格魯吉亞未開發(fā)的水電資源評估

[] B.

格魯吉亞未開發(fā)的水電資源評估

[瑞士] B.奎格利等

為促進可再生能源的利用以及吸引對水力資源的投資，格魯吉亞能源部批準了“2008年可再生能源”國家規(guī)劃。然而有些水電站因缺少系統(tǒng)整合規(guī)劃，發(fā)電量受到影響。一直以來,徑流式電站的日漸增多對蓄水式電站的發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。格魯吉亞能源發(fā)展基金會認為迄今為止所作的研究并不充分。為了解決該問題，格魯吉亞能源發(fā)展基金會啟動了對格魯吉亞所有主要流域以及河流的總體規(guī)劃研究，包括里奧尼河、英古里河，庫拉河、古里亞河和阿賈那河。介紹了總體規(guī)劃研究的方法、評估內(nèi)容、成果和結論。

水電開發(fā)；總體規(guī)劃；格魯吉亞

格魯吉亞對水力發(fā)電進行了大量的研究。該國第一座水電站于1892年開始運行。自那時起，在全國范圍內(nèi)不斷規(guī)劃、研究、開發(fā)、實施及運行水電站。目前，格魯吉亞處在運行的水電項目有60個，其中已建項目27個，約有70條支流準備進行進一步水電開發(fā)。由于高加索范圍內(nèi)優(yōu)良的水文條件以及豐富的自然資源，水力發(fā)電項目在格魯吉亞得到了有計劃、有組織地發(fā)展。但考慮到未來發(fā)展需求，總體調(diào)節(jié)能力(電網(wǎng)的調(diào)峰能力)實際上仍顯不足,因此，必須特別注重發(fā)展蓄水式電站項目。

1 格魯吉亞潛在的水力資源

格魯吉亞位于主高加索山脈南側、黑海的東側。國土總面積為69 000 km2，人口數(shù)量約為400萬。

水資源以及水力發(fā)電資源是格魯吉亞最重要的自然資源之一。充沛的降水、多山地勢條件、豐富的地表徑流以及巨大的儲水量使其具備充分的水電資源開發(fā)條件。

格魯吉亞擁有26 000多條河流，總長59 800 km。它們大多屬于小型河流(占所有河流的99.3%)，長度均小于25 km。所有地表水流的水電資源蘊藏量相當于裝機容量26 GW(229 GWh)。大、中、小型河流的理論水電資源蘊藏量達到16 GW(年發(fā)電量137 GWh)。經(jīng)濟可開發(fā)量估計在45～50 GWh。

格魯吉亞水力資源分布不均：西部地區(qū)占72%，東部地區(qū)占28%。

水電資源集中在位于格魯吉亞西北部地區(qū)的幾條主要河流，即科多里(Kodori)河、布茲皮(Bzip)河、克拉蘇爾(Kelasuri)河、內(nèi)斯卡拉(Nenskra)河、里奧尼(Rioni)河以及茨海尼斯茨卡利(Tskhenis Tskali)河。

約60%的水電資源蘊藏量集中在30條河流上，約34%的集中在6條大型河流(英古里(Enguri)河、里奧尼河、庫拉(M+kvari)河、科多里河、布茲皮河以及茨海尼斯茨卡利河)上。這些可開發(fā)的河流水電資源蘊藏量和單位河長水電資源蘊藏量見圖1。

圖1 可開發(fā)的河流水電資源蘊藏量和單位河長水電資源蘊藏量

2 水電開發(fā)現(xiàn)狀

格魯吉亞第一座水電站建于19世紀末20世紀初。1913年該國所有電站裝機容量總和約為2 MW，年發(fā)電量為9 MWh。

格魯吉亞一些大、中型電站建于1950～1985年之間，它們在當時屬于裝機容量和發(fā)電量都較大的電站，包括：英古里電站(1 300 MW)、瓦爾德尼里(Vardnili)梯級電站(340 MW)、瓦特斯克(Vartsikhe)梯級電站(184 MW)、卡拉米(Khrami)梯級電站(223 MW)、少里-特基布里(Shaori-Tkibuli)梯級電站(118 MW)、拉亞努里(Lajanuri)電站(112 MW)以及古馬提(Gumati)電站(67 MW)。

