中国水电新发展与西部水电接续开发

2021-03-12杨泽艳喻葭临

水电与抽水蓄能 2021年1期

杨泽艳，喻葭临

（水电水利规划设计总院，北京市 100120）

1 中国水电发展概述

全球水力资源理论蕴藏量约42万亿kWh，技术可开发量约16万亿kWh[1]。从资源分布情况来看，亚洲和南美洲较为丰富，分别占世界水力资源技术可开发量的50.7%、18.1%。总体来看，经济发达、水资源开发程度较高的欧洲、北美洲以及水力资源较少的大洋洲，其水电开发以更新改造为主。亚洲、非洲、南美洲等发展中国家较多且水力资源丰富的区域，其水电开发总体采取积极发展的战略。

中国幅员辽阔，河流众多、径流丰沛、落差巨大，独特的西藏高原孕育了多条大江大河，水力资源非常丰富，技术可开发装机容量约6.87亿kW[2]，位居世界第一。从区域来看，西南地区水力资源最为丰富，约占技术可开发量的69.3%。从流域来看，水力资源主要富集于西南跨界诸河、金沙江、雅砻江、大渡河、乌江、长江上游、南盘江—红水河、黄河上游、黄河中游、湘西、闽浙赣、东北等主要流域和地区，规划十四个大型水电基地，其总装机容量约占全国技术可开发量的80%。

中国水电开发超过了100年历程，截至2019年底，中国水电总装机容量达到35640万kW（其中，约3000万kW为抽水蓄能装机容量），占全国发电总装机容量的18.5%；全年水电发电量12329亿kWh，占全国发电量的17.6%。水电装机和发电量均稳居世界第一。随着金沙江、大渡河等“十三五”重点工程开工建设[3]，目前在建的常规水电装机容量约为5100万kW。中国水电在装机容量与发电量、设计与施工、设备制造与运行管理等方面实现了全面跨越。

将中国水电装机容量按时间纵轴绘制在一张图中，可划分出中国水电发展的脉络（见图1）。中国水电开发从20世纪初算起大致可分为艰难起步阶段（1904～1949年）、自主创业阶段（1950～1979年）、发力赶超阶段（1980～1999年）和突破发展阶段（2000～2018年）等四个阶段。

图1 中国水电装机容量增长过程图Figure 1 Process chart of hydropower installed capacity growth in China

2 水电发展阶段及主要成就

2.1 主要发展阶段

2.1.1 艰难起步阶段（1949年以前）

这一阶段从20世纪初到新中国成立，时间跨越约50年。这一时期全国水力资源无全面调查资料。旧中国饱受西方列强欺辱和战争创伤，全国水电发展极其缓慢，同时现代筑坝技术引入中国。这一时期中国水电发展可归纳为屈指可数、技术落后、质量欠佳。

典型代表性工程主要有中国大陆第一座水电站——石龙坝水电站，中国最早的大型水电站——丰满水电站，中国共产党及其军队第一座水力发电厂—— 水水电站。中国大陆水电装机容量仅36万kW，年发电量18亿kWh，人均装机和发电量仅为0.0007kW、3.3kWh。

2.1.2 自主创业阶段（1950～1979年）

这一阶段从新中国成立至改革开放初期，时间跨度约30年。苏联撕毁援助协议后，新中国开始自主创业，经历了大跃进、三线建设、文化大革命等历史时期。这一时期中国水电发展可归纳为道路曲折、技术封闭、标准欠缺、体制待善。

代表性工程有50年代第一座百亿立方米水库——新安江水电站，60年代苏联援建、黄河上第一座水电站——三门峡水电站，60年代第一座百万千瓦级电站——刘家峡水电站、“五利俱全”的水利工程——丹江口水电站，70年代第一座百米级土石坝工程——碧口水电站。截至1978年底，中国水电装机容量已达1867万kW，年发电量496亿kWh，人均装机和发电量为0.02kW、51.5kWh，初步奠定了我国水电发展基础，至1980年底，水电装机容量超过2000万kW。这一阶段是台湾水电建设的黄金时期，代表性水电工程——德基水电站。

