能源利用及其污染物控制

21世纪中国水电发展前景展望杭州电子科技大学摘要：进入21世纪,国家制定了优先开发水电的方针,水电建设迎来了前所未有的发展机遇.在介绍我国水力资源总量及其分布情况、水力资源在能源结构中的地位的基础上，分析了我国水电开发现状，对2020年我国常规水电、抽水蓄能发展目标，以及2020年至2050年水电开发前景、“藏电外送”和新世纪水电科学技术发展前景进行了展望，并提出了实现我国水电可持续发展的若干战略措施。关键词：水力资源；能源结构；水电开发；水电规划；抽水蓄能；水电科学技术；可持续发展战略；水力资源作为可再生清洁能源，是中国能源的重要组成部分，在能源平衡和能源工业的可持续发展中占有重要地位。进入21世纪，国家从经济快速发展、能源的可持续供应、环境保护，以及西部大开发等方面考虑，制定了优先开发水电的方针，水电建设迎来了前所未有的发展机遇。21世纪，尤其是,21世纪前叶，水电发展必将进入黄金时期。1中国水力资源概况1.1水力资源总量中国幅员辽阔，国土面积达960万平方公里，蕴藏着丰富的水力资源。根据最新水力资源复查结果，我国大陆水力资源理论蕴藏量在1万kw及以上的河流共3886条，水力资源理论蕴藏量年电量为60829亿kw·h，平均功率为69440万kw；理论蕴藏量1万kw及以上河流上单站装机容量500kw及以上水电站技术可开发装机容量54164万kw年发电量24740亿kw·h，其中经济可开发水电站装机容量40179.5万kw年发电量17534亿kw·h，分别占技术可开发装机容量和年发电量的74.2%和70.9%。1.2水力资源在能源结构中的地位常规能源资源包括煤炭、水能、石油和天然气，我国能源资源探明（技术可开发量）总储量约8450亿t标准煤（其中水能为可再生能源，按使用100年计算），探明剩余可采（经济可开发量）总储量为1590亿t标准煤，分别约占世界总量的2.6%和11.5%。我国能源探明总储量的构成为原煤85.1%、水能11.9%、原油2.7%、天然气0.3%，能源剩余可采总储量的构成为原煤54.1%、水能44.6%、原油2.9%、天然气1.1%。我国常规能源资源以煤炭和水能为主#水能仅次于煤炭，居十分重要的地位。如果按照世界有些国家水力资源使用200年计算其资源储量，我国水能剩余可开采总量在常规能源构成中则超过60%。由此可见#水能在我国能源资源中的地位和作用。能源节约与资源综合利用是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。“十一五”期间和今后更长远时期，国家把实施可持续发展战略放在更加突出的位置，可持续发展战略要求节约资源、保护环境，保持社会经济与资源、环境的协调发展。优先发展水电#能够有效减少对煤炭、石油、天然气等资源的消耗，不仅节约了宝贵的化石能源资源#还减少了环境污染。1.3水力资源分布由于我国幅员辽阔，地形与雨量差异较大，因而形成水力资源在地域分布上的不平衡，水力资源分布是西部多、东部少。按照技术可开发装机容量统计，我国西部云、贵、川、渝、陕、甘、宁、青、新、藏、桂、蒙等12个省（自治区、直辖市）水力资源约占全国总量的81.46%，特别是西南地区云、贵、川、渝、藏就占66.70%；其次是中部的黑、吉、晋、豫、鄂、湘、皖、赣等8个省占13.666%；而经济发达!用电负荷集中的东部辽、京、津、冀、鲁、苏、浙、沪、粤、闽、琼等11个省（直辖市）仅占4.88%。我国的经济东部相对发达、西部相对落后，因此西部水力资源开发除了西部电力市场自身需求以外，还要考虑东部市场，实行水电的“西电东送”。我国水力资源富集于金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、乌江、长江上游、南盘江红水河、黄河上游、湘西、闽浙赣、东北、黄河北干流以及怒江等13大水电基地，其总装机容量约占全国技术可开发量的,5.9%。