水電站資產評估中的發電量預測研究

■武博慶 李伯陽 毛群

在采用收益法評估水電站資產時，預測水電站未來期發電量十分重要。這項工作關系到評估結果的可靠性與可信度，直接影響評估結論的合理性。作者基于實踐和水文等相關分析基本理論以及水利水電項目基本技術經濟特點，針對水電站資產評估工作中存在的未來期發電量預測問題，提出了一套便于操作，又使評估結果更趨合理的方法。

《電力工業“十二五”規劃研究報告》中指出：開發利用豐富的水能資源是有效增加清潔能源供應、優化能源結構、保障能源安全、應對氣候變化、實現可持續發展的重要措施，水力發電的安全性、經濟性和靈活性都很高，我國需要將水力發電的發展放在優先開發的戰略位置。隨著經濟體制和投資體制改革的不斷深化，研究針對我國水利水電資產具體特點和實際情況的評估理論與實踐方法，準確恰當科學合理地對水電資產價值進行評估，有利于保障水電行業改革的順利推行，在我國電力行業“十二五”大跨步式的改革發展期間，具有保障水電行業持續健康發展的現實意義。

一、方法提出

在采用收益法評估水電站資產的工作中，必然要對水電站未來期發電量進行預測，以便計算水電站各年收益值。這項工作，不僅直接影響評估值大小，而且關系到評估結果的合理性與可信度，體現著評估機構的工作深度與技術水平。由于這項工作不僅與未來期來水量有關，還與水電站未來期工程設施的功能狀態、庫區淤積、水庫調度運用等多種因素有關，所以，其預測難度較大，常使實際工作存有較大或很大差異。例如，在有些評估項目中，評估人員在未對實際發電量資料進行工程設施功能狀態分析和來水量概率分析的情況下，就直接采用其中某年發電量或某幾年發電量的均值作為未來期逐年發電量預測值。這種做法，顯然未排除發電量樣本可能存在的偶然性，在技術上缺乏證明力和說服力。同時也有個別評估項目，評估人員為了提高預測精度，搜集了水庫入庫站超過60年的逐月實測徑流系列資料，先以“平穩型時間序列法” 和“確定型時間序列法”， 分別求出項目未來期兩套來水量預測成果，然后再經過比較分析論證，確定采用其中認為更趨合理的一種方法（如 “平穩型時間序列法”）成果，進一步推算出未來40余年逐月發電量預測值。這種做法，采用了最新水文預報理論及其計算機技術，明顯細化了計算，但對一般評估人員而言，實在難以推廣應用。因此，目前在水電站未來期發電量預測方法方面，存在著較大的研究空間。為此，本文基于評估實踐和水文分析理論、相關分析理論以及水利水電項目基本技術經濟特點，提出一套既便于操作又可使成果具有一定深度和合理性的方法。

二、方法思路

考慮到水電站未來期發電量，是水電站未來期的設施功能與上游來水量共同發揮作用的結果。所以，本方法的基本思路為：

（一）調查項目功能狀態，確定項目未來期生產能力和未來期年數

這項工作是指通過搜集和研究大壩、溢洪道、泄洪閘、輸水洞等水工建筑物的沉陷、位移、變形、裂縫、滲漏等監測資料及機組運行資料、庫區淤積資料、水庫運用資料、項目安全檢查資料、大壩安全鑒定資料等，對項目的功能狀態作出評價，判斷項目在未來期所具備的生產能力，并確定其未來期的年數、年份和在未來期內除運營費之外所必需的工程再投入（資本性支出），以此作為開展發電量預測工作的前提和基礎。這項工作，對于運行時間已久的老項目，具有關鍵性意義，必須依據對上述資料的收集整理和分析，才能確保評價、判斷無誤；對于剛建成不久的新項目，歷史數據資料積累尚少，可主要依據建管資料、監理資料、施工質量資料、竣工安全鑒定資料、驗收資料等來進行。

（二）確定項目未來期上游天然來水量和入庫水量

在確定了項目未來期發電能力和未來期基本運行年數后，就要以適宜的方法，研究、分析流域水文特點和來水規律，計算并確定未來期上游天然來水量、可能新增引水量及入庫水量。為了提高計算精度，工作中應引用包括項目設計所采用的水文系列和建成后延長系列在內的不宜少于40年的水文系列來計算。在方法上，應考慮盡量引用易于實施又能使成果具有一定深度的方法，例如，“分階段水文參數演變分析”、“不同時段變比滑動線分析”、“滑動線沿長線分析”等。在操作上，需要注意對特殊年份特殊值的處理，以確保計算成果的精度和可靠性。

