长江上游大型水电站群联合调度发展战略研究

1、长江上游大型水电站群联合调度发展战略研究摘要： 长江上游水能资源丰富，是我国重要的水电开发基地。干支流已建和在建的大 型梯级水电站群规模庞大，其联合调度将对我国能源安全和绿色能源发展具有重要战略意 义。针对长江上游大型水电站开发建设和运行管理现状及当前面临的挑战， 借鉴国内外梯级 水电站运行调度经验， 从联合调度系统建设、 运行和管理等层面， 探讨长江上游大型水电站 群联合调度的发展思路、阶段目标和主要任务，并提出需要解决的管理科学问题。关键词： 长江上游 ; 大型梯级水电站 ; 联合调度 ; 发展战略 ; 水能资源优化中图分类号： TV882.2+TV737 文献标识码： A 文章编号： 1

2、000-1123(2011)04-0024-05一、长江上游水电开发及联合调度需求1. 水电开发概况长江上游水能资源丰富， 干支流梯级水电开发规模庞大， 在长江流域乃至我国经济社会 发展中，占据着重要的战略地位。宜昌以上的长江上游地区技术可开发装机容量为 24.4 万 MW，占长江全流域技术可开发量的87%约占全国的40%按照长江流域综合利用规划，长江上游规划建设的装机容量300 MW以上的大型水电站有 80余座，总装机容量超过17万MW;1 000 MW以上的水电站有 48座，总装机容量超过 15万MW在我国规划的 13 大水电基地中有 5 个处在长江上游地区， 分别是金沙江水电基地、 雅

3、砻江水电基地、 大渡河水电基地、 乌江水电基地和长江上游水电基地。 随着近期一大批大型 水电站开工建设，尤其是 2009 年年底三峡工程建成发电，以三峡工程为骨干的长江上游干 支流梯级水电站群已初具规模。据不完全统计，截至 2009 年年底，在长江上游地区，已建 成的大型水电站总装机容量3.8万MW年均发电量超过 1 700亿kWh且近期该地区正处于水电大规模开发建设阶段， 在建的预计 2020 年前能完成的大型水电站总装机容量更是高 达8.8万MW主要集中在金沙江中下游、雅砻江和大渡河，相应年均发电总量将增加3 800亿kWh另外，预计在 2021 2030年期间，在金沙江上游、雅砻江和大渡

4、河上，还将有装 机容量达到3万MW的大型水电站群建成。届时长江上游地区大型梯级水电站总装机容量将达到15.6万MW年均发电总量将超过7 200亿kWh2. 运行管理现状及当前面临的主要问题 水库运行管理分散、 缺乏流域管理和区域统筹。 长江上游水库涉及众多运行管理单位和不同利益主体， 目前各水库和水电站的运行调度基本上是各自为政。 由于水库群没有统一 调度管理，带来一些不利影响，表现为：汛前各水库争相放水，不仅产生了大量弃水，且导 致长江上游汛期整体提前 ; 汛后上游水库争相蓄水， 不仅造成下游水库蓄水困难， 且导致长江下游枯水期提前。 各水库运行之间缺乏有效协调和协作。在水库群管理中， 需要

5、协调单个水库调度目标与流域调度目标的矛盾、 电调与水调的矛盾、 日常调度与应急调度矛盾、 生活用水与生态用 水的矛盾、 上中下游水库不同地区及不同部门间的利益协调。 协调机制是水库群联合运行成 功与否的关键制约因素， 而目前缺乏适用的管理体制、协调机制， 以及管理办法、 法律保障和补偿政策措施，这也是目前尚难以实现水库群联合调度的一个重要的障碍条件。水库运行调度过多注重经济和社会效益， 缺乏对生态环境的考虑， 不利于河流生态健 康和可持续发展。目前，长江上游修建的水库多依据 1990 年国务院批准的长江流域综合 利用规划。该规划是长江全流域治理和开发规划，统筹协调了航运、水电、渔业、林业、 能

