水利发电

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水利发电(Hydroelectric power)

目录

什么是水利发电[1]

  水利发电是利用水流的位能来生产电能,当控制水流的闸门打开时,水流沿进水管进入水轮机蜗壳室,冲动水轮机,带动发电机发电。

水利发电的基本生产过程[2]

  构成水能的基本条件是河水的流量和落差。水力发电的基本生产过程如下:

  ①集中能量

  即取得河川的径流(河川径流是指陆地接受降水后,从地表或地下排泄的水流),它由集水面积、降水量及其他影响径流的因素综合决定。集水面积不是地理面积,而是能源,相当于火电站的采煤和运煤。水电站除了不可改变的流量损失外(如水库的蒸发、水库及坝的渗漏等),应尽量设法减少其他流量损失,以提高流量利用效率。

  ②输入能量

  即集中水头和流量,并输送水能至水电站。由于水流通过一系列的水工建筑物——壅水坝、进水口、水工闸门、输水建筑物等,把水能送至水电站机组,沿途有各种水压和流量的损失,使水电站机组净得的输入能量减少,因此,水工建筑物对水电站运行的经济性有极大的影响,是电站运行生产过程中的主要水能问题之一。

  ③变换能量

  即将水能转变为电能。水能通过水轮机转换为机械能,而后驱动发电机发出电能。

  ④输出能量

  即变换电能的参数送到用户。这阶段包括从发电机发出的电能经过输、变、配电站后送出的整个过程。

水利发电效益的计算[3]

  一、水力发电效益计算方法

  由于兴建水电站后,可相应少建火电站,因而减少火力发电所需燃料用量和相应的开采与运输费用的替代效益。因此,水电建设项目的发电经济效益应包括售电经济效益、给电网带来的安全与经济效益、节省火电费用的替代效益。

  (一)最优等效替代法

  1.计算原理是按最优等效替代设施所需的年费用作为水电建设项目的年发电效益。在满足同等电力、电量条件下选择技术可行的若干替代方案,取年费用最小的方案为替代方案为最优方案。实际工作中一般是依据拟建工程供电范围的能源条件选择其他水电站、火电站、核电站等电站,或上述几种不同形式电站的组合方案作为拟建水电站的替代方案,在保证替代方案和拟建水电站电力电量最基本相同的前提下,计算出替代方案的费用,其值即为水利工程的发电效益。亦可通过电源优化,比较有无拟建水电站时整个电力系统的费用节省来计算发电效益。

  2.计算参数

  (1)计算期:按满足被替代水电站的装机容量和年发电量同等要求,根据火电站、煤矿、铁路的建设工期反推算开工建设时间,分别是第16年、第13年、第11年。

  (2)基准点:选定在计算期的第一年年初。根据国家规定社会折现率采用12%。

  (3)替代项目的经济使用年限:火电站工程、火车车辆25年;其他均按50年考虑。

  (二)影子电价法

  即按水电建设项目向电网或用户提供的有效电量乘以电价计算。

  其计算表达式为:
Be=\sum_{t=1}^n Q_t(1-r)\times P\times (1+i_s)^{-t}+\sum_{t=1}^n Q'_t(1-r)\times (P-P')\times (1+i_s)^{-t}

  式中:Be为发电经济效益(计算期总现值);

    Qt为第t年期望多年平均发电量,按预计可被电网吸收的电量计算;

    r为厂用电率或输电损失率;

    P为计算电价(按影子价格计算);

    Q't为由于设计电站兴建使电力系统内其他电站在第t年由季节性电能变为保证电能的电量;

    P'为季节性电能电价(按影子价格计算);

    is为社会折现率;

    n为计算期。

  (三)产值分摊法

  其基本思路是:电能的真正效益是它在工农业生产以及其他用电部门中所创造的使用价值。如能把各生产和服务部门的产值中电能所创造的那部分产值划分出来,就能计算出电能的效益。只要确定一个产值的分摊系数,就能达到上述目的。

  但这个分摊系数不易确定,在各行业中电能在各生产因素中所占权重是不一样的,故不同产业应有不同的分摊系数。

  二、电价测算

  (一)电力影子价格

  根据电力系统增加单位负荷所增加的容量成本和电量成本之和确定;参照《经济参数》中作为投入物的电力影子价格,考虑输配电因素分析确定;根据供电范围内用户愿意支付的电价分析确定。

  (二)电力销售价格

  由于我国过去执行计划经济,并对电价实行统一管理,各地区的电价水平相差不大,基本情况是:华南、华东地区的电价水平略高于全国平均水平,西北、西南地区的电价水平低于全国平均水平,华中地区居中。改革开放后,各地电价水平的差距开始拉大。

  电力既是商品,又是公益事业,且具有垄断的特点。因此,电价既不能过高,增加用户负担;又不能太低,影响到电力工业本身的发展。为了兼顾用户利益和电力工业发展的需要,世界上许多国家和地区都把确定一个合理的资金利润率作为制订电价的基本原则。