（三）對入庫水量與發電水量、發電水量與發電量開展相關分析，據以推算未來期發電量

由于水庫在不同水文年和不同調度運用條件下，可使同樣的入庫水量形成不同的發電水量和同樣的發電水量形成不同的發電量。因此，在依據未來期入庫水量預測未來期發電量的時候，當項目已經積累了一些資料時，就應先依據不宜少于5～10年的入庫水量、發電水量、發電量系列資料，開展入庫水量與發電水量、發電水量與發電量之間的相關分析，然后再依據相關分析結果來推算發電量預測值；在項目尚未積累足以開展上述相關分析所需資料時，可以按不同來水保證率典型年法，如，可按保證率分別為5%、50%、95%的設計典型年發電量來近似測算入庫水量與發電量之間的關系，并據以直接由入庫水量推算發電量預測值。

三、方法內容

（一）項目功能狀態調查

項目功能狀態調查是指通過閱讀分析研究與項目功能狀態有關的資料、文件，對項目在未來期內能否持續生產和可能達到的生產狀態作出判斷。包括：水工建筑物可否持續正常運轉，入庫泥沙和上游新增人類活動可否對項目未來期運行構成較大影響，項目在未來期內可能達到的生產能力、生產年限等。開展項目功能狀態調查，是進一步開展發電量預測工作的基礎。在這項工作中，需要閱讀分析和研究的主要資料、文件有：

1. 大壩、溢洪道、泄洪閘、輸水洞等水工建筑物的沉陷、位移、變形、裂縫、滲漏等監測資料及其相關規定，如“水庫大壩安全評價導則”、“砼大壩安全監測技術規范”、“土石壩安全監測技術規范”等。

2. 水利部大壩安全鑒定中心或國家電力監管委員會大壩安全檢查中心對評估項目大壩提出的“水庫大壩安全鑒定報告”或主要結論。

3. 庫區泥沙淤積實測資料及其相應排沙效果與興利調節庫容變化分析。

4. 水庫管理單位及其上級主管部門提出的最近兩三年“水庫汛前安全檢查報告”或主要結論。

5. 水庫管理單位提出的最近兩三年“工程管理運用年度總結報告”或其中有關“工程質量與運行安全”等章節部分。

（二）天然來水量預測

除極個別項目外，一般項目的未來期上游天然來水量預測，均可依據不宜少于40年的上游來水量系列，以“分階段水文參數演變分析”、“不同時段變比滑動線分析”、“滑動線沿長線分析” 等方法來計算確定。

上游來水量系列的確定，原則上采用該項目可行性研究報告或初步設計所用系列的延長系列，即由“可研”或“初設”所用系列再加入其后延長至今的系列所組成。若延長后的系列仍不足40年，可進一步考慮以“降雨～徑流關系法”插補延長。

在進行分階段水文參數演變分析時，可把如上確定的上游來水系列，按每個階段15年左右的時程分為若干階段，分別計算每個階段的水文參數，開展水文參數演變分析，如：歸納基本特點、分析變化規律、估計發展趨勢等，以便結合下一步來水量變比滑動線分析，從而確定未來期上游水文參數和來水系列。在這里，所謂各階段水文參數，即通常使用的系列均值Wo、變差系數Cv及偏差系數Cs與Cv的比值Cs/Cv。

在來水量變比滑動線分析中，以逐年來水量變比Ki為基礎，分別算出以系列年序為時段首年的3年、5年、10年來水量變比平均值K3、 K5、K10，再將K1、K3、K5、K10按年序繪于同一圖中，此圖即為1年、3年、5年、10年等不同時段來水量變比滑動過程線圖。通過對該圖的觀察、分析，即可直觀、明確、細致地得出上游來水基本變化規律。最后，通過對來水量變比滑動過程線進行延長線分析，就能得到未來期逐年天然來水量變比及其相應天然來水量預測值。

