我國流域梯級水電開發的回顧與展望

李 昇 ，高 潔 ，方光達 ，周興波

（1.水電水利規劃設計總院，北京市 100120； 2.國家能源水電工程技術研發中心，北京市 100120）

0 引言

水電作為技術成熟、清潔高效的可再生能源，一直是全球公認的優質能源電力，世界各國家無不把水電開發放在優先地位，發達國家在20世紀80年代基本完成其水能資源開發利用[1]。多年來，水電在我國電力供應中一直占據不可替代的重要作用，尤其是大中型水電站工程還兼顧防洪、供水、灌溉、航運、生態保護等綜合功能，成為經濟社會高質量發展最重要的基礎設施。

《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》明確提出[2]：“加快西南水電基地建設，建設一批多能互補的清潔能源基地，非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右。面向服務國家重大戰略，實施川藏鐵路、國家水網、雅魯藏布江下游水電開發等重大工程”。

立足新發展階段，回顧我國流域梯級水電開發歷程及取得的成就，分析七十年來水電開發的主要經驗和流域梯級開發的特點，進一步厘清我國后續梯級水電開發面臨的新挑戰，對實現“碳達峰碳中和”目標和能源安全新戰略意義重大。

1 我國流域梯級水電開發歷程與成就

新中國成立以來，大力開發水電是我國的重要方針政策。我國水電開發建設從1949年裝機僅16萬kW艱難起步，2004年一舉突破1億kW并居于世界第一至今，我國水電到2021年底裝機達到3.9億kW，其中常規水電3.5億kW，抽水蓄能3639萬kW。大半世紀以來水電每年貢獻了我國15%～30%的電力電量[3]。經過70余年的發展，我國已建成高度居于世界前列的各種壩型，在大壩、工程邊坡、深厚覆蓋層、泄洪消能、大型地下洞室等各方面的工程技術全面處于世界領先地位。機組和電氣設備制造方面取得跨越式發展，設計制造世界首臺百萬千瓦機組，抽水蓄能機組制造全面實現國產化。我國水電開發建設的理論研究、科研試驗、勘測設計、建設管理、運行調度等各方面均處于世界領先地位。這些偉大成就的取得，與我國實行的江河流域梯級開發密不可分。按照最新統計，我國水能技術可開發量6.87億kW[4]，水電開發程度過半，主要大江大河特別是中下游干流的水電開發基本完成，全國主要流域梯級水電站庫群聯合調度運行管理格局初步形成。

我國地勢西高東低，形成了諸多水能資源富集的大江大河。20世紀80年代初，根據第二次全國水力資源普查成果，原電力工業部提出集中建設十大水電基地的設想。在此基礎上，1989年原能源部水利部水利水電規劃設計總院（現水電水利規劃設計總院）提出十二大水電基地[5]，增加了東北和黃河北干流兩個水電基地。21世紀以后，提出了建設十三大水電基地[6]（增加怒江）和十四大水電基地（增加雅魯藏布江）。計入2003年開展的怒江水電規劃，目前十三大水電基地主要包括：金沙江、長江上游、雅礱江、瀾滄江干流、大渡河、怒江、黃河上游、南盤江紅水河、東北三省、閩浙贛、烏江、湘西、黃河北干流，詳見表1[6]。根據2011年有關統計[6]，我國十三大水電基地技術可開發裝機容量超過2.78億kW，年發電量近1.2萬億kW·h，其中以金沙江、長江上游、雅礱江、瀾滄江干流、大渡河、怒江、黃河上游、南盤江紅水河、烏江等基地的水能資源尤為富集。

