(文稿及图片由:中国电力建设集团有限公司 周建平、孙世辉,水电水利规划设计总院 赵增海、严秉忠,韩冬、崔正辉、辛颂旭、胡小峰负责提供)
我国西部的青藏高原被誉为世界第三极,亚洲水塔,诸多大江大河发源此地,幅员辽阔的国土上蕴藏着丰富的水电资源。根据最新统计,我国水能资源技术可开发装机容量约6.87亿千瓦,年均发电量约3万亿千瓦时,均居世界第一。
水电是清洁可再生能源电力,水电工程还具有防洪、灌溉、供水、改善航运条件和保护河流生态等综合功能。新中国成立伊始,中国共产党就领导中国人民开展了波澜壮阔的水电建设。历经艰苦创业、改革开放和西部大开发各阶段,水电开发取得举世瞩目的伟大成就,彻底改变了我国洪旱之苦、电力短缺、贫困落后的艰难局面,谱写了中华民族水电事业辉煌篇章。
党的十八大以来,我们学习领会习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的生态文明思想,贯彻落实“创新、协调、绿色、开发和共享”的新发展理念,统筹发展与安全,坚持服务国家战略,坚持人民至上,坚持可持续发展,水电开发事业开启了构建新格局、高质量发展的新征程。
一、十八大前的历史回顾
1.建国初期艰苦奋斗建基业(1949—1978年)
建国初期,我国积贫积弱、百废待兴,全国水电装机容量仅 36 万千瓦,行业基础十分薄弱。老一辈水电建设者坚持独立自主、自力更生,发挥艰苦奋斗精神,克服技术资料匮乏、施工装备落后、资金严重不足等诸多困难,规划建设了一大批水利水电工程,突破了百米级高混凝土坝和高土石坝、百万千瓦级电站建设关键技术。1960年建成了我国第一座自己设计、自制设备、自主建设,坝高 105 米的新安江水电站;1975年建成了我国首座百万千瓦级的刘家峡水电站(装机容量122.5万千瓦),初步奠定了我国水电开发事业的基业。截至1978年,全国水电装机容量达到 1727 万千瓦,如图1所示。
2.改革开放奋勇直追求发展(1978—2000年)
1978 年十一届三中全会召开,中国社会进入改革开放新时期。改革开放极大地解放了生产力,水电开发投资与建设管理体制改革,实行项目法人制、招标投标制和建设监理制,极大地激发了水电开发企业自主经营积极性,提高投资建设效益;走出去、引进来的对外开放合作,促进了中国与世界发达国家的交流。依托鲁布革、二滩和小浪底水电工程建设,引进国外资本和技术,提升了我国水电工程技术、装备制造和建设管理水平。广州抽水蓄能、岩滩、漫湾、隔河岩和水口水电站被誉为水电行业改革开放的“五朵金花”,相继成功建成,顺利投产。1994 年,世界上最大规模的综合性水电枢纽工程——三峡水电站开工建设,百年梦想终于从宏伟蓝图付诸伟大实践。截至2000年底,全国水电装机容量 7935万千瓦,其中抽水蓄能 559 万千瓦,居世界第二位。
3.继往开来西部开发展宏图(2001-2012年)
进入21世纪,国家实施西部大开发战略,西南河流水电开发成为重中之重。在开展第三次全国水力资源复查基础上,规划描绘了我国十三大水电基地。新千年伊始从此拉开了西南诸河水电基地大开发的序幕,开启了“流域梯级综合滚动”发展新模式。2002 年国务院颁布《电力体制改革方案》,推动水电开发市场主体多元化,水电建设步伐明显加快,全面推进金沙江中下游、澜沧江中游、雅砻江中游、大渡河中下游、黄河上游、南盘江红水河等水电基地建设,实施“西电东送”,有力促进了我国东西部区域经济平衡发展。为满足电力系统日益增长的调峰需要,抽水蓄能电站快速发展。这一期间水电装机规模2004年突破1亿千瓦、跃居世界第一,2010年突破2亿千瓦、仅用6年实现翻番。截至2012 年底,全国水电装机容量2.48亿千瓦,其中抽水蓄能2033万千瓦。
图1 十八大之前全国水电装机容量的变化
二、十八大以来的伟大成就