（三）入庫水量預測

以上預測的是未來期上游天然來水量，而非入庫水量。入庫水量尚需在天然來水量基礎上，進一步扣除未來期新增引水量之后獲得，即：

式中，分別為未來期某年入庫水量、天然來水量、新增引水量的預測值。

（四）入庫水量與發電水量相關分析

由于水庫調度、電網需求等原因，入庫水量常不能全部用于發電，尤其在汛期豐水月份或豐水年的大部分月份，用于發電的水量只是入庫水量中的較少部分。因此，預測未來期發電量，首先需要建立入庫水量與發電水量之間的關系，然后依據入庫水量與發電水量的相關關系和入庫水量，來推求發電水量及發電水量對應的發電量。入庫水量與發電水量之間的相關關系，應該依據不宜少于5～10年的入庫水量與發電水量的同步實測資料，再以一定的相關分析方法來確定。若采用便于應用的線性相關關系“y＝a＋bx”，需注意線性相關系數r不應小于0.8。若經計算發現r＜0.8，則表明不宜采用線性相關關系“y＝a＋bx”，而應考慮采用冪函數相關“y＝axb”、指數函數相關“y＝aebx”、圖線相關等其他相關方法來確定相關關系。

（五）發電水量與發電量相關分析

一般情況下，發電水量與發電量之間的相關關系，要好于入庫水量與發電水量之間的相關關系。因此，若能依據實測資料確定入庫水量與發電水量之間的相關關系，就必能以同樣方法確定發電水量與發電量之間的相關關系。但在計算中需要注意機組情況的變更，避免所引用的發電量資料與未來期預計機組數量不一致等情況。如果必然存在發電量資料與未來期機組數量不一致的情況，則需對相應數據或成果做必要的修正。

（六）發電量預測

入庫水量與發電水量和發電水量與發電量之間的相關分析完成后，即可依據所得相關成果及入庫水量預測量，來推算相應發電量預測值。

四、實際案例

（一）案例1：已運行近40年的老電站

我國西北地區某水電站，建于上世紀60年代末、70年代初，共有5臺機組（單機均4.5萬KW），總裝機22.5萬KW。目前5臺機組均正常運行。水電站水庫為季調節水庫，大壩為砼重力壩，高65m，長353m。原設計總庫容4.7億立方米，其中興利庫容2.1億立方米。1988年實測，總庫容減至3.24億立方米，興利庫容減至1.44億立方米。2011年實測，總庫容減至2.74億立方米，興利庫容減至1.07億立方米。

1. 項目功能狀態調查

為確定該水電站未來期的功能狀態、發電能力、運行年數，評估人員收集、調研了水工監測、泥沙淤積、大壩安全鑒定（檢查）等資料。

大壩監測資料表明，近年來（即2011年/下同），大壩主要測點垂直下沉年變幅為6.84～7.78mm/a、水平位移年變幅為2.91～17.21mm/a、平均日滲漏量為0.36～3.11立方米/d，均在正常值范圍內；繞壩滲流未見異常；大壩曾發現38條縱縫和22條橫縫，后經化學灌漿和環氧抹面處理，至今未見異常。

庫區泥沙淤積資料表明，在1973～1988年的16年間，庫區共淤積8100萬立方米，使興利調節庫容減少3000萬立方米，平均每年淤積506萬立方米、減少興利調節庫容188萬立方米，即平均每年減少興利調節庫容0.89%；在1989～2011年的23年間，庫區泥沙淤積共4500萬立方米，使興利調節庫容共減少1000萬立方米，平均每年淤積196萬立方米、減少興利調節庫容43萬立方米，即平均每年減少興利調節庫容0.21%；綜合1973～2011年的39年間，庫區泥沙淤積共12600萬立方米，使興利調節庫容共減少4000萬立方米，平均每年淤積323萬立方米、減少興利調節庫容103萬立方米，即平均每年減少興利調節庫容0.49%。而其中1993～1996年的4年間和2005～2011年的7年間，平均每年僅淤積69萬立方米，僅減少興利調節庫容15.3萬立方米，即僅減少現有興利調節庫容1.7億立方米的0.09%。經過以上測算，未發現庫區泥沙淤積會對未來期水庫運行構成影響。

在大壩安全鑒定方面，國家電力監管委員會大壩安全監察中心已分別于1989年3月～1990年8月、1997年10月～1998年12月、2005年10月～2006年11月、2012年2月～2012年12月進行了4次檢查鑒定。除在第一次鑒定中，曾發現大壩校核洪水標準偏低和岸坡壩段壩踵應力超標，后經加固處理，于1995年7月使大壩達到了正常壩標準之外；在其余3次鑒定中，大壩均為正常壩。