表1 十三大水電基地規劃Table 1 The plan of thirteen hydropower bases

我國流域梯級開發體制機制改革始于20世紀80年代。為提升水電開發動力，解決長期困擾水電開發財政資金投入不足的問題，破解深層的體制機制困境，為水電建設培育“自我積累，自我發展”的迭代機制[7]，“流域、梯級、滾動、綜合”的水電開發八字方針逐步提出，并在1996年首次寫入《國民經濟和社會發展“九五”計劃和2010年遠景目標綱要》。由此，我國水電開發逐漸走上快車道，流域梯級開發管理模式不斷完善。該模式下，在一個流域按照現代企業制度組建一個流域水電開發公司，實現梯級連續開發、形成規模效益。以先投產電站帶動后投產電站，打破省域界限，先投產梯級收益滾動開發下一個梯級。1990年，第一個按流域開發組建的烏江水電開發公司推動了烏江干流水電梯級開發，并在2013年完成全流域開發。1995年，二灘水電開發有限責任公司改組成功，2003年明確由其負責實施雅礱江水能資源開發；1997年清江水電開發公司作為落實八字方針的試點單位，以隔河巖水電站為啟動電站實施清江流域滾動開發。到2000年底，瀾滄江、大渡河、黃河上游、二灘、烏江、三峽、清江、五凌等多家流域水電開發公司相繼組建，流域梯級滾動開發成為水電開發的主要形式。2002年，中國長江三峽工程開發總公司經授權滾動開發金沙江下游的溪洛渡、向家壩、烏東德、白鶴灘四座巨型水電站，2022年6月四座電站中最后投產的白鶴灘水電站首臺機組發電。這些流域水電開發企業在理順體制機制、推動流域梯級水電開發中發揮了極其重要的作用。

截至2021年底，烏江、大渡河、紅水河、長江上游、金沙江水電開發程度達到80%以上，雅礱江、黃河上游水電開發程度超過70%[4]，具體基本情況見表2和圖1。我國主要流域的梯級開發格局已基本形成。長江水系中，金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩四座巨型梯級水電站裝機容量約4500萬kW，年發電量近2000億kW·h，形成世界上規模最大的水電基地。雅礱江中下游“兩庫十二級”，總裝機規模接近2700瓦kW，年發電量超過1260億kW·h。其中，兩河口和錦屏一級兩座龍頭水庫電站為流域梯級發揮持久而巨大的蓄豐補枯補償效益。黃河水系中，黃河上游自20世紀80、90年代即開始發揮梯級聯合運行效益，梯級中有我國第一座百萬千瓦級水電站——劉家峽水電站（122.5萬kW，下同）、“萬里黃河第一壩”黃河龍頭水電站龍羊峽水電站（128萬kW）、水電裝機突破1億kW的標志性工程——公伯峽水電站（150萬kW）。

圖1 主要流域水電開發情況（截至2021年底）Figure 1 The hydropower development of major river basin （by the end of 2021）

表2 主要流域基本情況表（截至2021年底）Table 2 Basic situation of major river basin （by the end of 2021）

2 我國流域梯級水電開發的主要經驗與特點

回顧我國流域水電開發發展歷程，從一個水電建設技術落后的國家發展成為技術強國，并取得當前立足世界之巔的成就，是改革開放為流域梯級水電開發提供了強大動力。流域梯級滾動開發建設管理模式具有中國特色，其成功的主要經驗和特點是以人民為中心的宗旨在水電事業中的具體體現。

2.1 黨中央高度重視，國家出臺政策積極支持

我國能源資源稟賦以缺油少氣為主要特征，面對解放初期煤炭產量低下能源供應嚴重不足，洪澇干旱自然災害頻發，水情復雜治水任務繁重的國情，國家對防洪、供水、灌溉和能源的保障提出了很高的要求。新中國成立以來，從毛澤東、周恩來等老一輩無產階級革命家到習近平總書記，歷屆政府堅持以人民為中心的宗旨，對水利水電建設給予了高度重視。在組織機構上，中央政府在建國初期就在燃料工業部組建了水力發電建設局，隨后又組建了水利水電部，并成立了流域管理機構、區域水電設計院。組織機構的成立，為我國水利水電發展提供了堅實基礎。在政策支持方面，國家在各個“五年計劃”中都對水利水電建設給予政策支持，國家科技攻關計劃在“六五”到“九五”期間均對水電開發關鍵技術進行了專項支持。