  从发电侧看,在电力系统中各电源的作用不同、生产成本不同,为了反映这些特点,除制定电网平均电价外,还制定峰谷分寸电价,枯丰季节电价,有些国家规定峰荷电价为基荷电价的3-4倍,事故备用电价为基荷电价的9倍。

  1.分时和季节电价

  峰、谷分时电价:国发(1985)72号文规定低谷电价可比现行电价低30%-50%,高峰电价可比现行电价高30%-50%。(1987)水电财字第101号文规定:峰、谷分时电价以电网平均电价为基础,按实际情况上浮、下浮,峰,谷电价可适当拉开,高峰电价可为低谷电价的2-4倍。丰、枯电价:在水电比重比较大的电网,实行丰、枯季节电价。丰水的“弃水”期电价可比平均电价低30%-50%;枯水期的电价可比平均电价高30%-50%。

  2.新电新价

  对新建电站的上网电价,在还贷期间根据资金和还贷条件测算,还清借款后的年份按投资利润率(目前电力暂定为12%)测算。

  3.发供电利润分配

  中外合资利用外资和集资电厂的利润分配按三七分成,即发电得利润的70%,供电得利润的30%;其余电厂按四六分成,即发电得利润的60%,供电得利润的40%,其中担负电网调峰任务的电厂可按三七分成。

  (三)上网电价

  1.按还贷条件测算上网电价

  这是目前以贷款为主兴建电站常用的测算上网电价的方法(水、火电站均是)。其计算公式为:
k + u + d = B

  式中:A为水电站建设期总投资(包括贷款利息);

    u为贷款偿还期内的水电站运行费用;

    d为贷款偿还期的贷款利息;

    B为水电站在偿还期内的售电收入及可用于还贷的其他收益

  2.采用合理资金利润率测算上网电价

  对自有资金或拨款比重较大的水电站或已还清贷款的水电站,常用此法测算上网电价。其计算公式为:

  上网电价=单位电量成本+单位电量税金+单位电量投资X资金利润率

  3.比照同一供电系统的火电平均电价确定电价。

  如大亚湾核电站向香港供电电价5.5美件/kW.h(1993年价格水平)就是比照香港火电电价确定的。确定水电电价也可采用相同的方法。

  4.还贷期间根据资金来源和还贷条件测算电价。

  还贷期间按还贷条件测算电价;还清借款后的年份,按投资利润率12%测算上网电价。

水利发电对生态环境的影响[4]

  一、水利发电对生态环境影响的双重性

  水利发电与生态环境是一对矛盾体,他们相互联系又彼此制约。水利发电在给我们提供电力及其他好处的同时,也不可避免的对周边地区的生态环境造成了影响,因此水利发电对生态环境的影响具有双重性。

  1.水利发电对生态环境的正面影响

  (1)减少自然灾害。在中国历史上,洪灾和持续干旱是最严重的自然灾害之一,不仅会导致瘟疫流行,人民背井离乡,严重时更会影响到经济的发展和社会的稳定。而水利水电工程往往具有防灾减灾的功能。以三峡工程为例,其防洪库容高达221.5亿m3。荆江河段原本是长江防洪最危险的区段之一,但是三峡水库的建设将其防洪能力由原来的10年一遇提高到百年一遇,从而使长江两岸的广阔地区免受洪灾侵袭。

  (2)改善局部气候。水利发电工程中建造的水库一般均能形成人工湿地,其具有改善当地环境的局部气候的作用。据报道,水面上空的空气透明度比成片的房屋群高10%左右,相对湿度更是提高了15%左右,与此同时,水面上的气温在夏天同比下降5℃左右。

  (3)减少环境污染。水利发电在不改变基本水质的情况下能有效提高水资源的利用率,并且不排放污染物,是清洁能源的一种生产方式。与同等规模的火电厂相比,其既节约了水资源,也避免了对水体环境和空气造成污染。

  2.水利发电对生态环境的负面影响

  (1)对水生生物产生的负面影响。目前,有一种负面的观点认为,建水坝会阻碍鱼类等水生生物的活动,并淹没陆生植物,但是事实证明并没有发生一些人所担心的问题。以三峡工程为例,珍稀植物大多分布于高程在300m以上的地区,而当前三峡工程最大蓄水高度是175m,因此对珍稀植物的影响不大。另一方面,由于水库的深度和面积较之以前大大增加,因而水库内的底栖动物和浮游生物将有所增加,其种类也会逐步变化。虽然水电工程对其存在影响较小,但是还是深刻影响着水生生物的活动。以珍稀水生生物自鳍豚为例,由于三峡大坝的建设竣工,清水下泻使大坝下游河床冲刷,江心洲或边滩较小,其栖息环境受到了较大影响。

