小水電站的更新改造

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　1、世界小水電站改造、擴(kuò)容的潛力估計(jì)

　　上世紀(jì)70年代以來(lái)，由于石油價(jià)格飛漲、礦石燃料儲(chǔ)蓄量的有限性及其嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，世界對(duì)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)小水電的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，到70年代已經(jīng)停止發(fā)展并廢棄了大量小水電站，這時(shí)又開始重新發(fā)展，包括新開發(fā)和恢復(fù)更新、改造舊電站。一批發(fā)展中國(guó)家，也紛紛制訂了宏偉的計(jì)劃，興建了一批小水電站。經(jīng)過(guò)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(huì)”（HEA）從在該協(xié)會(huì)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(lái)世界性水電站更新改造的潛力有了很大增長(zhǎng)。特別是北美洲與歐洲一些國(guó)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(jì)將保持70％左右。。

　　受世界銀行委托，亞太地區(qū)小水電研究培訓(xùn)中心于2004年對(duì)新疆小水電改造規(guī)劃作了專題考察，提出了報(bào)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(duì)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(duì)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(guó)際機(jī)構(gòu)，包括世界銀行、國(guó)際能源署以及國(guó)際水電協(xié)會(huì)等等都紛紛看好這個(gè)市場(chǎng)，給予了充分重視。他們注意到，更新改造對(duì)現(xiàn)有電站運(yùn)行性能的改善、效益的提高、壽命的延長(zhǎng)都能起到顯著作用。為此，世界銀行于2004年就委托法國(guó)電力公司水電工程中心研發(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(duì)舊電站重新投資，予以更新。該大綱于2004年12月編制完成，其目的是幫助決策人員對(duì)水電站的更新擴(kuò)容工作制訂出合理的規(guī)劃以及最佳的實(shí)施時(shí)間表。

　　這個(gè)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(guò)程中的選站、審批、投資及實(shí)施等各個(gè)環(huán)節(jié)，使之有序順利開展并獲得較高的內(nèi)部收益率（IBR）。大綱里所指的更新改造還包括大壩安全與水資源的優(yōu)化利用。

　　如前節(jié)所說(shuō)，全球水電站更新改造與擴(kuò)容的潛力約為1000萬(wàn)kW（不包括中國(guó)），水電設(shè)備協(xié)會(huì)（HEA）估計(jì)，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(xiàng)長(zhǎng)期投資、運(yùn)行費(fèi)用極低的工程，可以惠及幾代人。項(xiàng)目的初期投資一經(jīng)歸還（如10年左右），這項(xiàng)水電資源所提供的財(cái)務(wù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)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(huì)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)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(duì)水資源的可持續(xù)利用作出貢獻(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，例如設(shè)計(jì)、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(shuō)，正確的維護(hù)、修理對(duì)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，但維修不能完全消除設(shè)施的老化過(guò)程，因此到了一定時(shí)段，為了避免電站收入減少，以及運(yùn)行維修費(fèi)用的增加，更新改造仍是必須的。國(guó)外有專家把維修和更新改造對(duì)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(shí)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(jì)水平；還可通過(guò)擴(kuò)容等手段，進(jìn)一步提高性能。如何確定這個(gè)點(diǎn)，就是我們所要研究的問(wèn)題。

　　更新改造與維修和新建項(xiàng)目都有很大不同。并有可能陷于二者之間而被忽視，使決策人不能正確估計(jì)改造擴(kuò)容的方案在滿足水與能源增長(zhǎng)的需求中的作用。這也是世界銀行要求開發(fā)這種決策方法的原因，使決策人能夠正確評(píng)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(guó)電力公司編制的這個(gè)決策大綱為改造擴(kuò)容項(xiàng)目提供了一個(gè)實(shí)用的決策方法，用以選擇易于吸引投資、便于實(shí)施的優(yōu)化項(xiàng)目。大綱的實(shí)施按下列6個(gè)步驟進(jìn)行：

　　1）先對(duì)大壩和水電站作一個(gè)基本情況評(píng)估，包括擴(kuò)容和性能優(yōu)化方案的鑒定；

　　2）對(duì)已明確的水量和電力供應(yīng)、以及安全、環(huán)保與社會(huì)發(fā)展的需求進(jìn)行審查；

　　3）根據(jù)上述2個(gè)步驟所取得的資料，明確可能改造擴(kuò)容項(xiàng)目的規(guī)模；

　　4）以多條件定性分析的方法對(duì)一批可能的項(xiàng)目進(jìn)行篩選，選出一批數(shù)目適當(dāng)?shù)捻?xiàng)目供研究；

　　5）以多條件定量的方法對(duì)選出的項(xiàng)目進(jìn)行排隊(duì)，包括深入的經(jīng)濟(jì)分析以及確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、社會(huì)與環(huán)境性能、融資的可能情況和實(shí)施的時(shí)間進(jìn)度等等；

　　6）對(duì)首選的幾個(gè)項(xiàng)目編制一份實(shí)施計(jì)劃，包括時(shí)間進(jìn)度、預(yù)期的融資安排、設(shè)備采購(gòu)措施、初步工作計(jì)劃以及對(duì)可行性研究的任務(wù)要求。