2.2 制度優勢保障，集中力量辦“水電”大事

我國從一個筑壩技術相對落后的國家發展成為世界筑壩強國，中國特色社會主義制度優勢十分重要。在黨的領導下統籌協調，集中力量辦大事。依托這一優勢，在20世紀90年代初，國家尚不富裕的時候開工建設了中國百年夢想三峽工程，克服了工程技術、百萬移民、巨額投資等諸多難題。依托這一優勢，在國家統籌協調下，我國機組制造水平不斷提高，常規機組單機容量逐漸從30萬kW到55萬kW再到70萬kW，最后實現單機容量世界最大的百萬機組，抽水蓄能機組從學習國外技術到如今完全滿足國內需求。21世紀初，國家實施西部大開發戰略，水電行業開始集中開發西部水能資源，用不到20年時間，在西部高海拔高寒高山峽谷地區建設了20余座200m以上特高壩，建設者幾乎遍及所有國家水電企業，是集中展現制度優勢的成功實踐。

2.3 改革開放助力，激發流域水電開發活力

改革開放是我國經濟社會發展中的一場深刻革命，極大地解放了社會生產力，促進了水電建設體制機制變革，推動了工程技術進步。改革開放之前，我國筑壩隊伍采用的是計劃經濟的管理體制，建設管理主要是由政府主導成立工程指揮部或工程局，采用半軍事化管理模式，政企不分，責權利不清，建設效率低下。改革開放后，國家大力推動電力體制改革、多元化投資主體改革、現代企業制度改革、項目法人負責制等一系列建設管理體制機制市場化改革，理順了投融資機制，激發了水利水電企業的內生動力，拓展了筑壩行業的國際視野，使我國在水庫大壩建設的基礎理論、設計方法、科研實力、施工能力等方面不斷躍升。

2.4 流域規劃為先，強調水電開發綜合利用

新中國初期，國家百廢待興，為了減輕水患災害，國家決定大興水利建設，隨之相繼啟動了淮河流域、黃河流域、長江流域的規劃編制工作。1954年完成《黃河綜合利用規劃技術經濟報告》，1959年完成《長江流域規劃要點報告》，同時期海河、遼河、松花江、珠江等均完成了流域綜合規劃。在這些流域規劃理念中，堅持把水庫大壩作為江河治理關鍵骨干性工程的規劃理念，謀劃出一批調蓄水庫工程。長江三峽水利樞紐作為控制長江洪水的關鍵工程首次明確提出。70余年來，我國水利水電開發建設嚴格堅持了先規劃再開發的制度，為我國河流水電有序開發奠定重要基礎。在河流開發規劃中，充分考慮了水庫大壩的防洪、發電、供水、生態、航運等綜合利用需求，是我國一直堅持的理念。我國目前的流域綜合規劃、河流水電規劃，都將綜合利用作為重要內容進行分析論證。

2.5 規章制度健全，構建完備技術標準體系

我國水電開發建設管理機構建立較早，經過長期的努力，形成了較為完備的行業管理規章制度，根據國情特點設置了技術方案審批、建設工程質量監督、安全鑒定和工程驗收等管理流程。工程技術標準方面，通過學習借鑒蘇聯的經驗，經過20世紀50、60年代的探索起步，到70年代的逐步完善，到后續更新補充，形成了完整的水利水電開發建設技術標準體系，覆蓋了規劃布局、勘測設計、施工技術、建設管理、安全監測、運行管理、除險加固等全生命周期的各方面。這些規章制度和技術標準，對水利水電開發建設起到了重要支撐作用。

2.6 單一國企開發，確保流域梯級管理系統性

同一條河流上各水電站存在天然水力聯系，流域梯級電站在安全管理、梯級聯合調度等方面迫切需要統籌管理。隸屬于不同經濟實體的水電站在實際運行中，很難從整條河流的整體效益出發進行調度運行。因此，我國在20世紀80年代提出推出“流域、梯級、滾動、綜合”的水電開發概念理念時，提出了一條河流由一個投資主體開發建設，并在中央各有關部門的積極推動下，首先成立了貴州烏江水電開發公司，負責烏江流域的梯級滾動連續開發。此后這一模式得到堅持和推廣。2012年和2013年，國家能源局以正式文件進一步明確了瀾滄江流域、雅礱江流域、金沙江上游等河流的投資開發主體。這些大江大河的投資開發主體均為大型央企，開發建設的技術、資金、人才、管理各方面資源充足，在規范管理、社會責任履行等方面也得到有效保障。以國有企業為主、單一主體開發的模式，為我國流域水電安全、高效的開發建設和運行管理奠定了堅實的基礎。

