【摘要】我国水能资源主要蕴藏在西部地区，在西部大开发中，要加快西部水电开发，实行“西电东送”。水电站向当地供电和“西电东送”向东南沿海地区供电，其差别在于输电电压的高低和输电距离的远近，输电距离越远，就要采用较高的电压，输电电压越高、距离越远，输电工程的投资就越大，一般说远距离输送尖峰负荷，季节性电能和备用容量是不经济的，因此当水电站确定作为“西电东送”电源时，在装机容量选择的动能经济计算就应当考虑远距离输变电投资，水电站装机容量就不可能选得过大。

其实水电“西电东送”，不仅会影响装机容量的选择，还会影响水电站水库的正常高水位和死水位的选择。正常高水位的高低直接影响坝高，决定着建筑工程量和工程要花费的人力、物力和资金，以及水库淹没损失与之相应的国民经济损失等；另一方面，正常高水位的高低又决定着水库的大小和调节性能，水电站的水头、出力和发电量，以及防洪、灌溉、给水、航运、养鱼、环保、旅游等综合利用效益，还决定着水电站工程满足发电及各水利部门综合用水要求的情况和水资源的利用程度。所以正常高水位选择的影响因素很多，本文暂且不谈，主要讨论“西电东送”与水电装机容量选择。

一、传统的水电站装机容量选择方法的缺点

水电站装机容量是指水电站所有机组额定容量的总和，它是水电站的主要参数之一。装机容量大小直接影响到水电站的规模和动能效益、水能资源的利用程度及水电站的投资和设备的合理利用，它的选择是一个比较复杂的动能经济问题。还因为要遵守水资源综合利用原则和动力资源整体利用原则，只有从整体出发，用系统工程的观点，正确处理好水电站与其他水利和动力工程之间的关系和相互影响，才能选出经济合理的方案，发挥最大的国民经济效益。

我国传统的选择水电站装机容量的方法，是从前苏联那里学来的，是符合电力工业垂直垄断管理和计划经济原则的。水电站装机容量从规划设计角度分为最大工作容量（或保证工作容量）、备用容量和重复容量三个部分。

最大工作容量，一般有调节水电站都是按符合设计保证率要求的日平均出力所能提供的能量，在设计水平年系统最高负荷日承担尖峰负荷来确定其最大工作容量。

备用容量，即电力系统运行所需的负载备用容量、事故备用容量和检修备用容量。一般大型蓄水式水电站要多承担负载备用和事故备用容量。

重复容量，当水电站的最大工作容量和备用容量选定之后，如果丰水季节仍然会发生大量需水时，为了充分利用水能资源，就要设置重复容量，多发季节性电能。确定水电站安装多少重复容 量的动能经济计算中，一般只考虑增加重复容量所需要增加的水电站厂房和水轮发电机组的投资和运行费用，其效益是节省火电厂的煤耗。

设水电站重复容量补充千瓦投资和年运行费用分别为KH、μH、则增重复容量△NH所增加的投资为△K=KH.△NH，增加的年费用为△μH=UH△NH；相应增加的年季节电能为△EH=△NH.HD（HD为经济利用小时数/年），所节省的火电厂煤耗费用为△B=1.05.△Ehbs(1.05为折算系数，b为单位燃料消耗kg/kw.h.s为燃料价格元/kg)。重复容量的经济寿命为n年，资金效益系数为ro。则设置补充千瓦重复容量的经济条件为：

△KH≤△B-△μH/1+r0 +△B-△μH/（1+r0）2+……+△B-△μH/（1+r0）n

相应各项值代人上式并简化得：

KH≤（1.05hdbs-μH）*（1+r0）n-1/r0（1+r0）n

即：hd≥（KH*r0（1+r0）n/(1+r0)n-1+μH）/1.05bs

上式为多装一千瓦重复容量的经济判别式，即多装一千瓦重复容量的年利用小时数h,能满足上式的条件，才能确定装置重复容量的数值。

按照这种办法来选择装机容量，如果是满足当地消耗时，可能出现以下问题：

1、水电站投产初期装机容量不可能全部利用。由于水电站的最大工作容量和备用容量是按水电站投产后十五年的电力系统负荷水平设计的，照理讲要到十五年以后才能充分利用其全部装机容量。特别是我国近几年由于电价结构严重不合理，电力负荷曲线中的尖峰负荷偏高，峰谷差偏大，负荷率偏低；随着电力市场化改革，电价结构趋向合理化，再加上推行电力需求侧管理，电力负荷曲线形状变化，尖峰负荷比例下降，负荷率提高，水电站的工作容量和备用容量也可能出现不能全部利用。此外，还有水电站设计时，对于负荷预测的准确性也有极大关系。