2.1.3 发力赶超阶段（1980～1999年）

这一阶段从改革开放之初至新世纪之初，时间跨度20多年，经历了改革开放大好时期，水电建设开始制度创新，水电体制改革，业主负责制、工程招投标制、建设监理制、合同管理制等引入水电开发，西电东送工程启动。开启第三次全国水力资源普查。这一时期的特点可归纳为改革开放、引进资金、稳定发展、技术进步、标准完善、制度健全，形成了有中国特色的水电建设技术。

代表性工程主要有80年代亚洲第一大坝——龙羊峡水电站，90年代亚洲第一高坝——二滩水电站、对外开放窗口——鲁布革水电站、万里长江第一坝——葛洲坝水电站，21世纪初借力发展的水电站——小浪底、天生桥一级等水电站。截至2000年底，中国水电装机容量已达7935万kW，年发电量2224亿kWh，人均装机和发电量为0.06kW、175.5kWh，我国水电发展取得长足进步。

2.1.4 突破发展阶段（2000年至今）

这一阶段从新世纪之初至今，时间跨度约20年。随着国家“西部大开发”战略的实施及“西电东送”工程的深化，水电建设进入高速发展阶段。全国水力资源复查并补充完善，查明了中国水电经济可开发量、技术可开发量、理论可开发量。本阶段的特点可归纳为高速发展、技术领先、标准更新、体制完善、走向世界。全国水电装机容量在2004年、2010年和2014年相继突破1亿kW、2亿kW、3亿kW，装机容量和发电量跃居世界第一。

典型工程主要有已建龙滩、小湾、光照、黄登、瀑布沟、水布垭、溪洛渡、锦屏一二级、向家坝、糯扎渡等水电站，以及在建乌东德、白鹤滩、两河口、双江口、托巴、拉哇、叶巴滩等水电站，处于前期设计的水电站有龙盘、金沙江上游梯级、雅鲁藏布江下游梯级等，新建了泰安、惠州等10余座100万kW以上抽水蓄能电站，在建360万kW丰宁抽水蓄能电站，里程碑当属世界最大水电站——三峡水电站。截至2019年，中国水电装机容量3.564亿kW，年发电量13044.5亿kWh，人均装机和发电量为0.25kW、931.7kWh。300m级拱坝、200m级碾压混凝土重力坝、250m级混凝土面板堆石坝、300m级土心墙堆石坝、100m级碾压混凝土拱坝、高水头大泄量、巨型地下洞室群、大容量多级船闸、超高边坡处理等建设水平均达到世界先进水平。

2.2 领先技术[4]

（1）300m级高混凝土拱坝设计施工成套技术。

锦屏一级（坝高305m，世界第一）、小湾（坝高294.5m，世界第二）、溪洛渡（坝高285.5m，世界第三）和在建的白鹤滩（坝高289m）、乌东德（坝高270m）大坝，一批高拱坝代表着世界高拱坝技术的最高水平。

（2）200m级高碾压混凝土重力坝设计施工成套技术。

黄登（坝高203m）、光照（坝高200.5m）和龙滩一期（坝高192m、二期拟建216.5m）大坝，处于当今世界碾压混凝土坝筑坝技术的前列。

（3）250m级高混凝土面板堆石坝设计施工成套技术。

在建大石峡（251m）、拉哇（245m），已建水布垭（233m，已建世界第一）、猴子岩（223.5m）、江坪河（219m）大坝，代表着世界面板堆石坝技术的最高水平。

（4）300m级高土心墙堆石坝设计施工成套技术[6]。

已建糯扎渡（261.5m，亚洲第一、世界第三），在建双江口（314m，世界第一）、两河口（295m）大坝，处于世界高土心墙堆石坝技术的最高水平前列。

（5）高水头大流量泄洪消能技术。

已建三峡泄洪功率9800万kW（泄洪功率排名世界第一）、溪洛渡泄洪功率9500万kW、在建白鹤滩泄洪功率8200万kW，均代表着泄洪消能领域世界最高水平。

（6）复杂巨型地下洞室群设计施工成套技术。

地下厂房开挖空间白鹤滩左、右岸分别为247万m3和239m3、最大跨度34m，溪洛渡左、右岸分别为204万m3和205万m3，代表了世界巨型地下厂房洞室群最高水平。锦屏二级水电站长16.7km、埋深2525m的引水隧洞，代表高埋深、高地应力、大突涌水的水电站引水隧洞最高水平。