特别是地处西部的金沙江中下游干流总装机规模5858万kw·h，长江上游干流3320万kw，长江上游的支流雅砻江、大渡河以及黄河上游、澜沧江、怒江的装机规模均超过2000万kw，乌江，南盘江红水河的装机规模均超过1000万kw。这些河流水力资源集中，有利于实现流域!梯级!滚动开发#有利于建成大型的水电基地，有利于充分发挥水力资源的规模效益，实施“西电东送”。2水电开发现状及规划2.1水电开发现状建国以来，我国十分重视水电建设。虽然由于历史、资金及体制等因素，水电建设曾出现起伏，呈现波浪式前进的态势，但50多年来水电也获得了可观的发展，为国民经济发展和人民生活水平的提高做出了巨大贡献。建国初期，水电建设主要集中于经济发展及用电增长较快的东部地区，大型水电站不多。20世纪50年代末，开始在黄河干流兴建刘家峡等大型水电站，但仍以东部地区的开发建设为主，西南地区丰富的水力资源尚未得到大规模开发，水电在电力工业中的比重逐步下降。改革开放以来，国家把开发西部地区水力资源提到重要位置，尤其是提出“西电东送”战略以后，西南地区丰富的水力资源逐步得到开发利用。除长江干流上三峡水电站外，在长江重要支流雅砻江、大渡河、乌江上均已建成或正在建设巨型水电站，黄河上游龙羊峡至青铜峡河段、澜沧江、南盘江、红水河均已建成或正在建成一批百万kw以上的骨干水电站。这些河流或河段水力资源的开发，为西部大开发和“西电东送”拉开了序幕。2.22020年水电发展目标党的十六大提出了全面建设小康社会的奋斗目标，要在优化结构和提高效益的基础上，使国内生产总值到2020年力争比2000年翻两番，这是今后相当长时间内全党和全国工作的大局。为实现全面建设小康社会的目标，国民经济必将保持高速增长的态势，电力需求也将持续较快增长。因此，必须按照电力发展规划、“西电东送”的需要、大型河流开发进程、大中型水电项目规划和前期工作深度以及小型水电站合理建设规模等要求，研究制定水电的中长期发展目标。预计到2015年，常规水电装机容量将达到2100万kw，占电力总装机容量的28.6%，开发程度达50%；到2020年，常规水电装机容量将达到,32800万kw，占电力总装机容量的28.5%，开发程度达60%。到2020年，在全国水电发展到,32800万kw规模时，东部地区开发总规模将达到2900万kw，占全国的9%，水力资源基本开发完毕；中部地区总规模为7200万kw，占全国的22%，其开发程度达到90%以上；西部地区总规模为22700万kw，占全国的69%，其开发程度达到51.5%，其中，四川、云南、贵州的水电开发总规模分别为7600万、6280万kw和1830万kw，开发程度分别为63.3%、61.6%和94%。2.32020年至2050年水电开发展望与“藏电外送”至2020年,13大水电基地规划水电工程绝大部分已开工建设,结转2020年至2030年投产容量约4000万kw。从2020年开始，水电开发的主战场逐渐向金沙江、澜沧江和怒江上游转移，从而启动具有战略意义的“藏电外送”工程。西藏自治区河流众多，水力资源丰富。根据全国水力资源复查成果，西藏自治区水力资源理论蕴藏量平均功率20136万kw、年电量17640亿kw·h，技术可开发装机容量11000万kw、年发电量5760亿kw·h。全区水力资源理论蕴藏量占全国的29%，居全国首位，技术可开发量占全国的20.3%，仅次于四川省，居全国第二位。受工作深度的限制，在全国水力资源复查成果经济可开发总量401795MW中，西藏仅计列了835MW，随着水电前期工作的加深和形势的发展、西藏自治区水电开发完全有可能成为2020年后中国水电建设的主战场。2.4抽水蓄能电站规划发展目标根据各电网的负荷特性、电源规划、“西电东送”联网规划，以及抽水蓄能规划设计成果和抽水蓄能电站项目前期工作深度等分析测算，全国在2015年和2020年2个水平年的抽水蓄能装机规模预计将分别达到3400万（扣除供香港60万kw后，下同）和5000万kw。国家电网在2015年和2020年2个水平年的抽水蓄能装机规模将分别达到2800万kw和4000万kw。