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水利工程论文-水电在可持续发展中的作用（3）摘要：水电是利用水的落差所产生的电能，发电过程简单。实际上，按照电力服务要求以及特定的站址情况，水力发电过程具有许多不同的用途。相应的，水电项目种类繁多，每一个水电项目将提供不同种类的服务，产生不同的环境和社会影响，以及取得不同性质和幅度的效益。因此，必须对每一个水电项目所提供的有关服务进行评估。在提供社会相同服务的基础上，必须对供电项目进行比较。关键词：水电可持续发展作用7.5消除差距：附属服务和峰电6.4节讨论过，不同的发电方式提供的服务程度是一个电力系统稳定性和灵活性的一个非常重要方面。7.5.1水电为电网提供了不同寻常的服务一般而言，带水库的大型水电站的大坝给一个电力系统带来独特的益处。首先，在负荷需求较小的时段，大量的能量可以储存在水库里，当需求增大时，所储存的能量可以立即投入使用。因此，水电峰荷能源允许用于对其它不易调节的电站，如核电和火电的基荷发电进行优化。其次，其迅速的反应能迅速满足能源需求的突然波动。这些是水电的附加优势，为许多整体优点的一部分，表13对这些优势进行了列举。其它任何电力生产系统都不能提供与之相比的服务。表13水电提供给电力系统的附属服务旋转（同步）备用接入电力系统时，能够空载以零负荷启动运行。当负荷增加时，更多的电力将输送到系统以满足需要。水电能提供这种电力服务而不用消耗燃料，因此保证了最少的有害物排放。非旋转备用能够使非并网能源进入电力系统。其它能源也可以提供旋转备用，但水电的快速启动能力是不可比拟的，与其它的30分钟启动和热电几小时的启动相比，它仅仅需要几分钟，为火电站的启动和关闭节约了费用，同时，使火电站的运行更加稳定（燃料节约、延长运行寿命）。调节和频率响应能够满足电力系统中时时波动的要求。当系统不能正确响应负荷变化时，其频率变化不仅将导致电力损失，而且将对系统连接的设备造成潜在的危害，特别是计算机系统。水电迅速响应的特点尤其利于通过迅速的负荷跟踪，满足大负荷变化幅度（坡降率）。电压支持能够控制无功功率，因此保证电力从发电端流向负荷端。黑启动能力不需要外来电力，能够启动发电。此项服务允许系统运行人员为需要几小时甚至几天来重新启动的更为复杂的发电系统提供附属电力。具有水力发电的系统比那些独立的火力发电系统能更快地重新投入运行。当其它可再生能源的输出经常中断，同时其它基荷方案，如核能设备和火电设备，缺乏灵活时，水电具有明显的优势。当其它可再生能源的比重增加时，给电网带来的服务变得越来越有用。良好的灵活性是水电主要特征之一。水力发电机组能在几十秒钟内启动和停机。这种突出的灵活性是其它发电系统所不能比拟的一个显著优势。因此，许多水电站都被用于峰荷发电和频率控制，因为水电站能够迅速改变其输出以适应波动的电力需求。7.5.2抽水蓄能电站的作用抽水蓄能电站是一个特殊类型的水电项目，特别适合于电力需求的峰荷调节。抽水蓄能电站的工作原理就像一个大型的蓄电池，按照电力的需求进行充电和放电。在负荷需求较低期间，如清晨，常规电站发出的多余电能可用来将下水库的水抽到上水库。峰荷期间，放出上库水，通过水轮机发出电能。这种将抽水蓄能设备和其它发电形式结合，通过对基荷电站更有效地利用，大大节约了生产成本。抽水蓄能设备具有以下一些显著特点：与常规水电站相比，利用小型水库能够取得相对较大的电力输出；重复利用水库中储存的水力资源而不必需要大的天然来水量；常规水电站只能用于发电，然而当系统能源过剩时，抽水蓄能电站能够吸收多余的电力。抽水蓄能电站比常规水电站具备更强的平荷能力。前两个特点意味着，抽水蓄能电站的建造在很大程度上不受水文和地形条件的限制，同时对周围生态系统的影响比大容量的常规水电站要小得多。这些特点使抽水蓄能电站为电网的运行提供了良好的辅助服务。在放宽监管的市场上，系统的可靠性和电力质量（频率和电压稳定）是一个主要的问题。由于抽水蓄能是一个能有效改善附属服务的方法，如今在不断放宽监管的电力市场上为大力改善电力系统的稳定发挥着重要的作用。抽水蓄能电站提供的附属服务包括：由于其快速的负荷跟踪运行能力，可进行频率控制；其负荷平衡功能能使大型火电站和核电站以常规输出运行；可储能运行以满足电力需求和系统故障的突然变化；其备用容量以备其它电站或系统的意外故障使用。常规水电站也能提供频率控制。然而，当系统中发电机的输出过剩，为平衡负荷需要容量来吸收多余的电能。通过吸收这些多余的电能，即使负荷需求很低，抽水蓄能电站也能使大容量的火电站或核电站高效率地以最优输出工况运行。这就有利于减少火电站产生的温室废气的排放。除了平衡负荷，抽水蓄能电站在峰荷之外能将风力和潮汐发电设备发出的低价值电能转换成更有用的能源，为峰荷期间利用。因此有利于联合发电系统效率的全面改善。