水利發電
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水利發電(Hydroelectric power)
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什麼是水利發電[1]
水利發電是利用水流的位能來生產電能，當控制水流的閘門打開時，水流沿進水管進入水輪機蝸殼室，衝動水輪機，帶動發電機發電。
水利發電的基本生產過程[2]
構成水能的基本條件是河水的流量和落差。水力發電的基本生產過程如下：
①集中能量
即取得河川的徑流(河川徑流是指陸地接受降水後，從地表或地下排泄的水流)，它由集水面積、降水量及其他影響徑流的因素綜合決定。集水面積不是地理面積，而是能源，相當於火電站的採煤和運煤。水電站除了不可改變的流量損失外(如水庫的蒸發、水庫及壩的滲漏等)，應儘量設法減少其他流量損失，以提高流量利用效率。
②輸入能量
即集中水頭和流量，並輸送水能至水電站。由於水流通過一系列的水工建築物——壅水壩、進水口、水工閘門、輸水建築物等，把水能送至水電站機組，沿途有各種水壓和流量的損失，使水電站機組凈得的輸入能量減少，因此，水工建築物對水電站運行的經濟性有極大的影響，是電站運行生產過程中的主要水能問題之一。
③變換能量
即將水能轉變為電能。水能通過水輪機轉換為機械能，而後驅動發電機發出電能。
④輸出能量
即變換電能的參數送到用戶。這階段包括從發電機發出的電能經過輸、變、配電站後送出的整個過程。
水利發電效益的計算[3]
一、水力發電效益計算方法
由於興建水電站後，可相應少建火電站，因而減少火力發電所需燃料用量和相應的開采與運輸費用的替代效益。因此，水電建設項目的發電經濟效益應包括售電經濟效益、給電網帶來的安全與經濟效益、節省火電費用的替代效益。
(一)最優等效替代法
1．計算原理是按最優等效替代設施所需的年費用作為水電建設項目的年發電效益。在滿足同等電力、電量條件下選擇技術可行的若幹替代方案，取年費用最小的方案為替代方案為最優方案。實際工作中一般是依據擬建工程供電範圍的能源條件選擇其他水電站、火電站、核電站等電站，或上述幾種不同形式電站的組合方案作為擬建水電站的替代方案，在保證替代方案和擬建水電站電力電量最基本相同的前提下，計算出替代方案的費用，其值即為水利工程的發電效益。亦可通過電源優化，比較有無擬建水電站時整個電力系統的費用節省來計算發電效益。
2．計算參數
(1)計算期：按滿足被替代水電站的裝機容量和年發電量同等要求，根據火電站、煤礦、鐵路的建設工期反推算開工建設時間，分別是第16年、第13年、第11年。
(2)基準點：選定在計算期的第一年年初。根據國家規定社會折現率採用12％。
(3)替代項目的經濟使用年限：火電站工程、火車車輛25年；其他均按50年考慮。
(二)影子電價法
即按水電建設項目向電網或用戶提供的有效電量乘以電價計算。
其計算表達式為：
式中：Be為發電經濟效益(計算期總現值)；
Qt為第t年期望多年平均發電量，按預計可被電網吸收的電量計算；
r為廠用電率或輸電損失率；
P為計算電價(按影子價格計算)；
Q't為由於設計電站興建使電力系統內其他電站在第t年由季節性電能變為保證電能的電量；
P'為季節性電能電價(按影子價格計算)；
is為社會折現率；
n為計算期。
(三)產值分攤法
其基本思路是：電能的真正效益是它在工農業生產以及其他用電部門中所創造的使用價值。如能把各生產和服務部門的產值中電能所創造的那部分產值劃分出來，就能計算出電能的效益。只要確定一個產值的分攤繫數，就能達到上述目的。
但這個分攤繫數不易確定，在各行業中電能在各生產因素中所占權重是不一樣的，故不同產業應有不同的分攤繫數。
二、電價測算
(一)電力影子價格
根據電力系統增加單位負荷所增加的容量成本和電量成本之和確定；參照《經濟參數》中作為投入物的電力影子價格，考慮輸配電因素分析確定；根據供電範圍內用戶願意支付的電價分析確定。
(二)電力銷售價格
由於我國過去執行計劃經濟，並對電價實行統一管理，各地區的電價水平相差不大，基本情況是：華南、華東地區的電價水平略高於全國平均水平，西北、西南地區的電價水平低於全國平均水平，華中地區居中。改革開放後，各地電價水平的差距開始拉大。
