小水電站的更新改造

小水電站的更新改造小水電站的更新改造1世界小水電站改造、擴(kuò)容的潛力估計上世紀(jì)70年代以來，由于石油價格飛漲、礦石燃料儲蓄量的有限性及其嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，世界對可再生能源的興趣持續(xù)升溫，技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)最可行的小水電尤其受到青睞。上世紀(jì)早期就積極開發(fā)小水電的西方興旺國家，到70年代已經(jīng)停止開展并廢棄了大量小水電站，這時又開始重新開展，包括新開發(fā)和恢復(fù)更新、改造舊電站。一批開展中國家，也紛紛制訂了宏偉的方案，興建了一批小水電站。經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，許多電站陸續(xù)開始老化。最近有一家“水電設(shè)備協(xié)會〞〔HEA〕從在該協(xié)會登記的世界范圍小水電站機(jī)電設(shè)備訂貨清單中發(fā)現(xiàn)近10年來世界性水電站更新改造的潛力有了很大增長。特別是北美洲與歐洲一些國家的小水電站大多是在50年代至80年代建造的，它們所屬更新設(shè)備的份額在今后10年內(nèi)估計將保持70％左右〔見表1〕。

從表1可看出，2022年的估計，北美和歐洲需要更新改造的小水電總?cè)萘康竭_(dá)680萬kW，這是個不小的數(shù)目。加上中、南美洲，中東及非洲，全球估計接近1000萬kW。他們對更新改造設(shè)備的投入按每千瓦100美元估計，共需10億美元。事實(shí)上，許多改造工程，每千瓦100美元是不夠的。以上統(tǒng)計數(shù)字均未包括中國的。中國小水電大規(guī)模建設(shè)始于70年代，許多電站迄今已運(yùn)行10～30年以上不等。據(jù)前幾年不完全統(tǒng)計，大致情況如下〔見表2〕：

經(jīng)初步了解，有更新改造、擴(kuò)容需求的小水電站約為8000MW，這些電站普遍技術(shù)性能差，不同程度存在許多技術(shù)問題：如運(yùn)行不穩(wěn)定，長期在非優(yōu)工況下運(yùn)行，出力缺乏；或泥砂磨損與汽蝕嚴(yán)重，轉(zhuǎn)輪亟待更換；有的原設(shè)計、水文資料缺乏，使機(jī)組選型不當(dāng)?shù)鹊取Ｊ苁澜玢y行委托，亞太地區(qū)小水電研究培訓(xùn)中心于2022年對--小水電改造規(guī)劃作了專題考察，提出了報告。詳情見本文實(shí)例研究之二。2改造擴(kuò)容工作需要有序進(jìn)行

對舊電站的更新、改造、擴(kuò)容和開發(fā)新電站一樣，也應(yīng)當(dāng)有序進(jìn)行，而不能隨意、一轟而上。面對全球現(xiàn)有水電站需要更新、改造與擴(kuò)容的巨大潛力，眾多的國際機(jī)構(gòu)，包括世界銀行、國際能源署以及國際水電協(xié)會等等都紛紛看好這個市場，給予了充沛重視。他們注意到，更新改造對現(xiàn)有電站運(yùn)行性能的改善、效益的提高、壽命的延長都能起到顯著作用。為此，世界銀行于2022年就委托法國電力公司水電項目中心研發(fā)、編制一套舊電站更新、擴(kuò)容的規(guī)劃、決策大綱，用以促進(jìn)現(xiàn)有電站的業(yè)主們對舊電站重新投資，予以更新。該大綱于2022年12月編制完成，其目的是幫忙決策人員對水電站的更新擴(kuò)容工作制訂出合理的規(guī)劃以及最正確的實(shí)施時間表。這個大綱全名“大壩與水電站更新改造擴(kuò)容的規(guī)劃與決策大綱〞，可用以指導(dǎo)大壩與水電站改造擴(kuò)容過程中的選站、審批、投資及實(shí)施等各個環(huán)節(jié)，使之有序順利發(fā)展并獲得較高的內(nèi)部收益率〔IBR〕。大綱里所指的更新改造還包括大壩平安與水資源的優(yōu)化利用。如前節(jié)所說，全球水電站更新改造與擴(kuò)容的潛力約為1000萬kW〔不包括中國〕，水電設(shè)備協(xié)會〔HEA〕估計，總需投資至少10億美元。