6、源、交通等诸多部门。 但总体来看， 该规划是以开发为主， 着重以工程手段解决区域防洪、 灌溉、发电和航运问题，对生态环境保护较少考虑。当前， 长江上游梯级水能资源开发及水电站运行，需要正确认识和谨慎处理好的主要问题包括： 需要重视水能资源开发引起的生态环境影响问题， 寻求包括调整调度方式在内的各 种工程和非工程措施， 以减轻或消除水电工程建设和运行的不利影响， 以维护河流健康和生 态安全 ; 需要协调好干支流和上下游的梯级水力联系，以及水能和水资源的优化配置问题， 寻求包括梯级水电站群联合调度在内的各种优化手段，以提高水能资源利用效率; 需要统筹好地区间经济社会的协调发展， 以及移民安稳致富问

7、题， 寻求包括加强流域综合管理在内的 各种管理措施，以水资源可持续综合利用来支撑区域经济社会的可持续发展 ; 需要衡量好发 电效益与防洪风险之间的关系， 寻求包括库容补偿调度方式在内的各种措施， 兴利除害， 以 确保水电站和水库的安全高效运行 ; 需要处理好水调与电调之间的矛盾，寻求水文补偿与电 力补偿相互配合的最佳途径，以提高电网供电能力和质量 ; 需要应对全球气候变暖和人类活 动增强等变化条件引起的极端水文事件。3. 联合调度的战略需求 分布于长江上游的大型水电站，多形成上下游或干支流相关联（ 串联、并联、串并联 ）的梯级水库群落格局， 它们之间水力联系紧密。 上游水电站调度引起的径流过程

8、变化， 对下 游水电站运行和功效发挥有着直接影响 ; 支流水电站调度对下游干流水电站也有着明显影 响。因此梯级水电站实施联合调度， 是它们自然水力联系属性的必然之举， 对优化水资源配 置、提高发电效益、增强生活生产生态用水保证等诸多方面都有益处。实施联合调度是优化水能资源配置、 促进绿色能源发展的重要保障之一。 长江上游水 电资源丰富， 水电开发规模庞大， 大型水电站群分布集中， 在我国水能资源开发利用中占有 举足轻重的地位。若各梯级水电站单独运行，不从流域整体考虑，容易导致水能资源浪费。 实施联合调度， 优化水能资源配置， 能有效增加水电产出。 若以当前长江上游已建大型水电 站的年均1 70

9、0亿kWh发电规模计算，实施联合调度，每年可增发电量 50亿170亿kWh, 相当于新建了一座大型水电站 ; 若以 2030 年该地区年均 7 200 亿 kWh 发电规模计算，联 合调度后每年可增发电量 220 亿 720 亿 kWh。实施联合调度是提高长江防洪安全保障、 减轻中下游防洪压力的重要手段之一。 长江 上游是长江洪水的主要来源区， 洪水经川江汇流后从宜昌奔流而出， 给中下游防洪带来巨大 的压力。按照长江防洪规划，以三峡工程为骨干的长江上游干流大型梯级水库，也是长 江防洪体系的重要组成部分。 实施联合调度， 利用各梯级水库调节性能的不同， 相互配合调 蓄洪水，进行削峰、 错峰， 可

10、有效提高流域整体防洪能力， 对保障水库自身及长江上游地区 的防洪安全和减轻中下游的防洪压力都是有利的。实施联合调度是保障长江流域水资源供给安全、 应对气候变化的重要对策之一。 通过 水库群联合调度， 充分利用梯级水库之间的库容补偿， 可将更多的洪水留存下来， 以提高枯 水季节的水资源供给能力， 保障居民生活和工农业生产用水的基本安全。 尤其是近些年受气 候变化等因素影响， 长江径流偏枯， 局部地区出现干旱灾害， 联合调度还可提高干旱年份和 季节的用水保障。尤其是在特枯年份，水库群联调是满足应急供水的减灾措施之一。实施联合调度是维护河流健康、 减轻工程负面影响的有效途径之一。 水库建成运行后，

11、由于人为蓄水和放水，改变了河流的水文、水力学特性， 影响其物理化学性质，进而对坝下 河流生态环境造成影响。 目前国内水库调度规程及其运行方式， 原则上重点考虑防洪、 发电、 供水等经济效益和社会安全， 而忽略了河流自身的生态安全与水环境需求， 导致建坝后出现 了生态系统完整性遭到破坏、 生物多样性退化等问题。 已有实践表明， 通过水库群联合调度， 虽然不能完全消除大坝对河流的物理阻断效应，但可以通过模拟自然水文情势 , 为河流重要 生物产卵、 繁殖和生长创造适宜的水文水力条件。 这样在获取经济效益的同时， 可以减轻工 程建设对河流生态的负面效应，甚至补偿和修复下游河流生态。实施联合调度是增强西