现在有些水电站投产后，特别是碰到负荷增长率没有达到预期的水平，新建水电站的装机和发电量未能充分利用，就大肆谴责电力系统调度不公，这是不合情理的。水电站投产初期，最大工作容量和备用容量小，多余的容量只能算是重复容量，重复容量发出的重复电能，只能替代火电厂的煤耗，只有把电价降下来才能让已有的火电厂停下来。如果新建水电站非要卖高价，又要让已有火电厂停下来，这是不符合市场经济原则的。

这就是说，在水电站设计中，如何确定设计水平年？如何预测电力负荷？如果确定负荷曲线形状？对水电站装机容量选择关系极大，值得认真研究。

2、水电站保证率偏低对电力系统危害甚大，水电站保证率的大小，对水电站工作容量大小影响极大，目前水电站设计保证率定得较低，对电力系统的危害甚大，在水电站设计中，选择水电站的设计保证率时，要求分析水电站所在电力系统的用户组成和负荷特性，电力系统中水火电站的比重，河川经流特性及水库的调节性能，以及保证系统用电可能采取其他备用措施等，由于情况复杂，不易用数字来准确表达，一般都采用规程推荐的数字来选用。目前水利水电工程设计规范所推荐的数字比较低，如规程规定，电力系统中水电容量比重为25%以下，采用80%-90%；比重在25%-50%时，采用90%-95%；比重为50%以上时，采用95%-98%。现在一方面知识经济，信息经济的蓬勃发展对供电可靠性提出越来越高的要求，另一方面气候的异常变化和人类活动对自然环境的影响使河川经流发生很大的变化，水电站一旦遇到枯水年和特枯水年，将对国民造成巨大损失。

美国加州2000年夏季天气酷热、负荷剧增，而酷热的天气往往降雨量大大减少，水电站的发电能力和发电量大减；火力发电厂由于天然气价格暴涨也减少发电，结果促成了加州电力危机。我国四用省原来发电能力有富裕，2000年二滩水电站投产后，电能无法消纳，全国哗然；但是到2001年春季，四川省却出现了缺电，原因是全省水电站出现了枯水。还有湖北省，原来是我国电力供应最富足的省区之一，但自2001年12月份以来，湖北持续寒冷的气温，使用电负荷陡增，由于火电厂燃料严重不足和水电站来水不足，（2001年6月中旬至10月15日，湖北降雨量偏少，承担湖北电力45%供应量的各大水库，蓄水同比减少四至五成，有的接近死水位，相当部分水电机组难以发电）， 出现了严重缺电和拉闸限电，幸好邻近地区给予支持，遂使缺电局面的深度有所降低。

在垂直垄断，统收统支的计划经济体制下，发电、输电、配电统一核算，反正肉烂在锅里，由电力系统统一负责，对电力用户拉闸限电造成的经济损失由用户自己负担，水电站碰到枯水年，特枯水年保证率破坏，电力系统不致于造成多大损失。但是随着电力体制改革的进行，实行厂网分开，竟价上网，健全合理的电价形成机制以后，水电站保证率破坏所造成的经济损失，就应当由水电站来负担；一方面对邻近电网支持的电力要支付高价，对用户拉闸限电要进行赔偿。因此，对于水电站设计保证率的选取要持慎重态度，对降低水电站设计保证率要进行经济分析和风险评价。

3、水电站增加重复容量要考虑季节性电能的消纳。为了减少水电站的弃水，设置重复容量，多发季节性电能，以减少弃水是对的。特别是由于将来在上游梯极水电站水库的修建，对河川经流进行补偿调节，可以提高水电站的保证出力，有可能使重复容量和季节性电能部分或全部转化为工作容量和保证电能。但是水电站设置重复容量必须考虑电力系统吸收季节性电能的能力，这个问题在水电比重小的东北、华北、华东等地区不突出、但是对于水电比重大、季节性电能多的西南地区问题就很突出。前面介绍确定水电站重复容量的动能经济计算的缺点，是不考虑电网对季节性电能的吸收能力，凡是电网不能吸收的季节性电能，是没有节约大电厂发电煤耗的效益的，其价值为零；另一个问题是，在重复容量的动能计算中，其投入部分只考虑水电站增加的投资和年运行费用，包括输电损失。正是由于在确定水电站重复容量的 动能计算中存在一些问题，使得水电站的重复容量过多过大，在水电比重大的电力系统中出现大量弃水电能。

