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梯級水電站
梯級開發(fā)方式建成的水電站
水能是一種可再生能源，是一種很經(jīng)濟(jì)、很清潔的能源。我國水能理論蘊(yùn)藏量為6.8億千瓦，居世界首位。由于自然條件和技術(shù)上的原因，必須對河流進(jìn)行分段開發(fā)。即，自河流的上游起，由上而下地擬定一個河段接一個河段的水利樞紐系列、呈階梯狀的分布形式，這樣的開發(fā)方式稱為梯級開發(fā)。通過梯級開發(fā)方式所建成的一連串的水電站，稱為梯級式水電站。
基本信息
| 外文名 | cascade hydropower stations |
| 時間 | 1880年 |
| 中文名 | 梯級水電站 |
其他信息
| 定義 | 梯級開發(fā)建成的水電站 |
| 能源 | 水能 |
| 能源特點(diǎn) | 經(jīng)濟(jì)、清潔 |
| 開始時間 | 1880年 |
收起
概念
水能是一種可再生能源，是一種很經(jīng)濟(jì)、很清潔的能源。我國水能理論蘊(yùn)藏量為6．8億千瓦。
上述概念是一般的概念。實(shí)際生活中常說的梯級水電站，著重是指水能資源開發(fā)中，相鄰聯(lián)系比較緊密、互相影響比較顯著、地理位置相對比較靠近的水電站群。當(dāng)河流比較長、上下游相距很遠(yuǎn)時，我們則把它分成河段來考察，如黃河上游、岷江上游等，以便更好地揭示梯級電站的整體功能和有機(jī)聯(lián)系。
發(fā)展沿革
水力發(fā)電的出現(xiàn)，始于1880年（庚辰年）前后。當(dāng)時法國的塞爾美茲制糖工廠、英國的下屋化學(xué)工廠、美國的可拉礦山等都建立了小規(guī)模水電廠，主要用于自備的動力驅(qū)動。1882年前后，在美、英、法等國出現(xiàn)了專門供電的水電廠，其中以大發(fā)明家愛迪生在美國威斯康星州創(chuàng)建的亞伯爾水電站較為著名，（水頭3米裝機(jī)10．5千瓦），故常常把它作為水電站誕生的正式代表。在水電站創(chuàng)建的第一個10年，容量一般都很小。如瑞典1882年建立的該國第一座水電站，只有3馬力的容量；日本在1889年建立的該國第一座水電站也只有65馬力的容量。在水電站發(fā)展的第二個10年，裝機(jī)容量開始有較大增長。1892年，美國奈亞格拉水電站建成，安裝了11臺4000千瓦水輪發(fā)電機(jī)；1895年，美國尼加拉水電站發(fā)電，裝機(jī)達(dá)14．7萬千瓦。1895年，在法國下羅納河建成圣克來水電站，裝機(jī)10．7萬千瓦。在以后的兩個10年中，水電站規(guī)模迅速擴(kuò)大，裝機(jī)容量發(fā)展很快，美國的密西西比河從1913年至1930年的17年中，水電站裝機(jī)從14．7萬千瓦發(fā)展到965萬千瓦，增加了65倍。前蘇聯(lián)在此期間也修建了裝機(jī)達(dá)55．8萬千瓦的第聶伯水電站。但是，水電站發(fā)展的前40年中，多數(shù)國家都處于單目標(biāo)、單個電站孤立開發(fā)、獨(dú)立管理的狀態(tài)。唯有日本在20世紀(jì)的前30年中出現(xiàn)了按河流水系進(jìn)行梯級開發(fā)的趨勢，并取得了較好的成效。但是，當(dāng)時也沒有明確提出對河流進(jìn)行梯級開發(fā)的概念。
1933年，美國在田納西河流域的開發(fā)方案中首次提出多目標(biāo)梯級開發(fā)的主張，并加以實(shí)施。此后，康伯蘭河、密蘇里河、哥倫比亞河、科羅拉多河、阿肯色河等相繼按照田納西 河的開發(fā)方式進(jìn)行多目標(biāo)梯級開發(fā)。
水力發(fā)電發(fā)展的第二個40年，是梯級開發(fā)迅猛發(fā)展的時代。大多數(shù)發(fā)達(dá)國家在這一時期都以開發(fā)水能作為自己國家能源建設(shè)的重點(diǎn)，優(yōu)越的水電電源點(diǎn)大都獲得了開發(fā)。