電力既是商品，又是公益事業，且具有壟斷的特點。因此，電價既不能過高，增加用戶負擔；又不能太低，影響到電力工業本身的發展。為了兼顧用戶利益和電力工業發展的需要，世界上許多國家和地區都把確定一個合理的資金利潤率作為制訂電價的基本原則。
從發電側看，在電力系統中各電源的作用不同、生產成本不同，為了反映這些特點，除制定電網平均電價外，還制定峰谷分寸電價，枯豐季節電價，有些國家規定峰荷電價為基荷電價的3-4倍，事故備用電價為基荷電價的9倍。
1．分時和季節電價
峰、谷分時電價：國發(1985)72號文規定低谷電價可比現行電價低30％-50％，高峰電價可比現行電價高30％-50％。(1987)水電財字第101號文規定：峰、谷分時電價以電網平均電價為基礎，按實際情況上浮、下浮，峰，谷電價可適當拉開，高峰電價可為低谷電價的2-4倍。豐、枯電價：在水電比重比較大的電網，實行豐、枯季節電價。豐水的“棄水”期電價可比平均電價低30％-50％；枯水期的電價可比平均電價高30％-50％。
2．新電新價
對新建電站的上網電價，在還貸期間根據資金和還貸條件測算，還清借款後的年份按投資利潤率(目前電力暫定為12％)測算。
3．發供電利潤分配
中外合資、利用外資和集資電廠的利潤分配按三七分成，即發電得利潤的70％，供電得利潤的30％；其餘電廠按四六分成，即發電得利潤的60％，供電得利潤的40％，其中擔負電網調峰任務的電廠可按三七分成。
(三)上網電價
1．按還貸條件測算上網電價
這是目前以貸款為主興建電站常用的測算上網電價的方法(水、火電站均是)。其計算公式為：式中：A為水電站建設期總投資(包括貸款利息)；
u為貸款償還期內的水電站運行費用；
d為貸款償還期的貸款利息；
B為水電站在償還期內的售電收入及可用於還貸的其他收益。
2．採用合理資金利潤率測算上網電價
對自有資金或撥款比重較大的水電站或已還清貸款的水電站，常用此法測算上網電價。其計算公式為：
上網電價=單位電量成本+單位電量稅金+單位電量投資X資金利潤率
3．比照同一供電系統的火電平均電價確定電價。
如大亞灣核電站向香港供電電價5．5美件／kW．h(1993年價格水平)就是比照香港火電電價確定的。確定水電電價也可採用相同的方法。
4．還貸期間根據資金來源和還貸條件測算電價。
還貸期間按還貸條件測算電價；還清借款後的年份，按投資利潤率12％測算上網電價。
水利發電對生態環境的影響[4]
一、水利發電對生態環境影響的雙重性
水利發電與生態環境是一對矛盾體，他們相互聯繫又彼此制約。水利發電在給我們提供電力及其他好處的同時，也不可避免的對周邊地區的生態環境造成了影響，因此水利發電對生態環境的影響具有雙重性。
1．水利發電對生態環境的正面影響
(1)減少自然災害。在中國曆史上，洪災和持續乾旱是最嚴重的自然災害之一，不僅會導致瘟疫流行，人民背井離鄉，嚴重時更會影響到經濟的發展和社會的穩定。而水利水電工程往往具有防災減災的功能。以三峽工程為例，其防洪庫容高達221．5億m3。荊江河段原本是長江防洪最危險的區段之一，但是三峽水庫的建設將其防洪能力由原來的10年一遇提高到百年一遇，從而使長江兩岸的廣闊地區免受洪災侵襲。
(2)改善局部氣候。水利發電工程中建造的水庫一般均能形成人工濕地，其具有改善當地環境的局部氣候的作用。據報道，水面上空的空氣透明度比成片的房屋群高10％左右，相對濕度更是提高了15％左右，與此同時，水面上的氣溫在夏天同比下降5℃左右。
(3)減少環境污染。水利發電在不改變基本水質的情況下能有效提高水資源的利用率，並且不排放污染物，是清潔能源的一種生產方式。與同等規模的火電廠相比，其既節約了水資源，也避免了對水體環境和空氣造成污染。
2．水利發電對生態環境的負面影響