党的十八大以来,我们贯彻落实“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念,按照“四个革命、一个合作”的能源安全发展新战略,加快构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系、加快发展可再生能源,促进贫困地区发展和生态文明建设。新时代,水电开发被赋予新任务和新使命,明确要求,要在保护生态环境和做好移民安置的前提下,科学有序开发水电,加快建设抽水蓄能电站,加强流域综合管理。在此背景下,水电开发继续保持高速发展态势,并迈进高质量发展新阶段。
1.绘就水电发展新蓝图
十八大以来,国家批复澜沧江上游、金沙江上游等河流水电开发规划方案,擘画建设藏东南“西电东送”接续能源基地,提出实施雅鲁藏布江下游水电开发。贯彻落实“双碳目标”行动方案,加快发展可再生能源,依托主要流域水电基地统筹推进水风光一体化综合基地规划研究。以西南水电基地为重点推进川滇黔桂和藏东南水风光综合能源基地开发建设,开创水风光储多能互补协调发展新路径。国家颁布的《“十四五”可再生能源发展规划》和《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》绘就了可再生能源高质量发展新篇章。
2.实现水电发展新跨越
十八大以来,水电开发明显加快,建设投产了乌东德、白鹤滩、两河口、锦屏一级、锦屏二级等一批大型特大型常规水电工程,以及惠州、丰宁、阳江、长龙山等大型高水头抽水蓄能电站工程,2014年水电装机规模突破3亿千瓦。
金沙江上游藏区的苏洼龙、叶巴滩、巴塘等电站开工建设,“藏电外送”初现曙光。西部水电加快开发和“西电东送”规模扩大,不仅在防洪、发电、水资源优化配置和河流生态保护方面发挥了重要作用,而且在西部区域基础设施建设、促进地方经济发展和乡村振兴等方面也发挥了重要作用。截至2021年底,全国水电装机规模3.91亿千瓦,其中常规水电装机规模达3.54亿千瓦。
十八大以来,全国常规水电新增投产规模约1.26亿千瓦,年均投产超1400万千瓦,目前在建规模约3800万千瓦。抽水蓄能电站装机容量总规模3639万千瓦,抽水蓄能新增投产1606万千瓦,年均增长率6.7%,在建规模6153万千瓦。水电开发强度和进度前所未有,产业体系更加完备,技术水平国际领先。2021年全国水电发电量1.34万亿千瓦时,占全国发电量的比重为16%,占可再生能源发电量的比重为54%。
图2 十八大以来中国水电开发进程
3.树工程技术新标杆
1)筑坝技术独具匠心
中国水库大坝数量之多、规模之大位列世界前茅。目前全球已建在建的200米级高坝96座,我国占有34座,占比35%。十八大以来,建成投产了以锦屏一级、溪洛渡、乌东德、白鹤滩为代表的一批300米级高混凝土双曲拱坝,以黄登、向家坝和关照为代表的200米级高碾压混凝土重力坝,以两河口、长河坝和糯扎渡为代表的300米级高粘土心墙堆石坝等重点工程,上述工程均名列同类大坝世界前列。
从引进消化吸收,到自主创新,中国筑坝技术实现了从跟跑、并跑到全面领跑的跨越。依托“产学研用”创新体系,围绕解决重大工程核心关键技术难题,组织开展协同攻关和技术研发,在高性能混凝土材料、高坝抗震设防、高混凝土坝快速施工、高土石坝智能碾压、大体积混凝土坝温控防裂、超深厚覆盖层地基处理、超高边坡变形稳定控制、高水头泄洪消能防护等方面取得系列重大突破,关键技术水平世界领先。发明了堆石混凝土、胶凝砂砾石筑坝新技术,得到广泛应用,体现了中国水电技术对世界的贡献。
2)大型机组制造独领风骚
在建设三峡水电站之前,中国还未能自主设计制造过35万千瓦及以上水轮发电机组。通过引进消化吸收和自主创新,再经联合设计制造的历练,我们完全掌握了大型水电机组设计制造核心技术,自主设计制造了三峡电站26台机组中的12台单机容量70万千瓦机组。此后,溪洛渡水电站水电机组单机容量达到77万千瓦,向家坝单机容量达到80万千瓦,乌东德单机容量85万千瓦,大型水电机组“中国创造”不断迈上新台阶。