發(fā)達(dá)國家水電建設(shè)從20世紀(jì)70年代以后開始走向平穩(wěn)發(fā)展時代。而拉美一些發(fā)展中國家則從60年代開始了水電建設(shè)的高潮，梯級開發(fā)進(jìn)展很快。巴西在1958年到1986年的28年中，對巴拉那河及其支流進(jìn)行了一連串梯級開發(fā)，共建成梯級電站17座，總庫容為179．22億立方米，總裝機(jī)達(dá)3958萬千瓦。這使它從1950年的水電裝機(jī)154萬千瓦居世界第12位躍居為世界第5位。
目前，世界上梯級水電站開發(fā)建設(shè)最完善的有美國和加拿大境內(nèi)的哥倫比亞河，干支流共建42座梯級、總裝機(jī)達(dá)3335萬千瓦，是世界上梯級數(shù)最多的河流；
蘇聯(lián)的葉尼塞河，干支流共建梯級9座，總庫容達(dá)4679億立方米，是世界上水庫庫容最大的河流；還有蘇聯(lián)的伏爾加河，法國的羅納河，加拿大的拉格朗德河，美國的密西西比河，歐洲的萊茵河、多瑙河等梯級水電站的開發(fā)建設(shè)都很有特點(diǎn)，不僅獲得了巨大的水電能源，而且獲得了綜合的社會經(jīng)濟(jì)效益。
我國水力發(fā)電起步雖然較晚，但梯級開發(fā)的嘗試卻并不比國外落后多久。1912年，在云南昆明滇池的出口上建造了我國第一座水電站――石龍壩水電站，安裝了兩臺240千瓦的水輪發(fā)電機(jī)。1936年，開始對四川長壽境內(nèi)的龍溪河進(jìn)行梯級開發(fā)的規(guī)劃設(shè)計。但因處于戰(zhàn)爭動亂中，到解放時僅完成了很少部分工程。新中國建立后，河流水能資源的梯級開發(fā)迅速發(fā)展。1959年建成了龍溪河梯級水電站，1973年建成了古田溪梯級水電站，1972年建成了以禮河梯級水電站，1980年建成了貓?zhí)?/a>梯級水電站，1986年建成了田洱河梯級水電站。但是，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的限制以及體制、政策方面的原因，新中國建立后的前30年，水力發(fā)電事業(yè)總的來說發(fā)展規(guī)模并不大。已開發(fā)建成的梯級電站都是中小型河流。迄今為止尚無一條大型河流完全實(shí)現(xiàn)了梯級開發(fā)。改革開放以來，特別是最近10年，水電開發(fā)日益引起各方面重視，梯級電站建設(shè)出現(xiàn)新的勢頭。黃河上游梯級經(jīng)過50年的開發(fā)建設(shè)，已建成5座大中型電站，形成312億立方米的庫容和擁有 300萬千瓦的裝機(jī)。紅水河梯級、大渡河梯級、岷江梯級正在開發(fā)建設(shè)之中。金沙江主要支流，雅礱江梯級開發(fā)和南向水系瀾滄江梯級開發(fā)也拉開了序幕。金沙江干流、烏江干流的開發(fā)也在計劃之中。如果水電開發(fā)的政策和體制能夠不斷完善，中國的水能資源的梯級開發(fā)將會以前所未有的速度發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)將會得到充足的、廉價的、衛(wèi)生的、可靠的能源供應(yīng)。
特征
河流實(shí)行梯級開發(fā)，梯級水電站的工作狀況同非梯級開發(fā)的個別獨(dú)立運(yùn)行電站就有很大的差別，具有獨(dú)立運(yùn)行電站所沒有的一些工況特征，這主要是：
梯級水電站對河流的水能利用特征非常明顯：在水頭利用上，是分級開發(fā)、分段利用；在水量利用上是多次開發(fā)、重復(fù)利用，因此，在上下梯級之間表現(xiàn)出明顯的相互影響的制約。由于整個梯級都受到上游來水的影響、下游梯級都受到上游水庫調(diào)節(jié)能力的制約、下一梯級受到上一梯級運(yùn)行工況的制約，因此梯級電站的調(diào)度不僅有各個電站的合理運(yùn)行調(diào)度問題，而且有整個梯級的優(yōu)化調(diào)度問題。所以，梯級電站必須實(shí)行整個梯級的統(tǒng)一調(diào)度，在滿足系統(tǒng)所給定的負(fù)荷曲線前提下，實(shí)行各個梯級站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，以便合理利用水力資源，提高水能利用率