　　上述大綱框架的最主要部分是各種需求的系統(tǒng)分析以及能否及時(shí)引入資金的情況，這二者影響最終結(jié)果。此外，這個(gè)大綱的方法也是為了將可比的項(xiàng)目數(shù)限制在合理的范圍內(nèi)，從而盡可能精簡(jiǎn)方案評(píng)估過(guò)程。

　　當(dāng)然，這種方法并不能到處生搬硬套，而仍需要因地、因項(xiàng)目制宜，從明確主要目的開始，并對(duì)有些已經(jīng)具備開工條件的項(xiàng)目多加考慮。

　　4、改造、擴(kuò)容的決策人與投資人需考慮的重點(diǎn)

　　除了上述決策方法外，法國(guó)電力公司還研究提出了一些建議供決策人和融、投資方考慮：

　　1）為便于舊電站基本情況評(píng)估，業(yè)主應(yīng)建立并保存正確的運(yùn)行、維修記錄；

　　2）在決策過(guò)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)予充分挖掘；

　　4）改造、擴(kuò)容實(shí)施（施工期）的“機(jī)會(huì)之窗”應(yīng)充分論證、確定（如影響和費(fèi)用損失最小的停機(jī)時(shí)間）；

　　5）在充分利用設(shè)備供應(yīng)商的現(xiàn)代新技術(shù)的同時(shí)，獨(dú)立專家在決策過(guò)程中的重要作用也應(yīng)予以重視；

　　6）采取與決策過(guò)程中不同階段相適應(yīng)的創(chuàng)新、靈活的設(shè)備訂購(gòu)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)方案；

　　8）決策人在考慮新設(shè)施的方案時(shí)，還應(yīng)同時(shí)研究現(xiàn)有設(shè)施擴(kuò)容的方案；

　　9）對(duì)改造擴(kuò)容的項(xiàng)目應(yīng)考慮其現(xiàn)有環(huán)境與社會(huì)情況的處置，適當(dāng)分配合作伙伴之間的利益、成本和責(zé)任；

　　10）應(yīng)采用適當(dāng)?shù)囊?guī)程以保證改造擴(kuò)容項(xiàng)目的合理開發(fā)與實(shí)施；

　　11）對(duì)有些不能產(chǎn)生直接效益的改造擴(kuò)容項(xiàng)目，如大壩安全項(xiàng)目，則需要多邊投資機(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(duì)改造擴(kuò)容的特殊效益的認(rèn)識(shí)。

　　5、資金籌集問(wèn)題

　　改造擴(kuò)容項(xiàng)目的內(nèi)部收益率IBR是很有吸引力的，?？蛇_(dá)到20％以上，可以說(shuō)是典型的高收益項(xiàng)目。但是，水電站的改、擴(kuò)工程在頭幾年內(nèi)的資金流還是要比火電站等項(xiàng)目差，所以仍可能面臨資金不足的挑戰(zhàn)。從圖2的進(jìn)程中看，選擇對(duì)投資人具有吸引力的項(xiàng)目是第4步（即項(xiàng)目篩選）所需注意的重要條件。

　　在水電站的改造、擴(kuò)建項(xiàng)目中，采用公、私合作多渠道融資及分期投入的方式是可行的。對(duì)多機(jī)組的水電站，改造、擴(kuò)建期較長(zhǎng)，但只要在第一臺(tái)機(jī)改、擴(kuò)完工后，即可先行投產(chǎn)，資金收入情況就會(huì)好轉(zhuǎn)。這種分期投產(chǎn)的方式可以減少對(duì)投資的需求，還可以降低工程成本。因此，項(xiàng)目業(yè)主應(yīng)當(dāng)充分利用改擴(kuò)項(xiàng)目的這種分期投入的創(chuàng)新的方法。當(dāng)然，在項(xiàng)目實(shí)施的初期，還是需要多邊投資機(jī)構(gòu)（這是從國(guó)際上說(shuō)。但從國(guó)內(nèi)說(shuō)還是要政府機(jī)構(gòu)）的支持，而在部分機(jī)組投產(chǎn)后，就可由私營(yíng)企業(yè)接管，繼續(xù)投資。對(duì)于一些資本金不足的私營(yíng)企業(yè)，政府仍是重要的推動(dòng)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表明，土耳其的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可開發(fā)的水電資源為3 500萬(wàn)kW，其中有340萬(wàn)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1 160萬(wàn)kW，其發(fā)電量為全國(guó)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(wàn)kW.直至2004年以前，還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)改造工作。2004年，土耳其電力總局委托法國(guó)電力公司水電工程中心（EDF-CIH）制訂一個(gè)規(guī)劃大綱并對(duì)優(yōu)選的項(xiàng)目提出一份可行性研究報(bào)告。該任務(wù)從2004年7月開始，2005年3月完成，并另由法國(guó)電力公司未參與該規(guī)劃開發(fā)工作的幾位工程師對(duì)規(guī)劃大綱進(jìn)行評(píng)估，以保證大綱為水電專家所理解，并有現(xiàn)實(shí)意義。