綜合上述分析，不難看出，該水電站雖已運行近40年，仍具有未來期持續運行條件，未來期電站運行年數至少在30年以上。

2. 天然來水量預測

為了預測項目未來期天然來水量，搜集了項目設計依據的1954～1972年來水量系列和項目投產后1976～2012年發電水量、下棄水量、水庫蓄變量、庫面蒸發量系列，從而形成了56年天然來水量系列。然后，依據該系列開展了分階段年徑流水文參數演變分析和年徑流變比滑動線分析。最后，通過歸納水文系列的特點、規律，推算得出未來期天然來水量預測成果。

在分階段水文參數演變分析中，把56年長系列劃分為1954～1973、1976～1995、1996～2012等三個階段，三個階段的時程分別為19年、20年、17年。經計算，三個階段的年徑流量均值依次為107.7、98.7、82.8億立方米；三個階段的年徑流量變差系數Cv值依次為0.35、0.49、0.39；三個階段的年徑流Cs/Cv均為2.5。這表明，在這56年里，上游來水量在逐漸減小。對于保證率P=50%的年份，天然徑流量由第一階段的102.3億立方米，依次減少到了第二階段的88.8億立方米和第三階段的77.8億立方米；對于保證率P=80%的年份，天然徑流量由第一階段的75.4億立方米，依次減少到了第二階段的57.2億立方米和第三階段的54.6億立方米；對于保證率P=95%的年份，天然徑流量由第一階段的57.1億立方米，依次減少到了第二階段的38.6億立方米和第三階段的35.2億立方米。

在年徑流變比滑動線分析中，除計算逐年變比過程外，還計算了3年、5年、10年即K3、K5、K10變比過程并將計算結果統一繪制為變比滑動過程線，見圖1。

圖1示出，在這56年里，上游來水具有明顯的周期性變化規律，并且存有兩個特點不同的豐枯變化周期。其中，第一個豐枯變化周期，是一個簡單的單一式變化周期，這個周期的時程約15～18年，其豐頂期的5年來水量均值約為系列均值的1.4～1.6倍，其枯底期的5年來水量均值約為系列均值的70%；而第二個豐枯變化周期，是一個復式的大周期套小周期的變化周期，這個周期的總時程約30年，其豐頂期的5年來水量均值約為系列均值的1.3～1.5倍，其枯底期的5年來水量均值約為系列均值的65%。此外，在這個大周期中套有的兩個小周期的時程分別約為5～8年，兩個小周期的豐頂期5年來水量均值分別約為系列均值的1.1倍和90%。可見，盡管上游天然來水在56年里具有周期性變化過程和周期性變化規律，但總體上存在逐漸減少的特點和有可能進一步減少的趨勢。

圖1 西北地區某水電站天然來水量變比滑動線

表1 西北地區某水電站未來期發電量預測成果表

通過這些分析，再進一步對滑動線開展延伸性研究，最后推得未來期天然來水量預測成果，如表1第（2）列。

3. 上游新增引水量預測

評估人員在現場經向有關方面了解，電站上游今后不久將修建一項大型跨流域調水工程，該工程將從未來期第8年起引水10億立方米，從未來期第18年起引水15億立方米，該數據列于表1第（3）列。

4. 入庫水量預測

上游天然來水量扣減上游新增引水量后即為入庫水量，數據如表1第（4）列。

5. 發電水量預測

發電水量不僅與入庫水量有關，還與水庫調度運用有關。為確定未來期發電水量，需依據不宜少于5～10年的實際運行資料開展入庫水量與發電水量之間的相關分析，然后以相關分析結果和預測的入庫水量來確定發電水量。該水電站已運行近40年，但自2001年12月起，5臺機組才全部運行，而未來期也是5臺機組全部運行。故依據2002～2012年共11年的實測入庫水量、發電水量、發電量資料，開展相關計算如表2。經計算，線性相關系數r=0.917＞0.8，表明二者相關關系較好。據此，進一步推出回歸方程：

式中，W電、W入分別為發電水量與入庫水量。

利用公式（2）和表1第（4）列入庫水量，算得未來期各年發電水量預測值如表1第（5）列。

6. 發電量預測

為了以發電水量預測發電量，同樣引用2002～2012年發電水量、發電量實測資料，開展發電水量與發電量相關計算如表2。經計算，線性相關系數r=1.0＞0.8，表明二者之間具有理想的相關關系。據此，進一步推出回歸方程：