這么大的投資規(guī)模必須在合理規(guī)劃指導(dǎo)下，有序進(jìn)行。水電站是一項長期投資、運(yùn)行費(fèi)用極低的項目，可以惠及幾代人。工程的初期投資一經(jīng)償還〔如10年左右〕，這項水電資源所提供的財務(wù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益幾乎可延續(xù)上百年，作為水與能源交換的一種主要方式，它可以成為全社會持續(xù)開展的一個重要工具。雖然改造擴(kuò)容工作可以使現(xiàn)有舊電站發(fā)揮最大效益，從而對水資源的可持續(xù)利用作出奉獻(xiàn)，但是電站的性能在運(yùn)行年限內(nèi)還受其他一些因素的影響，示例設(shè)計、施工和維修的質(zhì)量。因此，有必要深入研究并明確改造、擴(kuò)容的具體內(nèi)容及其定位。一般說，正確的維護(hù)、修理對保證水工結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行是十分重要的，但維修不能完全打消設(shè)施的老化過程，因此到了一定時段，為了防止電站收入減少，以及運(yùn)行維修費(fèi)用的增加，更新改造仍是必須的。國外有專家把維修和更新改造對電站性能的影響定性地畫出一幅曲線圖，形象地表示更新、改造的時間。如圖1所示，當(dāng)電站性能降低到加速惡化前，就必須利用更新改造將其恢復(fù)到原設(shè)計水平；還可通過擴(kuò)容等伎倆，進(jìn)一步提高性能。如何確定這個點(diǎn)，就是我們所要研究的問題。更新改造與維修和新建工程都有很大不同。并有可能陷于二者之間而被無視，使決策人不能正確估計改造擴(kuò)容的計劃在滿足水與能源增長的需求中的作用。這也是世界銀行要求開發(fā)這種決策辦法的原因，使決策人能夠正確評估改造擴(kuò)容的效益。3改造擴(kuò)容規(guī)劃決策大綱的框架法國電力公司編制的這個決策大綱為改造擴(kuò)容工程提供了一個實(shí)用的決策辦法，用以選擇易于吸引投資、便于實(shí)施的優(yōu)化工程。大綱的實(shí)施按以下6個步驟進(jìn)行〔見圖2〕：

1〕先對大壩和水電站作一個根本情況評估，包括擴(kuò)容和性能優(yōu)化計劃的鑒定；2〕對已明確的水量和電力供給、以及平安、環(huán)保與社會開展的需求進(jìn)行審查；3〕根據(jù)上述2個步驟所取得的資料，明確可能改造擴(kuò)容工程的規(guī)模；4〕以多條件定性分析的辦法對一批可能的工程進(jìn)行篩選，選出一批數(shù)目適當(dāng)?shù)墓こ坦┭芯浚?〕以多條件定量的辦法對選出的工程進(jìn)行排隊，包括深入的經(jīng)濟(jì)分析以及確定風(fēng)險等級、社會與環(huán)境性能、融資的可能情況和實(shí)施的時間進(jìn)度等等；6〕對首選的幾個工程編制一份實(shí)施方案，包括時間進(jìn)度、預(yù)期的融資安頓、設(shè)備采購措施、初步工作方案以及對可行性研究的任務(wù)要求。上述大綱框架的最主要局部是各種需求的系統(tǒng)分析以及能否及時引入資金的情況，這二者影響最終結(jié)果。此外，這個大綱的辦法也是為了將可比的工程數(shù)限制在合理的范圍內(nèi)，從而盡可能精簡計劃評估過程。當(dāng)然，這種辦法并不能到處生搬硬套，而仍需要因地、因工程制宜，從明確主要目的開始，并對有些已經(jīng)具備動工條件的工程多加考慮。4改造、擴(kuò)容的決策人與投資人需考慮的重點(diǎn)除了上述決策辦法外，法國電力公司還研究提出了一些倡議供決策人和融、投資方考慮：1〕為便于舊電站根本情況評估，業(yè)主應(yīng)建立并保留正確的運(yùn)行、維修記錄；2〕在決策過程中，應(yīng)明確界定業(yè)主和運(yùn)行單位各自應(yīng)負(fù)的責(zé)任，以保證繼續(xù)維護(hù)與改造擴(kuò)容工作的順利轉(zhuǎn)換；3〕非結(jié)構(gòu)性措施如水管理優(yōu)化等應(yīng)予充沛挖掘；4〕改造、擴(kuò)容實(shí)施〔施工期〕的“時機(jī)