12、南电网供电能力和质量、保障“西电东送”的重要举措之一。 作为“西电东送”通道的重要电源点之一， 长江上游水电站群以其巨大的供电能力、 跨地区、 跨电网的显著特点， 可在更大范围内实现电力资源调配。 实施联合调度后， 各水电站之间相 互配合， 充分利用库容来调蓄径流， 在不增加水电站运行成本的前提下， 可同时增强水调和 电调系统稳定的适应能力。 不仅可以发挥系统整体优势， 更好地促进电调与水调的统一协调 , 减轻电网调度任务 ; 而且还可根据电力市场需求， 合理调配水电资源， 增加水电效益。 尤其 是在少水年份或干支流来水不均衡的情况下，联合调度能提高供电保障。二、长江上游大型水电站联合调度发展

13、战略1. 联合调度发展总体思路和目标 总体思路： 结合长江上游水电开发进程和运行管理现状， 本着统筹规划、 因地制宜、 突出重点、分步实施和协调推进的原则，采取市场引导和行政协调相结合等方式，分阶段、 分区域逐步完善系统建设。 通过运用先进的系统调度理论方法、 调控技术、 管理体制和协调 机制，统筹发电、防洪、供水、航运和生态环境保护等多目标需求之间关系，确保联合调度系统的科学合理、高效安全、依法有序运行。 发展目标： 按照国家优先发展水电等可再生能源要求，计划在2020 年前，逐步开展由67个骨干梯级调度分中心组成的联合调度运行。在2030年前，建成涵盖整个长江上游的大型梯级水电站群联合调度

14、集控枢纽中心， 在现代化流域统一管理体制下， 全面实现 流域内的水文补偿、 库容补偿和电力补偿等联合统一调度。 通过系统优化和跨地区、 跨行业 协调，充分发挥梯级水电站群拥有的巨大调节作用和梯级补偿效益，提高水能资源利用效率，改善水电输出质量， 增强电网调峰、 调频和事故备用等安全运行能力， 以梯级水电站群的高 效运行，促进国家能源安全战略的顺利实施。 统筹考虑兴利与除害，在保障生活、 生产和生 态用水安全的同时， 削弱对长江中下游地区的洪水威胁， 改善长江航运条件， 维持河流健康和保护生态环境，促进流域可持续协调发展。按照长江上游水电开发规划， 目前金沙江中下游干流是水电开发的重点地区，水电

15、装机规模庞大。 预计到 2020 年，三峡梯级与金沙江中下游梯级的装机总容量之和将达到 8.4 万 MW将占到整个长江上游规划的大型水电站总装机容量的一半左右。因此三峡梯级与金沙江中下游梯级的联合调度作业将是战略重点。2. 联合调度系统建设主要任务和阶段目标联合调度系统建设， 指的是梯级水电站群联合调度作业所需要的硬件保障条件， 包括梯 级分调度中心基础建设、 联合调度枢纽 (或称集控中心 ) 基础建设，以及测报、 调控、网络通 信、信息平台等保障硬件的建设。(1) 主要任务本着“以点带面， 逐步完善”的原则， 以干流及各支流大型梯级水电站为骨干， 依据其 水力联系、 群落布局、地区关系、投资

16、开发主体等特点， 逐步建成以各水系或区域梯级分调 度中心为支撑的联合调度枢纽中心。其中三峡梯级调度中心和乌江梯级调度中心已于2008年建成运行， 以二滩水电站为骨干的雅砻江梯级调度中心正在建设之中， 大渡河梯级调度中 心也正在筹建运行。系统建设的具体内容包括：水雨工情等自动测报网络系统组建；信息共享平台和通讯保障系统组建；自动化调控系统组建，包括各梯级水电站的水调自动化 控制系统、各变电站的电调自动化控制系统等 ； 各梯级分调度中心和联合调度枢纽中心的 基础设施建设。(2) 阶段目标 近期目标 (2011 2015 年)：针对正在开发建设的梯级水电站，筹建金沙江中游和下 游梯级调度中心，完成三