一些大型項目，如裝機容量達700 MW的胡東尼(Khudoni)電站和450 MW的納馬科瓦尼(Namakhvani)電站于20世紀80年代動工，但由于多種原因項目均未完工。

到20世紀末，約有60座電站(最小的裝機容量為0.5 MW，最大的為1 300 MW)建成并投入運行。格魯吉亞目前在運行的電站總裝機容量約為2 800 MW，年發(fā)電量為8.0 TWh。因此，迄今為止格魯吉亞僅利用了其約16%的水能資源。

3 “2008年再生能源”國家規(guī)劃

2008年4月，為刺激可再生能源的利用并吸引投資，格魯吉亞能源部批準了“2008年再生能源”國家規(guī)劃。該規(guī)劃基于建設(Build)、運營(Operate)和所有權(Own)的“BOO”模式，在潛在能源替代列表(詳見格魯吉亞能源部網(wǎng)站)中對人們關注的電站進行了排名。該列表包括了80多座富有潛力的中、小型電站(裝機容量在5～100 MW)。根據(jù)上述方案，自2008年以來格魯吉亞啟動了約40個電站開發(fā)計劃，項目均處于實施中。另外，部分正處于不同研究階段的項目也將在不久后實施。

20世紀被迫中止的2個大型項目(裝機700 MW的胡東尼電站和裝機450 MW的納馬科瓦尼梯級電站)最近重新啟動并處于開發(fā)流程中，暫定于2017年開始建設。另外，裝機容量為280 MW的內(nèi)斯卡拉電站于2015年開工。裝機容量為108 MW的達里阿里電站(Dariali)已于2016年完工。

一些已經(jīng)得到開發(fā)并獲取授權的項目，存在總體監(jiān)管能力不足的問題。因此，提出了以下需要注意的事項：

(1) 是否應特別重視發(fā)展蓄水式電站以糾正過度發(fā)展徑流式電站的不平衡。

(2) 迄今為止是否所作研究都已完成。

(3) 研究是否涵蓋了流域內(nèi)所有可能合適的站址。

(4) 是否存在被遺漏或仍未被勘查的支流。

(5) 這些支流未來是否可能得到開發(fā)。

(6) 是否有可能通過提高其發(fā)電出力，開發(fā)更好的運行模式，發(fā)揮與上游其他電站的協(xié)同作用，或通過增加蓄水功能實現(xiàn)調(diào)控目的，改進現(xiàn)有電站。

該研究旨在系統(tǒng)和客觀地回答上述問題，為進一步水電開發(fā)提供可能性。

4 水電資源蘊藏量評估

4.1 概 述

該研究預計分兩個不同的階段進行：

(1) 階段一。對每個選定流域的水電資源蘊藏量逐一進行篩選及評估。

(2) 階段二。對幾個具有開發(fā)前景的工程站址進行初步可行性研究。

第一階段。采用由斯塔基(Stucky)有限公司評估開發(fā)的評估軟件，并結合地形圖、衛(wèi)星圖像、初步水文數(shù)據(jù)分析等較傳統(tǒng)方式，對選定流域的水電資源蘊藏量進行評估分析。

第二階段。分析所選場址的初步可行性。重點針對幾個布局構造(選項)進行財務可行性分析，對每處站址進行優(yōu)化以達到最佳效率。選項分析作為該可行性研究的主要目的，為每個擬定場址確定最具前景的項目配置方案，對建設成本進行初步估算，評估水電資源蘊藏量，最終明確該規(guī)劃的成本效益，為日后更詳細的可行性研究提供決策支持。