（7）高土石坝复杂地基处理设计施工成套技术。

已建长河坝高240m土心墙堆石坝（覆盖层深79m，深厚覆盖上世界第一高坝）、瀑布沟高180m土心墙堆石（覆盖层深75m）、冶勒高124.5m沥青心墙堆石坝（覆盖层深超过420m），在建阿尔塔什高164.8m混凝土面板堆石坝（覆盖层深94m）等，代表了世界上大坝复杂地基处理的最高水平（最高坝和最深地基）。

（8）大型高陡边坡加固处理技术。

小湾670m、两河口684m、锦屏一级530m、龙滩420m、乌东德和白鹤滩坝肩等高边坡，代表世界高边坡处理最高水平。

（9）高坝通航技术。

三峡双线5级船闸，三峡和向家坝齿轮齿条爬升式升船机，构皮滩多级升船机，景洪水力式升船机均代表世界高坝通航建筑物的最高水平。

（10）大容量水轮发电机组制造安装技术。

白鹤滩100万kW（在建单机世界最大）、溪洛渡70万kW（最大77万kW）、向家坝75万～80万kW等，均代表世界巨型水轮机制造安装最高水平。

（11）巨型水电工程施工技术。

巨型水电站导截流、大坝碾压质量数字监控，无人驾驶碾压，拱坝智能温控，下闸蓄水等多目标管理技术，代表水电施工技术世界先进水平。

（12）完备的技术监管体系和标准体系。

工程前期、工程建设期、工程运行期设计、施工、运维等法律法规、规程规范、管理办法等管理体系不断建全，形成了完备的技术监管和标准体系，在保障我国防洪安全、供水安全、电力供应和节能减排等方面发挥了重要作用。

2.3 中国水电之最[7]

世界装机规模最大的水电站——三峡水电站总装机容量2250万kW。已建广州、惠州等抽水蓄能电站装机容量240万kW，在建装机容量世界第一的抽水蓄能电站——丰宁抽水蓄能电站360万kW。

世界最高的坝——锦屏一级水电站拱坝高305m。世界最高的混凝土面板堆石坝——水布垭坝高233m。中国和亚洲已建第一、世界已建第三的土心墙堆石坝——糯扎渡水电站大坝高261.5m。世界深厚覆盖层上最高土石坝——长河坝土心墙堆石坝高240m。

世界泄量最大的泄水建筑物——葛洲坝枢纽工程，最大泄洪流量11万m3/s。泄洪功率最大的泄水工程——三峡枢纽工程，泄洪功率约9800万kW。世界最大的地下发电厂房——白鹤滩地下厂房，开挖跨度达34m，最大开挖空间达247万m3。世界最深的防渗墙——大河沿水库防渗墙深186.15m。

世界最高的水电工程边坡——小湾坝肩边坡、两河口进水口边坡均达700m级。已建向家坝，最大机组80万kW，在建白鹤滩，最大机组100万kW。紫坪铺面板堆石坝、沙牌碾压混凝土拱坝，汶川地震中经受了8级以上特大地震的考验等。

2.4 中国水电智慧走向世界

拥有全产业链竞争优势与国际市场磨炼经验的中国水电产业，已逐步成为引领和推动世界水电发展的巨大力量。目前国外主要的大型水电工程均由中国水电企业承担开发建设。中国水电技术和装备全面实现“走出去”，服务国家外交战略，是国家全面实施“一带一路”发展战略的重要方式。为解决发展中国家经济社会发展中面临的“水问题”，贡献了中国智慧和中国力量，实现了共同发展、合作共赢、惠及民生。

2.5 需关注的问题

多年的工程建设经验表明，工程建设中重视不够容易导致工程质量问题。各类高坝工程建设或多或少暴露了抗滑稳定、渗透稳定、变形稳定、耐久稳定需重视的问题。超高坝高速水流掺气、振动问题突出，泄洪设施冲蚀破坏还比较多见。引水发电系统设计和施工质量也有需要提高之处。地震、泥石流或滑坡等地质灾害时有发生。

