水电的当下与未来

本刊在2010年中国水电百年之际，曾以《中国水电的理智与情感》为主题采访潘家铮院士，问题之一是：“我国要实现2020年3.8亿千瓦的水电开发量，还需要注意哪些问题?”这位水电泰斗回答：“主要还是制度上的问题，要真正把水电作为可再生能源看待，让它享受新能源一样的优惠政策，并把效益返回一部分到上游，解决生态和移民问题;要简化水电审批程序，我希望有生之年能看到更多巨型电站——比如雅鲁藏布江梯级电站的开工。”

(来源：微信公众号“能源评论•首席能源观” 作者：程洪瑾 王若溪)

江水澎湃，昼夜不歇。12年来，我国水电开发强度空前，乌东德、白鹤滩、两河口、锦屏、金沙江上游电站横空出世，我国水电总装机已超4亿千瓦;潘院士生前所期待的藏电东送、雅鲁藏布江下游水电开发也进入了窗口期。水电的规模体量、技术装备、产业体系，让我国成为“水电强国”，并为建设“能源强国”增加了底气。

而今年夏天，四川作为我国水电富集地，却在“丰水期”电力电量双缺。各方全力克难，终于守住电网安全和民生用电底线。问题与挑战总是在催生新的思考。此前，业界对我国主力电源——煤电的定位，曾有一番再认识的过程;现在，我们对于水电的定位又应有哪些深化?对于水电高质量发展，业内人士又有哪些新的结论?

中国水力发电工程学会推荐专家杨永江解答我们的疑问。他长期从事水电规划和投融资工作，曾参与三峡工程投融资方案设计、紫坪铺水利枢纽开发、长江经济带建设论证等工作，现任水电学会科普信息部主任;他近年提出的“如何利用风光水加快实现碳中和目标”，入选中国科学技术协会“十大产业问题”。

水电“靠天吃饭”?“龙头水库”是定心丸

问:入夏以来，我国多地出现了有记录以来持续时间最长、影响范围最广的极端高温天气。持续高温干旱使得拥有“水电第一大省”之名的四川水力发电能力减半，而四川电力供应的80%恰恰都来源于水电。作为水电专家，您如何解读这种情况?

答：今年川渝地区用电紧张状况，主要原因是全球气候变化趋势下极端天气造成的极度缺水。今年夏季四川上游的平均降水只有常年二分之一的水平，是有记录以来降水最少的年份。

我国汛期来水一般占河川径流量的60%~80%，天然降水主要集中在夏季，但今年恰恰因为极端天气在汛期缺水了，这可以理解为一个长周期系列的丰枯变化，也是符合自然规律的。汛期来水紧缺导致水电无水，再加上极端高温下负荷激增，致使川渝地区出现用电严重紧张局面。

问：局部极端天气导致能源电力紧张，这种情况是否会成为一种常态?

答：应对此类问题须立足极端天气常态化的趋势。极端天气导致缺水缺电的问题在全球视角来看并非个例，比如说，欧洲为应对气候变化，一直非常积极地推进实施碳中和政策，德国、丹麦等很多国家都已经达到了50%占比的可再生能源发电，但现在为什么出现欧洲多个国家再次重启化石能源保证电力供应的局面?这次欧洲能源危机既有地缘政治因素，也叠加了极端天气因素。欧洲出现能源上的“回潮倒退”，可以视为人类由化石能源向清洁能源转型过程中的一次重大能源危机。

问：从长周期来看，要避免这种情况需采取哪些关键措施?

答：出现极端干旱缺水，意味提高河流的调控能力至关重要。水电站的建设和水库调度设计中，有多年调节水库用以应对长周期丰枯变化中的突发情况。目前我国黄河、长江两条主要江河的水量调节能力差异很大。通过水利部黄河水利委员会信息可知，黄河多年平均天然年径流量为580亿立方米，拥有600亿立方米的总库容，调节能力(即梯级水电开发所获得的调节库容与河流年径流量之比)可达78%。黄河通过龙羊峡、小浪底、刘家峡等一系列水利设施，达到总库容充足且具备多年调节的能力，从而实现储存并重组水资源用以调配和发电，满足了生产、生活、生态对水资源的需求。我曾经在30年前做过关于黄河流域的一个模拟计算，黄河流域的长周期丰枯变化大约是以22年为一个周期。具体到长江流域，修水电站和水库同样也是为了调节年际丰枯和长周期的丰枯。根据水利部近日批复的《2022年长江流域水工程联合调度运用计划》，长江年均径流量为9513亿立方米，总调节库容为1160亿立方米，占全国水资源总量35%的长江水资源调节能力很有限，约为17%。长江调节能力有限，库容不充足，无法储存足够的水来发电以弥补电力缺口和缓解此次用电紧张，才让此次川渝地区有些“措手不及”。

流域龙头水库建设可以缓解上述问题。理论上讲，建设龙头水库投资大、造价高，且建设水库需要征地、移民，建设难度大，所以这项工作进度往往滞后于实际需要。以四川境内的雅砻江和大渡河为例，因为雅砻江两河口水电站以及其中一个调节库容达到65.6亿立方米的大水库建设完成，雅砻江具有了多年调节能力，在应对此次电力危机中发挥了大作用。相比之下，尽管大渡河水电站已基本竣工，但它的双江口龙头水库还没建设起来，导致大渡河的调节能力依旧很弱。换句话说，在极端天气来袭时，水库调节能力不足，存不住水，水电站想加大供应也是“无米之炊”。结合此次川渝地区现实情况来看，流域龙头水库水电站要加快建设。

风光水电一体开发具有“先天优势”

问：“利用风光水加快实现碳中和目标”是您一直关注的领域，您是否认为，这也是平抑来水丰枯的一个措施?另外，蜀地多雾，太阳能发电和风电资源情况允许吗?