抽水蓄能电站作为备用发电机的作用对于促进指定电力系统的稳定是非常重要的，而且，从环保的角度看，利于减少温室废气的排放，这是很有价值的。实际上，抽水蓄能在能源再生产过程中的循环效率大致为7075%，并且使人误认为抽水蓄能会增加温室废气排放。然而，系统中若没有抽水蓄能电站，许多火电站运行时要将其部分负荷作为备用电力来应付电力需求的意外增加，或者系统故障造成的发电量的突然损失。这样，其备用运行迫使火电站以更低的效率运行，导致燃料消耗的增加和温室废气的排放。如果在电力系统中增加抽水蓄能，火电站的备用运行就不再需要。因此，抽水蓄能有利于减少系统中温室废气的排放。英国开展的最近一次研究显示，迪诺维格抽水蓄能电站（6台330MW机组）的运行每年减少了7,13616,177吨二氧化硫SO2的排放（占所有英国电站的0.451%），使氮氧化物NOX的排放量减少了1231,264吨（占全部电站的0.020.25%）。因此，抽水蓄能的作用不仅体现在促进电力系统的稳定，而且还消除了以火力发电为主的电力系统中的副作用。与所有其它水电一样，抽水蓄能电站促进了对能源部门更持续性的管理。7.6小水电：农村电气化的特定需要在将大电网延伸至边远农村地区不可行的地方，分散的水电大大改善了偏远地区人们的经济状况。一些可再生能源技术，例如小型和微型水电站，可以取代扩建电网或者孤立的柴油发电的微型电网，为农村地区提供廉价的能源。而且，即使大电网最终发展到偏远地区，建成的小水电站一般也不会成为让人遗憾的选择，可以简单地把它接入中央电网。事实上，对水电项目的总投资以及收益的最基本影响不是项目的规模，而是电站站址的特定情况。对小水电相对优势的实际了解导致了全世界成千上万小型水坝的建设。例如，在亚洲，小水电装机非常广泛，小水电资源进一步开发的潜力巨大。越南小水电（容量小于10MW）的装机容量达61,400kW，开发潜力大约为1,800MW。已经确定了装机容量为1kW-10kW范围内的3000个微水电站址。这些站址将用于满足灌排需要，同时为两百万家庭输送电力。在越南，由于联网耗费巨大，许多地区还没有并入电网。在这些地方，单个的家庭利用微水电机组发电进行照明和电池充电（用于电视和照明）。据估计，在越南安装了3,000多套容量为1kW或者更小的家庭用途的微水电机组。利用微水电资源的其它亚洲国家包括老挝、孟加拉国、菲律宾、巴布亚新几内亚和印度尼西亚。1998年，印尼政府宣布着手利用小型和微型水电方案来完成18,600村庄的电气化建设。在非洲也有小水电项目。几内亚共和国已经对150个微水电（2MW）和小水电站址进行了论证；尼日利亚计划开发236个不同的项目，容量总计700MW。在非洲的部分地区，如马拉维、埃塞俄比亚、坦桑尼亚或者乌干达，地形和水文条件也都利于中小水电站的开发。在地质稳定、无脆弱生物群、水头较高的小型河段，同时水电开发又得到当地居民的大力支持，能够选出技术上、环境上以及经济上可行的站址进行水电开发。具备所有这些优势的小水电站址的比例是比较小的，而且，个体而言，单个被选出的站址不能产生较大的电能。但是待选站址的数量巨大。在经济规模方面失去的优势能够由大量前景较好的站址来进行部分补偿。小水电开发成功与否，取决于其在正确选择站址方面的优势。然而，仅仅根据容量的大小来决定小水电项目的投资建设是不可取的；必须考虑到所有的因素。而且，发展中国家在按照要求对几百个小水电项目开展研究时，可能会受到体制上的限制或者缺乏技术专家，然而从体制方面而言，对一个大型项目进行开发将会比较容易。7.7水电：可再生能源网中的支柱作用作为所有可再生能源的先驱，水电，通过其服务的灵活性和可靠性，当间断的风能和太阳能可再生能源设施不能进行发电时，为电网的稳定提供了大量的电力补偿。水电站及其所属水库将成为多功能的在能源、电力和收益方面的调节者：-带水库运行的水电站作为其他可再生能源的能源调节者。当风力、太阳能以及径流式电站设备不能提供能源服务时，带水库运行的水电站能够减少自己的能源输出，从而在水库里储存更多的水。相反的，当风力、太阳辐射及河流流量减弱或断绝时，水电站将利用这些储存的水以增加电力输出。在以小时、周、年或者年际计算的基础上，水电向其他可再生能源提供这些替代能源服务。-带水库运行的水电站作为其他可再生能源的电力调节者。其他可再生能源的瞬时电力输出是不稳定的，容易受需求影响而产生波动。同样的，由于带水库运行的水电站能利用其迅速反应功能满足电力需求的快速波动，它将利用这种快速反应特点来满足（并校正）其他可再生能源电力输出中的瞬时波动。因此，它将给其他可再生能源提供所有辅助服务，详见表13。-带水库运行的水电站作为其他可再生能源的收益调节者。带水库运行的电站并不会由于向其他可再生能源提供服务而受到任何负面影响，这是因为，例如水库的年平均深度，不会在风力、太阳光变化的情况下，受小时、天或周的波动而显