2021年投产的白鹤滩水电站,16台百万千瓦混流式水电机组全部国产化。在工程建设者和科研工作者不懈的努力下,历时10多年攻关研究,完成了水轮发电机组总体设计、转轮模型开发;电磁磁极绕组、高效冷却、推力轴承、高压绝缘、高强度材料、关键部件制造等技术研发,取得系列创新成果,形成了具有完全自主知识产权的百万千瓦机制设计、制造、安装和测控技术标准。白鹤滩百万机组投入运行标志着中国水电机组制造能力又一次实现了历史性飞跃。
十八大以来,我国大型混流式、贯流式、轴流式以及可逆式水电机组均已实现自主设计制造,到达国际领先水平。主变压器、调速器、输变电装备、起重设备等产业链全部国产化,也达到国际领先水平。2021年自主设计制造的广东阳江700m水头段、400MW级高转速抽水蓄能机组成功投产运行,标志着我国在高水头、高转速、大容量抽水蓄能机组设计制造方面取得重大突破。
图5 大型混流式水轮发电机组的发展进程
3)数字化智能化技术独树一帜
进入21世纪,藉助日新月异的现代信息技术、网络通信技术和人工智能技术,水电建设管理开启了信息化数字化转型。水电工程建设中,普遍采用GIS+BIM技术、感知与传输技术,数据分析与馈控技术。开发了适应水电工程行业的一系列关键技术和信息化数字化平台。包括:水电工程BIM设计平台、设计施工一体化信息平台、大体积混凝土智能温控系统、高土石坝碾压智能控制系统,高坝地基灌浆智能控制系统、大型地下洞室群围岩稳定变形互馈控制系统等。设计BIM技术、施工BIM技术、数值仿真和施工模拟技术,智能建造和智慧工地技术等的应用,提升了工程建造水平。
锦屏一级、杨房沟水电站建设中研发并应用了大体积混凝土温度控制与防裂智能监控技术。白鹤滩、乌东德水电站工程建设基于“全面感知、真实分析、 实时控制”的智能控制理论,构建了以资源要素动态管理、业务流程数字化管理、工艺过程智能控制、结构安全与进度耦合分析及联动调控的数字化智能化系统。糯扎渡水电站构建了大坝综合数字信息平台,对高土心墙堆石坝填筑施工过程进行精细化的全天候实时监控;两河口水电站在此基础上突破了碾压机群无人驾驶堆石碾压智能控制关键技术。大型水电工程项目几乎都建立了建设管理综合信息系统和大数据中心,对工程设计、建设和运行过程中涉及的资源投入、施工过程、质量进度、计量支付等信息进行动态采集与数字化处理,基本实现了各种工程信息整合和数据共享。
三、水电开发的综合效益
在能源电力领域,水电是清洁可再生能源电力,具有技术成熟、调度运行灵活,环境友好、全生命周期成本低,综合效益显著等特点,对改善能源结构,减排温室气体,保护生态环境,保障能源安全和促进经济社会可持续发展具有十分重要的战略意义。
在水利及水资源领域,水库是调节洪水径流,解决水资源时空分布不均,实现水资源优化配置的不可或缺的基础设施。在流域防洪保安、河流生态修复、引调水水源开发,促进灌溉、供水和改善航运条件等方面起到不可或缺的作用。
此外,水电建设的产业链条长,还可规模化拉动有效投资、带动产业优化升级、改善西部地区基础设施和民生条件,对国家如期打赢精准扶贫攻坚战、推进乡村振兴发挥了重要作用。
1.梯级水库为防范化解重大风险提供保障
十八大以来,我国建设了金沙江白鹤滩、乌东德、溪洛渡,雅砻江两河口,大渡河双江口等一批高坝大库,这些控制性水库显著提升了流域综合调控能力。通过联合调度、优化运行,不仅提高了全梯级水电发电量,为电力保供作出重要贡献,而且还显著提升了流域防洪抗旱能力。截至2020年底,全国各大江河水库群总库容超过9300亿m3,可调度总库容超5000亿m3,专设防洪库容约1800多亿m3,通过水资源调配、蓄洪补枯,显著降低了洪涝和水旱灾害的损失,长期困扰中华民族生存发展的大范围水患、大面积持续干旱已经成为历史。