2.7 守住安全底線，始終把工程安全放在首位

水庫大壩安全直接關系到水庫下游人民群眾的生命安全，對此我國在20世紀60、70年代曾有過慘痛的教訓。確保大壩安全一直是我國壩工行業堅守的核心價值。工程安全貫穿于從規劃設計、建設施工到運行管理等工程全生命周期的各個階段，在政策法規、技術標準體系、方案審批、安全鑒定與驗收等各方面都給予高度重視，以國有企業為主的各參建單位自覺履行責任，在建設過程中嚴格落實。這些行之有效的措施保障了我國水庫大壩始終保持了較好的質量安全記錄，成為世界上潰壩率最低的國家之一。在2008年汶川地震中，處于震中的紫坪鋪等高壩經受了超過設計烈度的地震，未產生重大震損，未發生次生災害。

2.8 科技創新引領，推動水電技術不斷發展

我國水電工程能夠取得當前的成就，關鍵在于堅持科技創新，包括引進消化、集成創新、再創新。碾壓混凝土筑壩、面板堆石壩技術都是在20世紀80年代前后引入我國。經過不斷地實踐、總結、提升，我國目前已建成了上述兩種壩型高度均居于世界前列的200米級壩，在實踐中對兩種壩型的防滲系統、防滲材料、施工技術、施工設備等進行了大量的改進和提升，形成了中國特色的建設技術，面板壩方面還對300米級特高壩進行了深入研究。從20世紀80年代開始實行國家科技攻關五年計劃，從“六五”到“九五”科技攻關計劃，高壩建設重大科技項目一直是國家科技攻關的重要內容，采用“產、學、研、用”緊密結合、聯合創新，我國水電建設者解決了工程建設中很多關鍵技術問題。幾十年的科技攻關和創新，已形成了完整的水利水電工程技術體系，很多成果達到國際領先水平。

2.9 重視生態保護，以開發促進生態環境改善

水電工程在保障防洪、供水安全和電力供給，促進經濟社會發展中發揮了重要作用，但同時也改變了河流原有的狀態，造成了生態環境影響。我國水利水電建設一直重視生態環境影響問題。20世紀70年代，我國就選擇了葛洲壩、新安江等工程，開始比較系統地研究了建壩對生態環境的影響。20世紀80年代頒布了《中華人民共和國環境保護法（試行）》，1982年頒布試行了《關于水利水電工程環境影響評價的若干規定（草案）》。1989年正式頒發的我國最早的水利水電環境影響評價規范《水利水電工程環境影響評價規范》（SDJ 302—88），成為我國基礎設施建設較早的環境影響評價技術標準。20世紀90年代開工建設的三峽、小浪底、二灘等工程，都全面系統開展了環境影響評價，并采取了一系列生態保護和修復工作。進入21世紀，水庫大壩建設更加重視生態環境保護，尤其是黨的十八大之后，工程建設中貫徹落實習近平生態文明思想，生態優先、綠色發展的理念得到進一步強化。目前，與大壩等樞紐建筑物同步建設的生態放水設施、分層取水設施和過魚設施等已成為工程建設的重要內容。

2.10 維護社會和諧，系統解決水庫移民難題

我國人多地少，大型水利水電工程建設不可避免會造成大量土地淹沒和占用，產生水庫移民。水庫征地補償和移民安置是大壩建設的重要內容，處理不好不僅會影響工程效益，還有可能影響社會穩定。改革開放以來，大中型水利水電工程征地補償和移民安置工作走上法治化道路。1987年《中華人民共和國土地管理法》頒布生效，1991年國務院頒布《大中型水利水電工程建設征地補償和移民安置條例》，提出開發性移民的方針。2006年，國務院修訂并新出臺了《大中型水利水電工程建設征地補償和移民安置條例》，大幅度提高了征地補償和移民安置標準，同期出臺了水庫移民后期扶持政策，對新中國成立以后的水庫移民由國家實行統一標準的后期幫扶。通過前期補償和后期扶持，實現水庫移民“遷得出、安得下、穩得住、逐步能致富”的目標。水庫移民的妥善解決，為流域梯級開發的有序實施起到了穩定器和定心丸的作用。