一個河流梯級往往有多個電站，電站之間都相隔一定距離，廠區(qū)比較分散，戰(zhàn)線拉得較長，這就使生產(chǎn)指揮受到種種限制。如果各個電站開發(fā)方式、布置型式、機(jī)組型號和容量不一樣，這又使得生產(chǎn)技術(shù)管理復(fù)雜化。由于電站分散、生產(chǎn)和生活設(shè)施也相對分散，這就使得后勤管理比較復(fù)雜。為了適應(yīng)對梯級電站統(tǒng)一管理的要求，對梯級電站廠區(qū)內(nèi)的道路交通、通訊設(shè)施和其它管理技術(shù)手段也有很多特殊的要求?？傊?，梯級電站的生產(chǎn)管理必須有效解決好電站分散與管理集中之間的矛盾。
這主要指梯級電站與系統(tǒng)的關(guān)系問題，同時也涉及與所在地方之間的聯(lián)系。如果整個梯級同屬于一個電網(wǎng)，這種聯(lián)系相對單純一些。如果一個梯級分屬于不同的電網(wǎng)，那么梯級管理中的利益沖突與調(diào)節(jié)將是十分重要的問題。即便是屬于同一個電網(wǎng)，如果構(gòu)成梯級的電站所有權(quán)不一致，那么，也應(yīng)十分慎重地處理好電站――梯級――系統(tǒng)三者之間的利益關(guān)系。由于梯級電站跨越好幾個市縣甚至好幾個省區(qū)，這又涉及到不同地方之間的利益關(guān)系。這種關(guān)系不僅是電量分配問題，而且涉及利稅分配、水量分配、防洪安全、環(huán)境影響等多方面問題。
面臨問題
由于梯級電站的運(yùn)行工況具有上述基本特征，它的管理就面臨一些特殊問題。這主要是：
衡量一個河流梯級的效益大小，不在于梯級中個別電站的效益大小。一個梯級總廠的整體效益大于該梯級內(nèi)各個電站效益之和。這個道理是顯而易見的。因此，梯級電站的管理應(yīng)該把整個梯級的宏觀效益放在首位。首先，在調(diào)度管理上，必須在梯級優(yōu)化調(diào)度的前提下再進(jìn)行電站和機(jī)組間的優(yōu)化調(diào)度和負(fù)荷分配，使水能資源利用最充分、最合理，機(jī)組設(shè)備的利用效率最高；其次，在檢修管理上，要求整個梯級檢修設(shè)施總量最小，人員最精、效率最高，避免重復(fù)建設(shè)、設(shè)備閑置和人員分散浪費(fèi)；第三，在后勤管理上，生活基地、福利設(shè)施應(yīng)相對集中、統(tǒng)籌規(guī)劃等等。這些，都是涉及梯級管理的整體效益問題。
由于梯級電站運(yùn)行時要彼此受到制約和影響，因此，各梯級電站之間的安全也息息相關(guān)。梯級電站在管理中必須考慮整個河流梯級的安全問題，由此來決定上下游各級電站的安全運(yùn)行方式和在危急時刻的操作方式。這也是梯級電站管理中的特殊而重要的問題。
如果梯級電站實(shí)行集中管理，是否具備集中管理所要求的基本條件，這就是梯級管理的整體可行性問題。集中管理要求在技術(shù)上解決好遙測、遙訊、遙控、遙調(diào)手段配套可靠，調(diào)度、通訊手段暢通可靠，水工建筑、機(jī)組設(shè)備、自動化設(shè)備質(zhì)量可靠；還要解決好交通道路和運(yùn)輸能力，保證管理中心與各站之間、站與站之間不可須臾中斷的生產(chǎn)聯(lián)系和調(diào)度指揮。如果上述基礎(chǔ)條件不具備，則說明該梯級電站還不具備集中管理的條件，即整體可行性條件不足。
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