之窗〞應(yīng)充沛論證、確定〔如影響和費(fèi)用損失最小的停機(jī)時間〕；5〕在充沛利用設(shè)備供給商的現(xiàn)代新技術(shù)的同時，獨(dú)立專家在決策過程中的重要作用也應(yīng)予以重視；6〕采取與決策過程中不同階段相適應(yīng)的創(chuàng)新、靈活的設(shè)備訂購方式；7〕為保證改造、擴(kuò)容效益的持續(xù)性，還應(yīng)建立一套新的健全的電站維護(hù)計劃；8〕決策人在考慮新設(shè)施的計劃時，還應(yīng)同時研究現(xiàn)有設(shè)施擴(kuò)容的計劃；9〕對改造擴(kuò)容的工程應(yīng)考慮其現(xiàn)有環(huán)境與社會情況的處置，適當(dāng)分配合作搭檔之間的利益、本錢和責(zé)任；10〕應(yīng)采用適當(dāng)?shù)囊?guī)程以保證改造擴(kuò)容工程的合理開發(fā)與實(shí)施；11〕對有些不能產(chǎn)生直接效益的改造擴(kuò)容工程，如大壩平安工程，那么需要多邊投資機(jī)構(gòu)的支持；12〕必須提高各類決策人〔如電力公司，有關(guān)部門和投融資商等等〕對改造擴(kuò)容的特殊效益的認(rèn)識。

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5資金籌集問題改造擴(kuò)容工程的內(nèi)部收益率IBR是很有吸引力的，?？傻竭_(dá)20％以上，可以說是典型的高收益工程。但是，水電站的改、擴(kuò)項目在頭幾年內(nèi)的資金流還是要比火電站等工程差，所以仍可能面臨資金缺乏的挑戰(zhàn)。從圖2的進(jìn)程中看，選擇對投資人具有吸引力的工程是第4步〔即工程篩選〕所需注意的重要條件。在水電站的改造、擴(kuò)建工程中，采用公、私合作多渠道融資及分期投入的方式是可行的。對多機(jī)組的水電站，改造、擴(kuò)建期較長，但只要在第一臺機(jī)改、擴(kuò)完工后，即可先行投產(chǎn)，資金收入情況就會好轉(zhuǎn)。這種分期投產(chǎn)的方式可以減少對投資的需求，還可以降低項目本錢。因此，工程業(yè)主應(yīng)當(dāng)充沛利用改擴(kuò)工程的這種分期投入的創(chuàng)新的辦法。當(dāng)然，在工程實(shí)施的初期，還是需要多邊投資機(jī)構(gòu)〔這是從國際上說。但從國內(nèi)說還是要政府機(jī)構(gòu)〕的支持，而在局部機(jī)組投產(chǎn)后，就可由私營企業(yè)接管，繼續(xù)投資。對于一些資本金缺乏的私營企業(yè)，政府仍是重要的推動者和靠山。6實(shí)例研究實(shí)例研究之一：土耳其土耳其具有世界水電資源的1％左右，土耳其電力總局〔EUAS〕和其他一些主管部門研究的成果說明，土耳其的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可開發(fā)的水電資源為3500萬kW，其中有340萬kW正在開發(fā)施工中。土耳其電力總局擁有100多座水電站，總裝機(jī)容量1160萬kW，其發(fā)電量為全國電力的113。這些電站中，有的是早在1902年投產(chǎn)的，容量從0．2～240萬kW。直至2022年以前，還沒有進(jìn)行過改造工作。2022年，土耳其電力總局委托法國電力公司水電項目中心〔EDF-CIH〕制訂一個規(guī)劃大綱并對優(yōu)選的工程提出一份可行性研究報告。該任務(wù)從2022年7月開始，2022年3月完成，并另由法國電力公司未參與該規(guī)劃開發(fā)工作的幾位項目師對規(guī)劃大綱進(jìn)行評估，以保證大綱為水電專家所理解，并有現(xiàn)實(shí)意義。這個實(shí)例研究了在土耳其如何應(yīng)用這個大綱，對決策有什么予期，大綱又怎樣指導(dǎo)具體改造擴(kuò)建工程的實(shí)施。在完成需求審查和原有設(shè)施根本情況的評估等過程后，確定了5個規(guī)模不同的工程，從一項設(shè)備的改造到整個電網(wǎng)全部設(shè)施的更新。