(1)對水生生物產生的負面影響。目前，有一種負面的觀點認為，建水壩會阻礙魚類等水生生物的活動，並淹沒陸生植物，但是事實證明並沒有發生一些人所擔心的問題。以三峽工程為例，珍稀植物大多分佈於高程在300m以上的地區，而當前三峽工程最大蓄水高度是175m，因此對珍稀植物的影響不大。另一方面，由於水庫的深度和麵積較之以前大大增加，因而水庫內的底棲動物和浮游生物將有所增加，其種類也會逐步變化。雖然水電工程對其存在影響較小，但是還是深刻影響著水生生物的活動。以珍稀水生生物自鰭豚為例，由於三峽大壩的建設竣工，清水下瀉使大壩下游河床沖刷，江心洲或邊灘較小，其棲息環境受到了較大影響。
(2)水利發電工程施工期對生態環境的負面影響。水利發電工程施工期對環境產生的消極影響主要表現在：邊坡開挖導致植被及景觀遭到破壞；混凝土廢料及開挖棄渣導致環境污染嚴重；水庫淹沒區永久改變了原有的自然狀態，從而破壞了原有的區域生態平衡。以三峽工程為例：淹沒耕地和果地約3．33萬平方公頃，移民則高達113萬。
(3)水利發電工程運行期對生態環境的負面影響。水庫運行後，一般需要較長時間才能逐漸與自然環境達到新的平衡。原因主要有兩方面：①水庫蓄水可能導致沿岸地帶水文地質條件發生實質性的改變從而誘發滑坡、地震等地質災害；②大壩切斷了天然河道與湖泊之間的通道，使魚類覓食洄游和生殖洄游的通道受阻。
二、水利發電中的主要生態環境問題
水利發電涉及大型工程項目建設，對於相關區域的生態環境狀況具有重要影響，水利發電開發中不合理的規劃、設計、建設和管理均能引起諸多生態環境問題，從而對下游及庫區的水生生物、水質及陸生動植物等產生較大影響。主要的生態環境問題如下：
1．主要的環境問題
(1)崩塌、滑坡和泥石流。
(2)水庫誘發地震災害。
(3)水質污染問題。水電工程中的大壩建設，會導致水庫中水流速度減慢，流水在一定程度上呈靜水狀態，水體稀釋自凈能力下降，水體環境容量變小，容易導致庫水質污染。
(4)有毒有害物質通過食物鏈在魚類等水生生物體內富集。水電工程建設後，水庫內水流速度減慢，水體富氧和稀釋擴散能力降低從而導致有毒物質富集現象嚴重。
(5)水土流失問題。
2．主要的生態問題
(1)水生珍稀動物生境遭到破壞。以珍稀瀕危類水生哺乳動物自鰭豚為例，水電工程建設導致的水質變化會導致其棲息地破壞甚至喪失，從而可能導致其種群數量下降，甚至危及該物種的生存。
(2)陸生珍稀動植物生境範圍遭到破壞甚至喪失。水電工程的建設和其它移民遷建活動，均會導致陸生珍稀動植物的生境範圍縮小、破壞甚至喪失，從而嚴重威脅到其生存。
(3)庫區範圍內的大量天然植被遭到破壞。大量天然植被的逐漸損壞，對於區域生態環境的影響也是不可忽視的。
(4)區域性傳染病的傳播或入侵可能性增大。隨著大量移民的搬遷和建設施工隊伍的進入，可能發生區域性傳染病的傳播或入侵，這些問題一旦發生將會相當嚴重。
三、解決水利發電中生態環境問題的措施
破解水利發電對生態環境影響的困局，不僅需要從制度上改變，更需要全社會的共同參與。以下是相關解決措施：
1．提高全社會的生態環境保護意識
我國在生態環境保護上存在著公眾環保意識不高的問題，主要表現在：
(1)城鎮居民的生態環境保護意識較強，農村人口相對較弱。
(2)文化程度高的人的生態環境保護意識較強，文化程度低的人相對較弱。
(3)學者、科研單位及政府官員對生態環境問題關註較多，一般民眾相對較低。
因此，為了提高公眾的生態環境保護意識，必須大力開展生態環境保護意識宣傳和教育，激發公眾的參與意識與責任感。
2．提高生態環境保護水平
為了實現可持續發展，應把生態環境問題擺在重要位置。大力發展先進科學技術，建立健全新的生態環境友好特大型水利發電工程建設體系，從規劃、設計、建設到運行管理的各個環節，充分考慮工程對生態環境的影響，找出問題的關鍵。
3．建立健全生態環境保護綜合機制
決策者要充分認識到生態環境保護和建設的緊迫性、長期性和艱巨性，增強生態環境的憂患意識，站在全局發展的高度，把生態環境保護和建設列為水力發電中必須解決的重大戰略性問題，處理好水利發電和生態環境保護的互動關係。
4．建立健全生態環境補償機制
生態補償機制是一種動態的利益協調機制。通過對經濟利益、生態利益和發展利益等多方利益的協調從而達到共贏。生態補償機制的產生主要基於生態安全和生態公平的需要。水利水電開發過程中要註霞環境保護，發揮生態效益，做到在開發中保護，在保護中開發，將水電開發對生態環境的負面影響降到最低。
