《中国能源报》记者近日从水利部获悉,受6月25日以来持续强降雨影响,长江发生2024年第1号洪水,长江中下游干流及两湖湖区出口控制站水位持续快速上涨全线超警。面对汛情,水利部已科学调度长江三峡、西江龙滩等流域控制性水工程,尽力减轻长江中下游防洪压力。
作为重要的水利工程,水库承担着调节水资源分布、防洪减灾、发电、生态、航运等多重功能。在汛期来临之前,通过降低水库水位至汛限水位或以下,是确保水库有足够库容能够容吸纳洪水、减少下游地区洪灾风险的必然举措。在业内人士看来,统筹协调好电调与水调,不仅可保障好迎峰度夏用电,还可以兼顾防洪、灌溉、供水多种用途。尤其是,通过建设国家水网和大型水库,可实现水资源的合理分配和综合利用,提高水资源的社会经济综合利用效益。
■水调利于水电发电效率提升
水电是电网中重要的调峰和顶峰发电来源,通过调节水电站的发电计划和运行方式等,可有效缓解高峰供电压力,保障电力系统安全稳定运行,在迎峰度夏期间发挥着关键作用。
然而不可忽视的是,我国水资源时间分布的显著特点是年内分布不均,一般夏秋多、冬春少,比如长江流域5—10月的雨量约占全年的70%—90%,汛期水量约占年径流量的70%—75%。基于此,汛期到来前,就需要具有防洪功能的水库将水位降至汛限水位或以下附近,腾出防洪库容,以应对汛期可能发生的洪水,汛末再适时蓄水供枯季供水、发电使用。
水利部长江水利委员会(以下简称“长江委”)水旱灾害防御局局长徐照明对《中国能源报》记者表示,“双碳”目标背景下,我国风、光等新能源装机并网快速增长,迎峰度夏用电问题主要是区域电网在高峰时段存在电力供应缺口,以及少量电量缺口。
“水电具有良好的调峰能力,常常在迎峰度夏关键期为电网提供宝贵的调峰及顶峰运行能力。”徐照明表示,但迎峰度夏用电高峰一般在6—8月区域高温少雨时段,多数同时伴有江河来水偏少,致使部分水电站蓄能偏低、出力发电量偏小少、顶峰能力下降,由此形成了迎峰度夏用电和水库来水偏少之间的矛盾。
为解决上述矛盾,近年来,长江委持续推进流域控制性水库群联合优化调度,建立了流域统筹、区域协同、部门联动的水工程联合调度协作机制,形成了“区域服从流域、局部服从全局、兴利服从防洪、电调(航调)服从水调、常规调度服从应急调度”的原则共识,有效促进了调度支撑能力共建、共享和共赢。
中国水力发电工程学会原副秘书长张博庭告诉《中国能源报》记者:“水电站的发电量受来水量影响很大,而来水量受季节性、气候和地理位置等多种因素影响,具有很强的不稳定性。通过水调来合理分配水资源,可在不同时间和地点实现水资源最大化利用,从而提高水电发电的效率和稳定性。”
■保供电是水库调度重要目标之一
在保障流域防洪和供水安全的前提下,发挥好水库的供电保障作用是调度的重要目标之一。
长江委水旱灾害防御局副局长丁胜祥对《中国能源报》记者表示,协同防洪、供水、发电,当前主要需要科学实施控制性水库汛期运行水位动态控制。长江委根据多年相关研究成果优化主要控制性水库汛期调度方案,三峡等一批控制性水库可将水位浮动至汛限水位以上一定范围内。“例如,2023年汛期,三峡水库运行水位由145米抬升至150米,显著提升了三峡、葛洲坝电站顶峰运行能力。7—8月,三峡—葛洲坝梯级水库连续5日高峰最大出力超2200万千瓦,连续17日单日发电量达4.5亿千瓦时,有效缓解了华中等地区的用电紧张局面。”