3 新時期我國流域梯級水電開發面臨的新挑戰

從我國流域未開發的水電資源建設條件、雙碳目標下梯級水電再開發的需求等方面分析，新時期我國流域水電在開發運行管理、體制機制上也面臨一系列挑戰。

3.1 雙碳目標對流域水電梯級定位提出了新要求

我國已經明確承諾2030年和2060年實現碳達峰、碳中和的雙碳目標。要實現雙碳目標的實現，需要大力發展可再生能源，實現實施“能源電力化，電力無碳化”，并構建高比例可再生能源的新型電力系統。由于風電、光伏等新能源，存在隨機性、間歇性、波動性等問題，需要大量的靈活調節電源，主要提供容量、轉動慣量及長時儲能調節能力。在這方面，水電具有天然優勢，勢必成為構建新型電力系統最重要的調節資源之一。因此，水電的功能定位正逐步從提供電量為主，兼顧調峰及容量作用，轉變為向系統提供容量、滿足電力系統調峰調頻需求為主，支持風電、光伏等新能源消納[6]。在功能定位改變之后，水電工程特別是具有良好調節性能的流域梯級，需要進一步研究擴大裝機規模，以提供更大的容量。目前，利用國家發展改革委水電前期費，水電水利規劃設計總院組織開展了四條流域的研究試點工作。

以流域水電為基礎的可再生能源一體化基地的體制機制需要進一步完善。近年來，利用流域水電作為基礎靈活調節電源，推動風、光資源開發，建設水風光一體化綜合能源基地的設想不斷提出，特別是2022年3月，國家能源局《關于開展全國主要流域可再生能源一體化規劃研究工作有關事項的通知》，已經著手部署安排全國主要流域可再生能源一體化規劃研究工作，要求依托主要流域的水電開發，充分發揮水電靈活調節能力和水能資源，配套風電、光伏新能源資源，兼顧火電調節，建設可再生能源一體化綜合開發基地。但是實施起來，遇到資源配置、外送與本地消納、水電容量效益如何體現等一系列問題，需要針對不同應用場景，積極開展試點，形成制度化安排。

3.2 建設條件更趨復雜使建設管理技術難度加大

未開發的水電資源多處于西南邊陲高寒高海拔地區，地質條件更復雜、施工技術難度更大。高寒高海拔地區面臨著筑壩施工技術挑戰，深厚覆蓋層、高地震烈度區域面臨著建壩技術挑戰，深埋長大地下洞室群建設面臨著各種巖爆、突泥、涌水等技術挑戰。巨型滑坡及滑坡群、大型泥石流、冰湖潰決等地質災害發育，對工程建設和安全運行亦帶來巨大挑戰。未來水電開發遇到的許多技術難題，已超出國內外已有的工程經驗，建設管理技術難度極大。

3.3 流域梯級水電安全保障與應急管理難度增大

梯級水電站群系統安全保障與應急管理是流域水電梯級開發發展到新階段面臨的新挑戰。近年來極端天氣導致超標準洪水頻現、流域統籌下的系統安全管理機制尚未形成，加之梯級電站均是按單一工程設計和施工，導致運行中存在上下游設計標準不匹配等問題凸顯，梯級水電站安全保障與應急管理任務艱巨。一是受大氣環流異常影響，區域短時降雨量大，極端天氣造成超標準洪水，導致中小流域梯級電站防洪壓力大。二是上下游梯級水庫標準不匹配，上下游電站庫壩如不同運營單位，溝通協調機制不暢問題突出，使得流域安全管理難度非常大。三是我國中小水庫病壩險壩數量多，如遭遇超標準洪水潰決失事獎對下游大中型梯級水電設施造成威脅，流域梯級水電站庫壩群應急管理難度極大。