或

以上式中，E、W電、W入分別為發電量、發電水量、入庫水量。

利用以上相關式和表1第（5）列發電水量，算得未來期各年發電量預測值如表1第（6）列。

（二）案例2：剛投入運用的新電站

我國西南地區某水電站，建于本世紀初，裝有3臺9.5萬KW機組，目前剛投入運行不久。水庫大壩為砼面板堆石壩，壩高135米。水庫總庫容5.9億立方米，是一座季調節水庫。

1. 項目功能狀態調查

該水電站是一座剛投入運行不久的新電站，項目功能狀態調查可主要依據項目建設資料來進行。為此，在現場調研的基礎上，搜集、閱研了國家電力監管委員會組織開展的本項目竣工安全鑒定報告。該鑒定報告從12個方面分析評價了項目狀態，其結論為：“各建筑物總體布置合理；工程等級及防洪標準滿足規范規定；泄流能力滿足工程防洪要求；水庫不存在永久性滲漏問題；砼面板堆石壩等各主要建筑物設計合理，主體工程已按設計文件建成，土建施工、金屬結構設備制造、安裝質量滿足設計和規范要求；主要監測設施工作正常。水庫蓄水發電至今已經過兩個汛期考驗，工程運行正常，具備竣工驗收條件。”

考慮到此鑒定報告內容全面、資料翔實、分析精準、結論準確，且具備相應的權威性，評估人員據此分析推斷該水電站功能狀態正常，具備設計生產能力，未來持續運行期應不少于40年。

2. 天然來水量預測

為了測算項目未來期天然來水量，搜集到項目上游ZAQ水文站1957～2010年實測徑流量及還原徑流量系列資料。然后，據以開展年徑流水文參數演變分析和年徑流變比滑動線分析。最后，通過對來水特點和規律的歸納、整理，推算出項目未來期天然來水量預測結果。

在水文參數演變分析中，發現水庫來水具有年際變化不大、年內分布不均的特點。在年際變化方面，分階段變差系數Cv值僅分別為0.21、0.22、0.24，最大、最小年徑流量比值僅2.2～2.5。在年內分布方面，平均每年7、8、9三個月的來水量占全年來水量的一半（1/2）以上，其中8月份占21～23%；3、4兩個月來水量僅占全年來水量不到3%。

在年徑流變比滑動線分析中，發現上游來水具有大周期套小周期的變化規律：大周期時程約35～40年；小周期時程約10～15年；距今最近的大豐水期的豐頂期發生在上世紀90年代中期，其5年平均來水量約為多年平均來水量的1.2倍；自2000年以來，本流域處于最近這個大豐水期之后的必然枯水期，但自2012年起又已開始回升，在向著下一個豐水期發展。年徑流變比滑動線及其延長線見圖2，相應推得未來期年徑流變比及天然來水量預測值見表3第（2）、 （3）列。

3. 上游新增引水量預測

經向地方水務部門了解，未來期上游無新建引水工程。

4. 入庫水量預測

由于未來期上游無新增引水工程，則未來期上游天然來水量即為未來期入庫水量，見表3第（5）列。

5. 發電水量和發電量預測

由于該水電站剛建成不久，運行資料不足以開展入庫水量與發電水量和發電水量與發電量之間的相關分析，今以不同來水保證率典型年法加以計算。根據可研報告，來水保證率P＝5%、50%、95%的典型年分別為1999年6月～2000年5月、 1976年6月～1977年5月、 1988年6月～1989年5月，其相應入庫水量依次為82.6、59.3、39.7億立米，經調節計算，其發電量依次為16.24、12.95、9.96億KW·h。依據這些數據，繪制入庫水量與發電量相關圖，并經檢核，相關圖貼近線性關系，從而推得入庫水量與發電量的相關式為：

表2 西北地區某水電站入庫水量-發電水量-發電量相關計算表

圖2 西南地區某水電站年徑流量變比滑動過程線

表3 西南地區某水電站未來期發電量預測成果表

式中，E、W入分別為發電量與入庫水量。

由于式（5）直接給出了入庫水量與發電量的相關關系，可不再計算發電水量，直接以該式和表3第（5）列入庫水量，推得表3第（7）列未來期發電量預測值。

五、結束語

本文基于實踐和水文分析與相關分析基本理論，針對水電站資產評估工作中存在的未來期發電量預測問題，提出了一套便于操作，又能使評估成果具有一定深度和合理性的方法。本法雖經初步實用并收到效果，但不可避免的仍會存在一些問題而需改進和完善。為此，真誠盼望多方就相關問題展開討論研究，提出寶貴意見和建議，為提高我國水電站資產評估水平而共同努力。