  (2)水利发电工程施工期对生态环境的负面影响。水利发电工程施工期对环境产生的消极影响主要表现在:边坡开挖导致植被及景观遭到破坏;混凝土废料及开挖弃渣导致环境污染严重;水库淹没区永久改变了原有的自然状态,从而破坏了原有的区域生态平衡。以三峡工程为例:淹没耕地和果地约3.33万平方公顷,移民则高达113万。

  (3)水利发电工程运行期对生态环境的负面影响。水库运行后,一般需要较长时间才能逐渐与自然环境达到新的平衡。原因主要有两方面:①水库蓄水可能导致沿岸地带水文地质条件发生实质性的改变从而诱发滑坡、地震等地质灾害;②大坝切断了天然河道与湖泊之间的通道,使鱼类觅食洄游和生殖洄游的通道受阻。

  二、水利发电中的主要生态环境问题

  水利发电涉及大型工程项目建设,对于相关区域的生态环境状况具有重要影响,水利发电开发中不合理的规划、设计、建设和管理均能引起诸多生态环境问题,从而对下游及库区的水生生物、水质及陆生动植物等产生较大影响。主要的生态环境问题如下:

  1.主要的环境问题

  (1)崩塌、滑坡和泥石流。

  (2)水库诱发地震灾害。

  (3)水质污染问题。水电工程中的大坝建设,会导致水库中水流速度减慢,流水在一定程度上呈静水状态,水体稀释自净能力下降,水体环境容量变小,容易导致库水质污染。

  (4)有毒有害物质通过食物链在鱼类等水生生物体内富集。水电工程建设后,水库内水流速度减慢,水体富氧和稀释扩散能力降低从而导致有毒物质富集现象严重。

  (5)水土流失问题。

  2.主要的生态问题

  (1)水生珍稀动物生境遭到破坏。以珍稀濒危类水生哺乳动物自鳍豚为例,水电工程建设导致的水质变化会导致其栖息地破坏甚至丧失,从而可能导致其种群数量下降,甚至危及该物种的生存。

  (2)陆生珍稀动植物生境范围遭到破坏甚至丧失。水电工程的建设和其它移民迁建活动,均会导致陆生珍稀动植物的生境范围缩小、破坏甚至丧失,从而严重威胁到其生存。

  (3)库区范围内的大量天然植被遭到破坏。大量天然植被的逐渐损坏,对于区域生态环境的影响也是不可忽视的。

  (4)区域性传染病的传播或入侵可能性增大。随着大量移民的搬迁和建设施工队伍的进入,可能发生区域性传染病的传播或入侵,这些问题一旦发生将会相当严重。

  三、解决水利发电中生态环境问题的措施

  破解水利发电对生态环境影响的困局,不仅需要从制度上改变,更需要全社会的共同参与。以下是相关解决措施:

  1.提高全社会的生态环境保护意识

  我国在生态环境保护上存在着公众环保意识不高的问题,主要表现在:

  (1)城镇居民的生态环境保护意识较强,农村人口相对较弱。

  (2)文化程度高的人的生态环境保护意识较强,文化程度低的人相对较弱。

  (3)学者、科研单位及政府官员对生态环境问题关注较多,一般民众相对较低。

  因此,为了提高公众的生态环境保护意识,必须大力开展生态环境保护意识宣传和教育,激发公众的参与意识与责任感。

  2.提高生态环境保护水平

  为了实现可持续发展,应把生态环境问题摆在重要位置。大力发展先进科学技术,建立健全新的生态环境友好特大型水利发电工程建设体系,从规划、设计、建设到运行管理的各个环节,充分考虑工程对生态环境的影响,找出问题的关键。

  3.建立健全生态环境保护综合机制

  决策者要充分认识到生态环境保护和建设的紧迫性、长期性和艰巨性,增强生态环境的忧患意识,站在全局发展的高度,把生态环境保护和建设列为水力发电中必须解决的重大战略性问题,处理好水利发电和生态环境保护的互动关系。

  4.建立健全生态环境补偿机制

  生态补偿机制是一种动态的利益协调机制。通过对经济利益、生态利益和发展利益等多方利益的协调从而达到共赢。生态补偿机制的产生主要基于生态安全和生态公平的需要。水利水电开发过程中要注霞环境保护,发挥生态效益,做到在开发中保护,在保护中开发,将水电开发对生态环境的负面影响降到最低。

参考文献

  1. 章喜才主编.第十四章 输配电及安全用电 电工电子技术及应用.机械工业出版社,2007.9.
  2. 罗阳,刘胜青主编;梅筱琴,韩英,查学梅编.第8章 生产系统运行 现代制造系统概论.北京邮电大学出版社,2004年08月第1版.
  3. 赵展主编.第四部分 水利水电工程管理 现代水利水电经营管理指南.中国三峡出版社,2006年8月.
  4. 罗常山.水利发电对生态环境的影响研究[J].中国水运(下半月),2011,(第9期).
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