答：丰枯期水资源的互补是一个亟待解决的重点问题，今年四川出现用电危机主要是自然因素造成的，但长远来看，也需深入思考和进一步规划我国水电水利设施科学合理的布局。

风光水电多种清洁能源的一体化建设是将波动大、随机性大、离散程度高的风电和光电与较稳定、启停快、运行灵活的水电连接在一起，构成一组优质电源，从而大大提高资源的利用率，提升电网的安全系数，减少弃水电量，增加收益。

至于资源情况，“蜀地多雾”指的是四川盆地，而江河流域的上游，尤其是青藏高原的边缘地带，山间、高原的风、光资源很好。另外，水电基地已经形成，电网和道路等基础设施已经具备，连片开发“风光水一体化”模式非常有可行性。

问：风光水电的一体化开发的优势互补性体现在哪些方面?

答：第一，风光水资源互补。我国的气候特征为季风性气候，冬季水小、风大、光好，夏季水多、风小、光差，风能、水能、太阳能三种资源形成了季节间的丰枯互补。

第二，风光水电力互补。从风能、太阳能、水能发电的过程来看：一天内，风电白天发电少，夜间发电多，24小时波动大，光电只能白天发电;一年内，风电、光电在冬季和夏季也各有“丰枯”。水电因为有水库调节，发电非常平稳。因此，利用水电启停快、调节能力强的优势，平抑风电和光电的随机性、波动性、离散性，可根据市场需求短平快开发风电、光电，“插接”到水电基地，共同形成一组能够满足用户需求的优质电源。

第三，风光水电投资互补。风电、光电以其投资小、造价低、短平快(最快1～2年或更短即可建成)的特点可以很好弥补水电投资大、造价高、工期长(5～10年或更长)的问题。风光水电在资源、电力和投资上的互补，可谓得天独厚。

风光水互补开发也让水电基地变成清洁能源基地，推动加快实现电力清洁化与碳中和。我国水能资源80%以上分布在西部地区，充分利用风、光、水能资源同宗同源的优势，依托黄河上游、大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江等水电基地，形成风光水互补开发的国家清洁能源基地。我认为，应尽快实现多元能源互补，将水电基地建设成风光水一体化的清洁能源基地。

水电是新能源的“储能设施”

问：大型水电正在为大范围新能源发电充当“稳定器”，这和您建议的一体开发水风光基地有冲突吗?毕竟，同一台水电机组难以“一女二嫁”。

答：这用事实说明，水电与新能源有很强的互补性，与建设风光水(含抽水蓄能)一体化综合清洁能源基地的内在规律是一致的，也同时说明了水电装机容量增加的必要性。在常规水电资源有限的情况下，应大力发展抽水蓄能，后者基本上不消耗水资源，可以根据需求建设，也可以说“常规不够，蓄能来凑”。

问：煤电的定位有一个被重新认识的过程，稳步推进煤电由主体电源向调节型电源转变是当前电力行业的重中之重。而对于水电，我们通常看重它的调度运行灵活、环境友好、全生命周期成本低的特点。作为水电专家，您如何看待水电的定位和战略意义?

答：第一，水电开发是我国水资源综合利用的基础。建设我国大型水库水电站的首要任务是作为水利工程设施，承担防洪、发电、航运、水资源综合利用等任务，尤其是在调控水资源时空分布、优化水资源配置方面作用突出。我国地势西高东低、呈阶梯状分布，这使得长江、黄河等河流都发源于青藏高原，形成了江河上游以水力发电为主、下游以水利为主的规划布局。上游开发水电，相当于为“中华水塔”装上了“水龙头”，为下游水资源的综合利用奠定了基础。

第二，水电是未来可再生能源发展的压舱石。风电和光电具有随机性、波动性、离散性的特征，对电力系统的稳定性形成巨大考验，只有靠储能调节才能配套使用。而水电具有启停快、运行灵活和储能的特点。常规水电是现成的“储能设施”，通过风电、光电、水电一体化开发构成“联合电站”，实现优势互补，是满足能源需求和实现电力清洁化的上佳路径。

问：就开发强度而言，一位业内人士告诉我们：开发雅砻江，意味着我国大江大河的大型水电开发基本完成。此后，水电要高质量发展显然还有许多工作要做，您认为未来需要从哪些方面加强?

答：以电兴水，以水兴国，要发挥好水电助力“双碳”的作用，我的建议有三点：第一，加快推进风光水(含抽水蓄能)一体化开发。逐步将流域水电基地建设成风光水一体化的清洁能源基地，实现水电、光电、风电等清洁能源综合效益的最大化。第二，加快河流龙头水库的建设。多修有调节性的龙头水库(例如：金沙江的龙盘水电站、红水河的龙滩水电站二期)，调节河流丰枯变化，保证水资源和能源安全。第三，加强全国电网的统一规划、统一调度，高效配置全国范围的能源资源，建立起东西南北互济、昼夜阴晴互补的可再生能源系统。

我国利用水、风、光等资源优势和水电、风电、光电、特高压等产业技术优势，构建以可再生能源为主的能源系统是实现碳中和、建设生态文明的必由之路。