　　這個(gè)實(shí)例研究了在土耳其如何應(yīng)用這個(gè)大綱，對(duì)決策有什么予期，大綱又怎樣指導(dǎo)具體改造擴(kuò)建項(xiàng)目的實(shí)施。在完成需求審查和原有設(shè)施基本情況的評(píng)估等過(guò)程后，確定了5個(gè)規(guī)模不同的項(xiàng)目，從一項(xiàng)設(shè)備的改造到整個(gè)電網(wǎng)全部設(shè)施的更新。該5個(gè)項(xiàng)目為：

　　1）更新135萬(wàn)kW的柯班電站；

　　2）對(duì)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(duì)薩卡耶河流域主要水電站的改造；

　　4）提高少數(shù)幾個(gè)主要水電站的水輪機(jī)效率；

　　5）改進(jìn)少數(shù)幾個(gè)主要（有戰(zhàn)略意義的）水電站的服務(wù)設(shè)施，如擔(dān)任旋轉(zhuǎn)備用和全停電后的起動(dòng)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)容的最佳項(xiàng)目。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(tái)15.75萬(wàn)kW，于1974年投產(chǎn)；柯班2站為4臺(tái)18萬(wàn)kW，于1985年投產(chǎn)。

　　然后對(duì)柯班改造項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究，以確定項(xiàng)目的具體細(xì)節(jié)，包括所需成本與收益。該項(xiàng)目的改造任務(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(jí)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(lái)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(dòng)控制系統(tǒng)。

　　根據(jù)評(píng)估結(jié)果，業(yè)主決定實(shí)施改造計(jì)劃，于2006年開工，2011年完工。編制工程設(shè)計(jì)與設(shè)備訂貨任務(wù)的咨詢單位已經(jīng)選定。主要招標(biāo)工作計(jì)劃于2006年底起動(dòng)。目前，業(yè)主正在為此籌資。

　　“大綱”在土耳其改、擴(kuò)項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，說(shuō)明其實(shí)用性，可作為決策者的有力工具，并適應(yīng)國(guó)家在時(shí)間和任務(wù)范圍方面的限制。該大綱可使改擴(kuò)項(xiàng)目的決策和實(shí)施過(guò)程更為有效，并保證所選項(xiàng)目在水電對(duì)持續(xù)發(fā)展的一般貢獻(xiàn)范疇內(nèi)發(fā)揮全面效益。

　　實(shí)例研究之二：中國(guó)新疆

　　受世界銀行委托，亞太地區(qū)小水電研究培訓(xùn)中心于2004年派專家組對(duì)新疆小水電作了系統(tǒng)調(diào)查，并對(duì)20余座電站作了深入的考察。考察報(bào)告認(rèn)為新疆現(xiàn)有119萬(wàn)kW小水電站運(yùn)行時(shí)間都已有20～40年，存在問(wèn)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、且今后有能力歸還貸款的15座小水電站，作為第一批改造項(xiàng)目，這批項(xiàng)目原有裝機(jī)總?cè)萘?0.4萬(wàn)千瓦，改造、擴(kuò)容后可增容2.98萬(wàn)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3 600元，遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)匦陆娬就顿Y6 000～8 000元／kW.說(shuō)明更新改造的經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。

　　考察報(bào)告指出，現(xiàn)有小水電存在的問(wèn)題為：機(jī)組性能落后，制造質(zhì)量差；控制、保護(hù)設(shè)備陳舊，自動(dòng)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)劃方案與原則。對(duì)需要改造的電站進(jìn)行分類，采取不同改造方式。針對(duì)電站具體情況，因地制宜、進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，緊密結(jié)合和妥善處理各個(gè)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(duì)設(shè)備進(jìn)行整體更換的；

　　2）主設(shè)備局部改造，輔機(jī)及電氣控制、保護(hù)設(shè)備整體更換；

　　3）對(duì)現(xiàn)在的實(shí)際水頭或流量比原設(shè)計(jì)大的或小的電站，可增容改造或減容改造。

　　改造規(guī)劃除對(duì)上述各類改造提出了詳細(xì)技術(shù)方案和措施，還對(duì)增容改造的電站提出了一些關(guān)鍵性技術(shù)環(huán)節(jié)。

　　從規(guī)劃的原則、實(shí)施細(xì)則及其可操作性來(lái)看，和法國(guó)電力公司編制的“大綱”，有許多相似之處，又有一些不同之處，可以互為補(bǔ)充。利用二者結(jié)合的方法，可作為今后一個(gè)國(guó)家或一個(gè)地區(qū)小水電改造規(guī)劃的指導(dǎo)，可能產(chǎn)生理想的效果。

　　參考文獻(xiàn)：

　　Framework for Deciding to Rehabilitate and Uprate HydroFacilities[J].《HRW》，2006，（7）。

　　呂建平。新疆小水電考察與改造可行性研究（向世界銀行的報(bào)告）[R].2004，10.