水電站之間進行水能資源交易。因此，為了保證系統內部競爭的良性發展，需要建立健全的電力市場競價規則和水能資源交易機制，以確保各方利益都能得到保護。

[1]陳進.長江流域大型水庫群統一蓄水調度問題探討[J].中國水利，2010（8）.

[2]陳進，黃薇.長江水庫群聯合調度可能性分析 [J].長江科學院院報，2008，25（2）.

[3]蔡其華.充分考慮河流生態系統保護因素完善水庫調度方式[J].中國水利,2006（2）.

[4]馬光文，劉金煥，李菊根.流域梯級水電站群聯合優化運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

責任編輯 車小磊

Development strategy study on combined management of large hydropower stations on the upper Yangtze River

Xu Jijun， Chen Jin， Chen Guangcai

The upper Yangtze River， rich in hydropower resources， is China's important hydropower development base.The scales of built-in and under constructing cascade hydropower stations on the main stream and its tributaries are large and the combined management has important strategic significance for China's energy security and green energy development.Addressing the challenges of the upper Yangtze River's large hydropower development and the status of operation and management，sharing the experiences from domestic and the overseas on operation and management of cascade hydropower stations，taking into account the combined operation system building， operation and management， it discussed the thoughts， one-phase target and main tasks of the combined operation and development of large hydropower stations on upper Yangtze River and the scientific management problems to be solved are also raised.

the upper reaches of Yangtze River； large step hydroelectric station； united management； development strategy；water power resource optimization

國家自然科學基金項目“長江上游大型梯級水電站聯合調度系統發展戰略研究”(U0970151)。

TV882.2+TV737

A

1000-1123（2011）04-0024-05

2010-11-25

許繼軍（1971—），男，博士，高級工程師。