目前我国南方一些水电比重大的省份，每年讯期都为减少弃水电能费尽心机，有的省区确实有一些该停发的火电没有停下来，增加了弃水电能；但也有些省、区确实无法消纳全部季节性电能引起弃水。在水电比重大，重复容量多的电网，要想做到完全不弃水是不可能的。1984年当时中央领导同志视察刘家峡水电站，厂长汇报时说，刘家峡水电站每年要弃掉电能8亿多千瓦时，浪费了水能资源。当时中央领导指示将弃水电能送到兰州和十八个干旱县用于电炊，兰州每千瓦时4分，干旱县农村每千瓦时3分，后来发现所谓弃水电能大部分属于不能过机发电的洪水，少部分是由于刘家峡讯期调峰弃掉的后夜低谷电能，这部分弃水电能在后夜，是不可能用于居民电炊的（因为居民不可能在半夜里做饭用电）。南方有些省水电站重复容量过多，出现夏季水电站被迫弃水弃电，而冬季又出现出力和电量不足；小水电调节性能差，有雨就有电，无雨就无电，季节性电能很多；大中型水电站调节性能差，季节性电能也不少，结果在讯期只能采取等比例弃水，以求得公平合理。正是由于这个原因，有的省就是提出水火比例失调，要求增加火电比重，以吸纳水电站季节性电能。实际上解决办法有两条，一条是放慢水电开发，增加火电比重；另一条是继续加大水电开发，减少水电站的重复容量。从能源资源合理利用，节省煤炭、石油、天然气等化石燃料，保护生态环境出发，还是加大水电开发，多建调节性能好的水电站，减少水电站的重复容量为好。总之，要改进水能设计方法，水电站增加重复容量要考虑季节性电能的消纳问题。

二、“西电东送”要改进水电站装机容量选择

西部水电站就地利用与西部水电站“西电东送”，在装机容量选择上是有差别的。西部水电就地利用时，可以承担系统尖峰负荷，承担电力系统的备用容量，还可以根据当地对季节性电能接纳程度，增加重复容量；当西部水电站“西电东送”时，由于要通过长距离高压输电线输送，要增加输变电工程投资和运行费用，所以一般不宜送尖峰负荷和备用容量（水电站可以承担厂内备用），至于季节性电能，要看受端电网的年负荷曲线形状，如受端电网负荷夏季高、冬季低，在经济合理的条件下，可以输送部分比较稳定可靠的季节性电能。总之，要根据受端电网的需求和经济合理性来选择装机容量；也就是要根据受端电网能接纳的容量、电量和相应的电价来确定水电站装机容量的动能经济计算。最好能在水电站设计前与受端电网签订购售电合同，作为水电站选择装机容量的依据。也就是要以市场为导向来决定水电站的装机容量。这就使得水电站装机容量选择变得复杂起来了。

1、当水电站电能全部外送时，水电站装机容量要按照受端电网的要求，在考虑水电站的投资加超高压远距离输变电工程投资，来选择装机容量和其他各项水电站的重要参数（包括正常高水位，死水位等）。

2、当水电站电能部分外送，部分满足当地电力需求时，就要相应按照外送的满足当地电力需求两种要求来进行装机容量的选择和设计。

3、如果水电站外送是暂时举措，将来水电站的电能要转为满足当地需求的，那么水电站装机容量选择是，既要考虑近期外送的装机容量选择和远期转为内需时的装机容量选择，在工程设计中要留有将来转为内需时进行扩机的可能。如广西水能资源和化石能源都不算丰富，近期开发龙滩水电站需要外送，从远期来看就有可能完全转为本身用电，在这类水电站设计中心必须考虑两种情况。

当然水电站装机容量选择还必须考虑河流梯级开发和综合利用的要求。

三、结语

西部水电大开发，西部地区水电比重必将上升。在“西电东送”的情况下，东部地区相应的水电比重也会有一定程度的上升。大型、特大型水电站装机容量的选择是一个值得深入探讨的问题，总的原则是呀以市场为导向，按照市场的要求，经济合理地选择水电站的装机容量，凡是市场不能消纳的容量和电量是毫无意义的。水电站的经济性不是表现在单位千瓦投资大小，关键是要看水电站的实际经济效益。其次，既要注意打破省间和地区间电力市场壁垒，也要避免片面强调水能资源的充分利用，因为水能资源的充分利用，例如季节性电能的充分利用要考虑具体条件，要增加输变电设备和投资，有时充分利用是得不偿失的；当大型、巨型水电站装机容量过大时，水电站建成初期发生一定数量的弃水电能是不可避免的。三是我国东南沿海省区市的高峰负荷出现的夏季，有可能消纳一部分西部的季节性电能；但是东南沿海地区获得天然气供应之后，就有可能发展热电联产，热电冷联产、冷电联产，使电力负荷曲线的形状发生变化；随着电力市场的发展，电力需求侧管理的推进，也可能使负荷特性发生变化；不要对东部地区消纳西部水电季节性电能寄予过高的期望。四是在西部水电大开发时，要仔细研究水电站的设计保证率，要认真吸取四川、湖北水电枯水出现缺电和拉闸限电的教训，在大规模的“西电东送”实施之后，如果发生枯水年，受影响的将不是几个省，而是大半个中国。因此，一方面要适当提高水电站的设计保证率，要做好水电站的调度运行工作，另一方面受端电网一定要有足够的备用容量，以防不侧。