3 西部水电接续开发

3.1 发展新机遇

水力资源作为最具开发价值、最具规模效益、技术最为成熟的可再生能源资源，开发利用水力资源是中国未来能源发展的重点之一。为应对全球气候变化、实现节能减排目标，需要大力开发水电等清洁可再生能源。但近年水电装机容量增长幅度不超过2%，中国水电已经历高速发展期，未来必将向高质量发展阶段转变。

目前水电发展“十三五”规划已经收官，水电发展“十四五”规划正在加紧制定。可以肯定的是“十四五”水电发展规划中常规水电站的重心将是“西电东送”工程的接续开发，重心进一步向西部转移，在金沙江、澜沧江、雅砻江、大渡河、黄河上游等西部大江大河上还有多座在建和拟建的大型和巨型水电站工程。可以展望，2030年四川、云南两省水电开发规模均达到1.0亿kW以上，全国水电装机容量将达4.2亿kW以上，2050年西藏水电规模也将突破1.0亿kW以上，全国水电装机容量将达5亿kW以上。

雅鲁藏布江下游水电开发，作为水电开发的最高峰，将纳入“十四五”规划。随着“一带一路”倡议的推进，中国将更多地参与国际水力资源开发，其中也包括许多在建或拟建的大型水电工程。随着水电发展“十四五”规划的制定、实施，水电中长期发展规划的调整，中国水电必将迎来发展新机遇。

3.2 建设新挑战

未来大多数水电工程处于我国西部深山峡谷区，自然条件更加恶劣，工程技术将面临更大挑战，生态环境更加脆弱，工程移民更加困难。

自然条件方面，面临高海拔、恶劣气候条件、高地震烈度、大规模泥石流、特深覆盖层、高陡边坡、基础设施条件差，对外交通困难，负荷中心远等不利条件。

工程技术方面，筑坝材料抗冰冻和耐久性问题突出、施工质量控制难度大、水工建筑物地震破坏机理研究和数值分析精确模拟的需求更加迫切、恶劣条件下大坝运行管理和维修加固的技术难题和矛盾愈加显现，送出工程建设难度和投资进一步增加等必须直面。同时也面临高寒缺氧环境下人力资源短缺、高海拔条件下设计标准制订等问题。

生态环境方面，高海拔地区生态系统极其脆弱，环境承载力低；高原永久冻土层若融化将使地表水下渗，导致生态灾难；海拔3700m以上高寒植被恢复和再造困难，水土失衡诱发绿洲萎缩、特种稀少植被再生难度大；河道断流土地荒漠化等问题。

工程移民方面，面临人地矛盾突出，传统安置方式难以满足移民安稳致富要求；少数民族聚集、生计模式、社会结构特殊，宗教文化复杂；地方经济基础薄弱，地方政府对水电开发促进经济发展寄予厚望等难题。

3.3 应对措施

3.3.1 完成重点工作

全面开展包括西藏水能资源调查在内的水能资源评价，完成剩余河流规划；实现梯级联合优化调度；开展流域水电综合监测；加强水电工程安全风险防控技术研究。

3.3.2 深化科技创新研究与应用

面对西北水电开发的新机遇和新挑战，中国水电还要提升工程安全质量理念，提高工程技术水平。深化特深覆盖层上土石坝适应性，特深覆盖层地基加强处理技术，特长超大埋深引水隧洞勘察设计及施工技术，无人驾驶碾压技术，机械化施工技术，智能控制技术，基于“互联网+”的智能建造与运行管理技术等科技创新研究与应用。

3.3.3 强化生态环境保护研究

在新时期生态文明建设方针的指引下，我国西部水电开发应按照“全面规划、综合利用、保护环境、讲求效益、统筹兼顾”的规划原则，以及“生态优先、统筹考虑、适度开发、确保底线、绿色发展”的环境保护要求，协调水电建设与生态环境保护关系，统筹流域环境保护工作，严格落实生态流量泄放、下泄水温调控、栖息地保护与修复、过鱼设施建设与增殖放流等生态环境保护措施，积极发挥水电在我国能源电力结构调整、温室气体减排、气候环境改善、经济社会发展中的重要作用。

3.3.4 重视解决水库移民深层次问题

完善政策法规、依法依规、利益共享机制。结合民族、宗教等文化习惯和特点，做好移民安置规划。以人为本，充分考虑移民合理诉求，安排好移民生产生活，帮助移民脱贫致富。