3.4 梯級開發外部環境面臨更高更嚴的管理要求

一方面，在生態優先的要求下，生態環境保護管理更趨嚴格，而未開發梯級水電多位于大江大河上游的西部高原區，敏感因素較多，面臨的生態環境保護壓力較大。需要進一步做好生態流量保障、水溫影響減緩、水生生態保護、陸生生態保護等措施，在水電開發的同時切實保護好流域生態環境。另一方面，建設征地移民安置的難度日趨增加。在以人民為中心的指導思想和共同富裕的理念下，國家能源局于2019年出臺了《關于做好水電開發利益共享工作的指導意見》，進一步完善水電開發征地補償安置政策，推進庫區經濟社會發展，健全收益分配制度，發揮流域水電綜合效益，建立健全移民、地方、企業共享水電開發利益的長效機制，水電開發脫貧幫扶的責任愈發重大。在當前梯級水電開發的大江大河上游及其支流，少數民族聚居，宗教設施眾多。工程建設中需要貫徹國家有關法律法規和民族政策，充分尊重少數民族的生產生活方式和民俗習慣，深入研究采取恰當的避讓、協商、遷建、補償等措施，爭取當地人民的理解和支持，才能做好項目開發建設。

3.5 梯級水電開發的商業模式和回報機制問題突出

隨著水電工程向河流上游、偏遠地區推進，工程建設條件愈加困難，人工和物資成本增長較大，安全環保和征地移民要求不斷提高，水電工程的單位千瓦投資呈增加趨勢，經濟性下降，很多藏區工程需要補貼才能維持基準收益。部分流域龍頭水庫電站因為經濟性差導致建設進度滯后，反過來又影響流域梯級整體的綜合效益。在流域水電定位改變、水風光一體化基地模式下，價格機制尚未形成。這些都是制約后續水電開發的關鍵因素，需要在發展中用市場化手段加以解決。

4 結論與展望

在“雙碳”目標和能源安全新戰略的引領下，立足當前應加快流域水電梯級開發，尤其是大江大河上游的龍頭水庫，深層次挖掘水電潛力，認真總結70多年來的主要經驗和實踐經驗，堅持生態優先、堅持系統觀念，以科技引領水電創新發展，解決好發展過程中遇到的體制機制和技術難題，全力推進西南水電基地和雅魯藏布江下游水電建設進程，統籌水風光一體化清潔能源基地建設。

放眼未來，我國流域水電開發前景依然光明，流域水電將在新能源為主體的新型電力系統中占據更加重要的位置，為“雙碳”目標的實現作出更大的新貢獻。近年來，我國在水電開發的工程實踐方面取得很多新的進步。烏東德、白鶴灘、兩河口、雙江口等工程的紛紛投產或即將投產，進一步夯實了我國在300m級高土石壩、300m高拱壩建設的技術基礎和世界領先地位，通過錦屏二級和一系列引調水工程的實踐，積累了大量處置長大深埋隧洞各種巖爆、突泥、涌水等突發問題的經驗。在此基礎上，經過持續科技攻關，我們肯定能妥善解決未來我國水電開發中出現的各種技術問題，推進我國流域水電開發技術不斷進步發展。

水電作為最可靠的清潔可再生能源電力，流域梯級水電將成為新能源為主體的新型電力系統的“壓艙石”。目前我國水電裝機已達3.9億kW，利用好這些存量水電，在后續開發中充分考慮雙碳目標要求，同時在具備條件時，對存量水電進一步擴機，結合國家推動主要流域可再生能源一體化規劃研究工作，針對遠距離外送、近區消納、二者結合等各種應用場景，研究開發建設管理體制、商業模式和定價機制，通過基地化融合發展，持續堅持“流域、梯級、滾動、綜合”的理念，堅持一個河流（河段）一個開發主體的模式，堅持一體化規劃、一體化資源配置、一體化開發、一體化調度運行、一體化電價機制、一體化消納的模式，有效推動了流域水電和新能源的融合發展。在新要求、新定位、綜合基地開發的理念下，流域水電必將在我國實現雙碳目標、構建新型電力系統中發揮重要的支撐作用。