17、峡梯级、乌江梯级、 雅砻江梯级和大渡河梯级的调度中心建设。具 体内容： 各梯级调度中心水情测报系统、 自动调控系统、 通信保障系统。 阶段目标： 2015 年 前初步建成67个区域性的梯级调度中心，初步建成三峡梯级、乌江梯级以及向家坝和 溪洛渡等大型水电站组成的联合调度系统， 为大型梯级水电站联合调度作业提供基本的硬件保障。 中期目标 (2016 2020 年)：继续扩大联合调度规模，将后续新建的大型水电站逐步纳入分属的区域分调度中心，尤其是金沙江中下游、雅砻江和大渡河上新建的大型水电站。 具体内容：联合调度网络信息共享平台、联合调度枢纽中心基础建设。阶段目标：2020 年前完成 67 个区域

18、分调度中心建设，基本建成联合调度枢纽中心 ( 集控中心 ) ，为三峡梯级 与金沙江中下游梯级、 雅砻江梯级、 大渡河梯级及乌江梯级的联合调度作业提供必备的硬件条件。 远期目标 (2021 2030 年) ：继续完善长江上游大型水电站群联合调度枢纽中心建设， 在组建金沙江上游梯级调度中心的同时， 将金沙江上游梯级、 岷沱江梯级、 嘉陵江梯级逐步 纳入联合调度系统。 具体内容： 联合调度枢纽中心系统集控、 联合调度网络保障系统。 阶段 目标： 2030 年前建成较为完善的长江上游大型水电站群联合调度集控中心，为全面实现长江上游大型梯级水电站群的联合调度作业提供良好的运行保障。3. 联合调度系统运行

19、主要任务和阶段目标联合调度系统运行， 指的是联合调度作业所需要的软件保障条件， 包括建立联合调度模 型，明确联合调度计划，制定联合调度方案，以及联合调度运行所需要的各种保障技术。(1) 主要任务本着“区域全局”两级运行模式， 首先建立联合调度系统多目标优化模型， 在模型计 算和仿真模拟的基础上， 确定各大型水电站在水调和电调系统中的功能定位， 制定各梯级水 库的水文补偿、 库容补偿和电力补偿等中长期调度计划、 调度规程以及相应调度作业图， 明 确各梯级的调度计划、发电任务、蓄泄水时序、库容分配方案、电网调峰方案 ; 制定各种特 殊条件下的应急调度预案， 包括汛期防洪联合调度预案、 枯水期供水和

20、航运等联合调度预案 ; 并根据河流生态管理目标的要求， 制定兼顾生态保护和恢复的水库调度技术方案和联合调度 模式。 系统运行的主要内容包括： 联合调度系统多目标优化模型， 联合调度系统仿真模 拟平台，联合调度运行控制平台，各梯级的水文补偿、库容补偿和电力补偿调度计划， 各梯级的水电和电调日常调度规程和方案， 各种特殊条件下的应急调度预案， 兼顾生 态保护和恢复的联合调度方案等。(2) 阶段目标20112015 年为系统运行的尝试阶段，以现有的三峡梯级、乌江梯级和即将建成的向 家坝和溪洛渡水电站为例， 构建多目标的联合优化调度模型， 重点研究制定联合调度模式和 生态调度方案， 解决防洪库容分配和

21、水库蓄泄次序等技术问题。 阶段目标是制定三峡梯级与 向家坝和溪洛渡的联合调度方案，实现三峡梯级与向家坝等大型水电站的区域联合调度作 业。20162020 年是系统运行的重点发展阶段，在这个阶段，金沙江中下游梯级已基本建 成，雅砻江梯级和大渡河梯级也逐步形成。 本阶段将进一步完善梯级水电站联合调度多目标 优化模型， 并参照三峡梯级与向家坝联合调度模式， 重点研究制定三峡梯级与金沙江中下游 梯级、 雅砻江梯级、 大渡河梯级等的联合调度模式。 阶段目标是初步实现长江上游地区大型 梯级水电站群联合调度系统的多目标“全局”优化运行作业。20212030 年是系统运行的完善阶段，在这个阶段，长江上游规划的