流域梯级开发带来了高精度、系统化、全覆盖的流域基础监测信息,通过科学分析与优化调度,可提升重大灾害预警能力和重大风险防控能力。2018年10月、11月,金沙江上游川藏河段分别发生滑坡堵江事件,形成“10.11”和“11.03”白格堰塞湖,给流域系统安全构成重大威胁。应急处置中,结合水文监测预警、电站调度优化,并结合科学合理的工程措施,妥善处置了白格堰塞湖堵江重大风险,未造成人员伤亡,最大限度减轻了下游沿江人民群众生命财产损失。
2.保护河流生态促区域经济社会协调发展
受全球气候变化的影响,极端气象灾害、地质灾害频发,自然河流并不能自身维持其健康状态,河流生态退化已成趋势。水库工程建设重构河流生态空间,改善了以人为本的生态关系,增加河流生态系统的环境容量,促进了江河流域经济社会协调可持续发展。
黄河流域通过一系列水利水电工程的联合调度和水资源调控,基本满足了沿河两岸大量新增的工农业和居民生活用水需求。“有水见绿”、“人水和谐”,沿河生态和人居环境条件大为改善,“黄河决口改道”、“黄河断流”现象已不再重演。长江流域乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、二滩、锦屏一级、两河口等干支流调节水库建设,有效缓解了金沙江、雅砻江等干热河谷生态环境退化进程,沿河两岸植被恢复常年披绿。随着金沙江岗托、龙盘和双江口等调节水库陆续建成投运,将进一步缓解长江流域沿江经济发展与水质水量之间的矛盾,提高对流域水资源优化配置和防洪的调控能力,助力长江经济带可持续发展。
3.可再生能源开发支撑新型电力系统构建
十八大以来,我国水电新增装机规模约1.42亿千瓦,在总新增电力发电装机中占比达11.5%,累计发电量达10.72万亿千瓦时,相应节约32.16亿吨标准煤,减少排放二氧化碳67.38亿吨、二氧化硫2398万吨、氮氧化物2496万吨,对减轻大气污染和控制温室气体排放起到重要的作用,发挥了巨大的生态效益,对助力实现非化石能源消费占比目标、促进能源结构绿色低碳转型具有重要意义。
水电机组启停迅速、运行方式灵活、负荷跟踪能力强的特点,能够发挥调峰、填谷、储能等功能,是电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源和长周期储能措施,在波动性、间歇性风光电新能源占比逐步提高的新型电力系统中,将发挥重要的电量和容量支撑效益,保障电力系统安全可靠与稳定运行,为电力系统大规模接入和高效消纳风光新能源创造条件。
4.投资拉动力助巩固脱贫致富与乡村振兴
我国水电资源富集的西部地区,因自然条件和历史条件的因素,经济社会发展水平总体较落后。水电资源开发带动基础设施建设、劳动力培训和转移安置、传统产业结构优化调整,增加了地方政府财税收入,改善了移民生产生活条件,对推动贫困地区的经济增长、实现区域协调发展具有十分重要的意义。
十八大以来,特别是2015年,党中央作出了打赢脱贫攻坚战的决定。《能源发展“十三五”规划》中明确指出,要“坚持能源发展和脱贫攻坚有机结合,推进能源扶贫工程,重大能源工程优先支持革命老区、民族地区、边疆地区和集中连片贫困地区”。水电建设将移民群众脱贫致富、困难群众帮扶和改善移民生产生活条件作为水电开发重要任务之一,对西部地区如期打赢脱贫攻坚战发挥了重要作用。截至2020年底,“十三五”期间水电行业累计完成投资约3800亿元,从在建水电分布来看,“三区三州”深度贫困地区的工程建设投资估计超过2000亿元。
水电建设可以直接推动地方电力行业固定资产投资大幅上升,加快当地固定资产形成,促进上下游相关产业发展。通过投资和消费两个环节拉动地方GDP增长,给地方提供大量税收,增强地方财政实力,推动地方经济社会发展。以2019年核准的金沙江拉哇水电站为例,项目建设总投资约300亿元。初步测算工程建设期的税收贡献将超过18亿元,运行期间每年还可为地方政府提供税收4亿元。可见水电开发能够为国家和地方政府持续贡献财政收入。