其中，华东电网分别达到1116万、1516万kw；华北电网将分别达到718万、1008万kw；东北电网将分别达到270万和380万kw；华中电网分别达到579万和829万kw。南方电网在2015年和2020年2个水平年的抽水蓄能装机规模分别达到600万和1010万kw。2020年前，全国抽水蓄能电站开发建设以华东最多，华北及广东省次之，华中、东北又次之。预计到2015年和2020年，全国抽水蓄能电站装机容量占全国总装机容量的比重将分别达到,3.7%和4.4%。321世纪中国水电科学技术发展展望根据上述电力发展规划和“西电东送”的战略目标，我国待开发的水电站主要集中在西部，而西部的水电站建设条件非常复杂，工程规模巨大，因此在水电科学技术方面，我们要开创人类历史先河，攀登水电科技的高峰。从20世纪80年代开始至21世纪初，我国水电科学技术成果丰硕，科技成果转化率高，创新程度也高，特别是新坝型成果的创新已为国内外同行业人士所借鉴。其成果所能覆盖的限度大约是200m左右的高坝，这实际上已经是一个令世人瞩目的高指标。在中国西部规划和建设中的高坝中，不少是在200m到300m之间，有的还超过,300m，建设300m级的高坝，技术难点很多，即使是同一个技术概念，高坝和低坝的内涵也不尽相同。因此，应把200m到300m的高坝作为重心，并围绕这一重心组织力量，精心安排，系统全面地开展科技攻关。3.1水电工程勘察技术方面在水电工程勘察技术方面，形成资料采集、分析整理、成图一体化的工程地质综合分析成套技术。遥感，物探与测试技术的开发和完善，研究应用地球物探进行工程物性指标三维空间判释，建立地质调查--物探测试--实验室一体化的工程地质勘测体系。开展水电工程地质问题分析和决策方法研究，依据水电工程的地质数据特征，分类建立各种地质数据库，应用系统科学和决策学的理论和方法，进行工程地质系统的建立，开发水电工程地质专家分析系统，使工程地质问题的决策由目前的定性为主，过渡到定量为主和科学决策的方法上。开展大型水电工程地质环境问题研究，使水电工程的社会环境效益进一步改善。3.2高坝筑坝技术研究方面在高坝筑坝技术研究方面，形成300m级高拱坝、200m到300m级高堆石坝、200m级碾压混凝土重力坝等配套技术。(1)在300m级高拱坝结构问题方面，以已建高拱坝原型观测资料为基础进行反馈分析，开展高拱坝结构稳定性及抗震安全性，抗滑稳定分析方法及安全系数取值问题研究，提出合理的高拱坝应力控制标准，在保证坝体应力、变形、安全的条件下，进一步优化体形结构。(2)在高水头，大流量的泄洪消能技术方面，主要是优化枢纽布置，研究不同坝型泄水建筑物合理的布置型式及高水头、大单宽流量的泄水建筑物体型，提出过流面平整度控制标准和掺气减蚀措施，解决好消能防冲问题，提高消能效果，控制雾化范围，开发新型抗磨损、抗空蚀材料，开展导流建筑物与永久建筑的结合问题研究，降低工程造价。(3)在大型地下洞室的稳定技术方面，主要研究内容有:①综合分析岩体结构面，地应力、渗压以及施工等因素对大型地下洞室群稳定性的影响，研究围岩整体稳定的仿真计算方法、稳定性判别准则与合理的支护方式，优化防渗排水措施。②研究深埋长隧洞的勘探技术、岩爆规律及有害气体的预报和防范措施。③建立大型地下洞室群专家系统信息库，为设计和施工提供依据。(4)在高边坡稳定技术方面，进一步进行水电工程边坡资料的登录工作，为工程设计和施工提供了重要的参考依据。开发边坡工程地质条件的新型快速勘探技术，提高工程地质勘测精度和水平。开展复杂地质条件下边坡的失稳机理研究，开发和完善适用于不同失稳模式的边坡稳定分析配套软件，尤其是在复杂边界条件下的三维分析软件系统，为分析评价和处理提供依据。进一步研究和探讨边坡加固处理技术，尤其是各种加固处理措施的作用机制和效果，使现有的加固处理方案建立在更为经济合理的基础之上。建立边坡安全监测预警预报系统。(5)在抽水蓄能电站机组运行技术研究方面，开展机组起动方式、工况转换及变频起动装置（SFC）谐波分析和预防措施研究；进一步优化水泵