22、大型梯级水电站 大部分都已建成， 这为整个长江上游梯级水电站群的联合调度奠定了物质基础，与此同时联合调度所需要的硬件系统建设也已具备。 本阶段将建立整个长江上游地区大型水电站群联合 调度仿真模拟平台， 联合调度运行业务平台将涵盖整个长江上游地区， 并制定全局性的联合 调度模式和生态调度方案。 阶段目标是完善“区域全局”两级优化运行模式、 实现“生态 友好、全局最优”的联合运行调度作业。4. 联合调度系统管理主要任务和阶段目标联合调度系统管理， 指的是梯级水电站群联合调度作业所需要的管理措施， 包括联合调 度管理体制、协调机制、管理办法、法律法规，联合调度管理组织机构、协商平台，利益协 调和补偿

23、分配办法等。(1) 主要任务相对于系统建设和运行而言， 系统管理是联合调度得以顺利实施的重中之重。 长江上游水电站开发建设的投资主体复杂， 管理分散。 实施联合调度， 势必将改变各水电站过去的运 行方式，牵涉各方利益， 也涉及公益性调度目标 (如防洪、 应急供水、生态 )和发电调度之间 的协调问题。 本着“公正协调， 和谐发展”的原则， 系统管理任务是确立联合调度系统的管 理体制、 组织机构和协调机制， 对长江上游大型水电站运行调度实行统一协调和管理， 明确 各种调度目标间、多开发主体间的利益协调和补偿分配办法。主要内容包括： 筹建长江 上游大型梯级水电站联合调度管理机构 ; 制定梯级水电站群

24、联合调度管理体制、 管理办法 和协调机制 ; 建立多开发主体的协作模式和利益分配与补偿机制 ; 制定梯级水电站群联 合调度的法律保障和政策措施；针对不同调度目标和调度方案，制定相应的管理细则； 针对电力市场需求，制定电网调配对策和竞价机制 ；针对河流生态保护需求，制定联合调 度的生态管理目标；针对流域综合管理需求，制定相应的联合调度管理条例；系统管理和技术人员培训等。(2) 阶段目标在 20112015 年期间，重点研究制定多开发主体的协作模式、利益分配与补偿机制， 初步制定梯级水电站群联合调度管理体制、 管理办法和协调机制， 参照三峡梯级调度管理模 式，初步构建区域性的梯级水电站群联合调度协

25、调机构，并开展试点工作， 以及对系统管理人员进行业务培训。 阶段目标是提出多开发主体的协作模式、 利益分配与补偿机制， 以及配 套的管理办法和协调机制，基本形成联合调度管理机构雏形，完成对管理人员的业务培训。在 20162020 年期间， 重点开展长江上游大型梯级电站群联合调度运行管理条例和政 策法规工作，筹建涵盖三峡梯级、金沙江中下游梯级、雅砻江梯级、大渡河梯级、乌江梯级 的联合调度统一管理机构， 并由此建立较为完善的梯级水电站群联合调度管理体制、 管理办 法和协调机制。阶段目标是在 2020 年前，正式成立长江上游大型梯级水电站群联合调度管 理委员会或理事会， 制定较为完善的管理体制， 以

26、及相应的政策法规、 管理条例和实施细则。在 20212030 年期间，进一步完善联合调度管理机构的运作管理模式，并将管理范围延展至整个长江上游地区，甚至向跨地区、跨流域的方向发展。三、要解决的科学管理问题 梯级水电站群联合调度的管理体制、管理办法和协调机制。长江上游梯级水电站群， 涉及众多地方政府和行业部门， 其调度管理将是一项极为复杂的系统工作， 也是联合调度不 可回避的问题。 完善的管理体制及管理办法， 是实现梯级水电站联合调度系统的高效安全运 行的重要保证。 另外，联合调度管理成功的关键在于协调，包括水电与电调的协调，各投资 主体的协调， 各梯级调度的协调等等。 如何平衡各方利益， 调动各方面积极性显得尤为重要，保证联合调度方案顺利实施，需要好的协调机制和协调平台。 梯级水电站群联合调度的利益分配和补偿机制。联合调度系统运行是以全局利益来考虑的， 其中为了追求整体效益的最优化， 可能会影响个别水电站的固有利益。 联调必然会涉 及各投资主体和地区之间利益的协调，这是梯级水电站联合调度必须要解决的重大管理难 题。因此必须研究联合调度的利益分配和补偿机制， 充分协调各方利益， 以促进地区经济社会的和谐发展。梯级水电站群联合调度的法律保障和政策措施。国内在梯级水电站群联合调度管理方面，尚缺乏针对性的、可操作性强的法律条文。另外，在促进梯级