5.开发水电服务民生促进西部可持续发展
党和政府始终把发展水电作为改善贫困地区人民生产生活条件、促进地区经济社会发展的重要举措。《能源发展“十三五”规划》更是明确要坚持能源发展和脱贫攻坚有机结合,坚持“扶志”和“扶智”相统筹,通过投资、纳税、精准扶贫等多种方式充分发挥对贫困地区人员就业、经济发展的带动作用;建立健全水电开发利益共享机制,多措并举增加居民收入、服务改善民生、助力共同富裕。
水电开发带动了西部区域及库周交通、电力等基础设施以及学校、医院、市场等公共服务设施的建设与提升,城镇化安置移民进一步提高了库区城镇化水平,水电建设期与运行期带来的巨大的资金流、信息流、物流和人流,促进了建筑、旅游与服务等第二、第三产业的结构调整与优化升级,将地区的资源优势变成发展优势,带动当地经济快速增长。
在当前持续巩固乡村振兴和拉动地方经济融合发展的背景下,充分发挥水电站风景秀美、交通便利的优势,将水电运营与地方旅游、康养和乡村振兴建设紧密融合,建成了众多的水电产业生态文明示范区和风景名胜旅游景区,推动水电工程及其周边区域社会经济全面协调可持续发展。?
四、历史经验的启示和光辉前景
成就彪炳史册,历史启示未来。总结历史经验,我们深刻地认识到,第一、河流水电开发离不开党和政府的高度重视和关怀、离不开国家政策引领和保障,从科学发展观到新发展理念,从坚持生态优先、绿色发展,到坚持以人民为中心、实现共同富裕,充分体现了党和国家领导人对水电的关心和支持。历史证明只有中国共产党才能带领人民群众做好江河流域水电开发利国利民这篇大文章;第二、河流水电开发体现了社会主义制度集中力量办大事的优越性,从“国之重器”三峡工程,到两河口、乌东德、白鹤滩等一座座高坝大库巨型电站,从引进消化吸收,到自主创新发展,突破核心关键技术,解决工程建设难题,无一不是社会主义制度优越性的光辉典范;第三、坚持创新引领,坚持产学研用一体化发展,技术支撑发展,创新引领发展。我国水电开发行业形成了最完备的现代产业链体系,水电开发建设管理、勘察设计、科技攻关、标准化建设、装备制造、施工建造和运行维护等的能力和水平不断提升,成为国内国际水电工程建设市场主力军,为我国基础设施建设和“一带一路”国家水电开发作出了重要贡献。
“十四五”开启了第二个百年目标新征程,远景目标确定2035年基本建成社会主义现代化强国;实施“3060双碳目标”,必须大力开发可再生能源,构建以新能源为主体的新型电力系统,前景光明,任务艰巨。面对百年未有之大变局,面对更加严峻的防洪安全、能源安全、粮食安全和生态安全形势,中国水电行业要勇敢承担起水电、新能源等可再生能源开发的历史使命和责任,在中国共产党的坚强领导下,披荆斩棘、攻坚克难,继续勇攀高峰。在新时代、新形势和新要求下,我们相信,中国可再生能源开发“又好又快”、更加安全可靠、更加坚定步稳、更加绿色环保。让水电及新能源事业更好服务国家发展战略,服务人民群众美好生活,使我们共同生活的环境更加美丽富有生机。
白鹤滩水电站——单机容量100万千瓦的千万千瓦级巨型水电站
锦屏一级水电站——世界上最高的混凝土双曲拱坝(坝高305米)
龙滩水电站——世界上设计最高的碾压混凝土重力坝?(216.5m)
两河口水电站——高原上最高的心墙土石坝(坝高?295米)
溪洛渡水电站—300m级特高混凝土双曲拱坝
水布垭水电站——世界最高面板堆石坝(坝高233m)
丰宁——世界上装机规模最大的抽水蓄能电站
长龙山——国内水头最高的抽水蓄能电站
溧阳抽水蓄能电站上下水库(远眺)
溧阳抽水蓄能电站地下厂房发电机层
天荒坪抽水蓄能电站上水库
呼和浩特抽水蓄能电站上、下水库全景
冬天里的呼和浩特抽水蓄能电站上水库
绩溪抽水蓄能电站发电机层