谈及如何协调电调与水调,丁胜祥表示,在流域整体防洪形势平稳、后期无雨或降雨较小预测把握较大的前提下,可在部分水库来中小洪水时进行洪水资源利用,提高水库顶峰能力。例如,2022年7月,长江委根据后期流域来水明显偏枯的趋势预测,优化调度控制性水库科学开展中小洪水源化利用,共利用洪水资源近50亿立方米,在流域汛期来水明显偏枯的情况下,有效保障了后期供水、发电、航运等水资源供应。
此外,综合考虑流域的防洪状况和汛期末期的水文气象预测,当预测显示汛期结束时流域的防洪风险较低,无需保留大量防洪库容时,还可以对水库群进行调度,在汛期水位波浮动的基础上进一步提高水位,实施提前蓄水。近年来,金沙江的观音岩水电站、溪洛渡水电站以及大渡河的瀑布沟水电站等都均成功实施了这一策略,并取得显著成效。
业内人士一致认为,流域内水电站群实施跨区域电力互济至关重要。长江上游干支流分布有金沙江、雅砻江、大渡河、乌江、长江上游等五个重要水电能源基地,是“西电东送”的重要组成部分,各水电基地的优质电源可通过长距离、跨区域的高压直流送至华东、华南等电力负荷中心。为此,长江委充分利用各干支流水库来水、调节能力及防洪任务差异,可结合电网负荷需求优化不同时期不同水电站群的运行水位,为水库群实施跨区域的电力互济创造条件。
“例如,2022年迎峰度夏用电关键期,支持三峡、金沙江下游等梯级水库通过联合调度、中小洪水利用等措施抬升水位改善发电条件,使汛期三峡应急支援湖北电网、溪洛渡和向家坝梯级电站支援西南电网能力提升,为迎峰度夏用电提供重要支持。”水利部长江水利委员会水旱灾害防御局工程处副处长张虎举例说。
■多部门协同能源安全和水安全
业内人士普遍认为,迎峰度夏用电与防汛腾库容汛期水电站蓄能偏低之间的矛盾,实际上反映了电力供应与水资源管理之间的平衡问题。解决这一问题,需要多部门协同、科学规划、精准施策,确保能源安全和水安全。
我国西南地区电力供应高度依赖于水电,四川、云南、湖北等水电大省的水力发电量全国占比很大。然而,干旱和高温等极端天气事件发生时,就会导致水资源短缺,进而影响水力发电量,造成上述地区电力供应紧张。所以,利用先进的气象预报技术和水资源管理模型,对未来天气变化和水电能源需求进行科学预测,有利于合理规划水库蓄水和发电计划。
在电力系统中,水电的顶峰能力至关重要,特别是在高温大负荷时期。例如每年夏季,江苏、浙江等地都会出现用电高峰,导致降温负荷需求急剧增加。为充分利用水电的顶峰发电能力,电力系统需要综合考虑电量需求、来水预测、各水电站的水位及蓄能情况等因素,建立中期或日内的最大发电能力试算模型。这些模型能够合理安排水电站群每日发电计划,确保在满足日电量需求的同时,将水电发电尽量安排在高峰时段。
“水电的顶峰发电时长受系统负荷峰谷过程影响,存在一个上下限。”张博庭认为,可以根据历史运行数据确定不同季节系统负荷的典型特征,从而优化水电参与顶峰发电的时长。“例如,在系统负荷高峰时,水电站按照最大发电能力运行,而在低谷时则按最小生态流量发电,形成‘几’字形出力过程。”
业内人士普遍表示,随着大数据、云计算、物联网等技术的发展,水电行业正朝着智能化和自动化方向发展。这些技术的应用不仅提高了水电站的运行效率,还增强了对水资源的有效管理和调度。例如,通过人工智能和大数据分析,可以更准确地预测水资源的供需情况,优化水库的调度和电力生产。