該5個工程為：1〕更新135萬kW的柯班電站；2〕對幼發(fā)拉底河流域所有水電站全面運(yùn)行情況的更新；3〕對薩卡耶河流域主要水電站的改造；4〕提高少數(shù)幾個主要水電站的水輪機(jī)效率；5〕改良少數(shù)幾個主要〔有戰(zhàn)略意義的〕水電站的效勞設(shè)施，如擔(dān)任旋轉(zhuǎn)備用和全停電后的起動能力等等。按照大綱工作步驟進(jìn)行，柯班水電站被選為在土耳其進(jìn)行改造、擴(kuò)容的最正確工程。建在幼發(fā)拉底河上的柯班電站是土耳其第三大水電站，分兩階段建成的：柯班1站為4臺15．75萬kW，于1974年投產(chǎn)；柯班2站為4臺18萬kW，于1985年投產(chǎn)。然后對柯班改造工程進(jìn)行可行性研究，以確定工程的具體細(xì)節(jié)，包括所需本錢與收益。該工程的改造任務(wù)為：1〕更新水輪機(jī)導(dǎo)葉以減少滲漏；2〕將柯班1站的發(fā)電機(jī)定子線圈更換為F級絕緣以增加機(jī)組出力；3〕將柯班2站的發(fā)電機(jī)定子接線恢復(fù)到原來的性能與效率；4〕改造頻率與電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)；5〕改造機(jī)組控制系統(tǒng)；6〕實(shí)施一套全自動控制系統(tǒng)。根據(jù)評估結(jié)果，業(yè)主決定實(shí)施改造方案，于2022年動工，2022年完工。編制項目設(shè)計與設(shè)備訂貨任務(wù)的咨詢單位已經(jīng)選定。主要招標(biāo)工作方案于2022年底起動。目前，業(yè)主正在為此籌資。“大綱〞在土耳其改、擴(kuò)工程中的成功應(yīng)用，表明其實(shí)用性，可作為決策者的有力工具，并適應(yīng)國家在時間和任務(wù)范圍方面的限制。該大綱可使改擴(kuò)工程的決策和實(shí)施過程更為有效，并保證所選工程在水電對持續(xù)開展的一般奉獻(xiàn)范疇內(nèi)發(fā)揮全面效益。實(shí)例研究之二：中國--受世界銀行委托，亞太地區(qū)小水電研究培訓(xùn)中心于2022年派專家組對--小水電作了系統(tǒng)調(diào)查，并對20余座電站作了深入的考察?？疾靾蟾嬲J(rèn)為--現(xiàn)有119萬kW小水電站運(yùn)行時間都已有20～40年，存在問題很多。經(jīng)分析和初步規(guī)劃、篩選，提出了有必要改造、技術(shù)上可行、且今后有能力償還貸款的15座小水電站，作為第一批改造工程，這批工程原有裝機(jī)總?cè)萘?0．4萬千瓦，改造、擴(kuò)容后可增容2．98萬kW，約為原有裝機(jī)容量的29％，需要投入資金約1億元，平均每千瓦投資3600元，遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)匦陆娬就顿Y6000～8000元／kW。表明更新改造的經(jīng)濟(jì)效益是十清楚顯的?？疾靾蟾嬷赋?，現(xiàn)有小水電存在的問題為：機(jī)組性能落后，制造質(zhì)量差；控制、愛護(hù)設(shè)備陳舊，自動化程度低；機(jī)組部件磨損與汽蝕嚴(yán)重；有的設(shè)備嚴(yán)重老化，絕緣下降等等。并提出技術(shù)改造的規(guī)劃計劃與原那么。對需要改造的電站進(jìn)行分類，采取不同改造方式。針對電站具體情況，因地制宜、進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，緊密結(jié)合和妥善處理各個電站的不可變或不宜改變的制約條件，在有限的投資情況下，盡量增加年發(fā)電量、提高電站經(jīng)濟(jì)效益。不同電站大體分類如下：1〕需要對設(shè)備進(jìn)行整體更換的；2〕主設(shè)備部分改造，輔機(jī)及電氣控制、愛護(hù)設(shè)備整體更換；3〕對現(xiàn)在的實(shí)際水頭或流量比原設(shè)計大的或小的電站，可增容改造或減容改造。改造規(guī)劃除對上述各類改造提出了詳細(xì)技術(shù)計劃和措施，還對增容改造的電站提出了一些關(guān)鍵性技術(shù)