4.2 電站站址初選方法

4.2.1 簡 介

采用“自下而上”模式用于評估水力發(fā)電的站址是較為常見的方法。工程師憑借歷史經(jīng)驗和特有的“直覺”，判斷出河流沿岸可能存在的適宜水電開發(fā)的站址。進水口通常位于有利的位置，便于調(diào)整大壩高度以適應當?shù)貤l件。然而，項目最終可能只反映了設計者或開發(fā)者的意圖，預算可能超出了其實際可開發(fā)量以及國家需求?！白韵露稀钡脑u估模式可能導致小型電站的串聯(lián)開發(fā)，它們本可以被那些更大型的電站所替代，因為大型電站更能滿足電網(wǎng)能源需求并以更協(xié)調(diào)的方式開發(fā)水電資源。

該研究遵循的評估方式為“自上而下”。首先考慮的是獨立于其他任何參數(shù)的流域地形和水量。將這兩組參數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)組合,通過計算機代碼算法可以掌握整個流域地形(山脈，山谷等),并找到流域內(nèi)最具有水電開發(fā)潛力的站址。該方法能探測到具有優(yōu)良水力資源的支流，擺脫了人力物力的限制。區(qū)別于傳統(tǒng)方法，這種客觀數(shù)字化篩選的結果從某種意義上來說與現(xiàn)實以及隨后需要考慮的相關限制條件脫節(jié)。

為判斷這些擬選站址是否正確，首先必須與由傳統(tǒng)方式開發(fā)的水電項目進行比較。這項基準測試對于校準“自上而下”的方法以及驗證由“自下而上”方法得出的結論是不可或缺的。

圖2 基于ArcGIS 9.2軟件的HIT過程

4.2.2 電站站址初選工具(HIT)軟件

“自上而下”方法的第一步是數(shù)字化模擬流域地形并將其與數(shù)字水文聯(lián)系起來。由斯塔基公司開發(fā)的計算機編碼(HIT)可以用來執(zhí)行此任務。

使用該程序只需掌握少量基本信息，如數(shù)字高程模型(DEM)和水文數(shù)據(jù)(降雨量或平均年徑流量)，即可以極低成本在大范圍地區(qū)使用。使用地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件ArcGIS 9.2執(zhí)行數(shù)據(jù)處理過程詳見圖2。雖然計算時間較長，但其分析覆蓋面較廣。同時為了克服時間長的問題，數(shù)據(jù)處理過程已實現(xiàn)自動化。利用自動分界的水域進行初步水電資源蘊藏量評估分析。

對每組可能的發(fā)電站和相關聯(lián)的進水口，軟件計算其水位差和裝機容量，并估算年發(fā)電量，隨后計算方案的單位成本和總成本。比較每個進水口計算所得結果以選擇單位發(fā)電量成本最低的電站。

除水文條件外，軟件還對潛在流量、水量、水頭、裝機容量、年發(fā)電量以及導水管的直徑和長度做出了估算。經(jīng)過大量可行性研究和現(xiàn)有計劃的驗證，計算出包括導水管、進水口、土建工程和機電設備以及運行和維護的總成本。

HIT是一件非常有效的工具，基于不同河流和集水區(qū)，對其水電資源蘊藏量進行了系統(tǒng)地篩選，過程冗長且繁瑣。HIT強大的計算能力能防止遺漏可能的“隱藏”點。然而HIT僅適用于徑流式電站,并不適應修建另外水壩(用于增加水位差)或水庫(用途更復雜)或?qū)嵤┛缌饔蛘{(diào)水帶來的地形改變。一旦初始篩選完成，通過實地考察可以對擬選站址作進一步分析和改進。

4.2.3 初選可能的水電站站址

在完成水電資源蘊藏量的評估后，電站選址即可遵循以下方式逐步實施：

(1)站址初選?？赏耆蒆IT軟件完成。通過對流域地形和水文情況進行處理，初選出可能的站址。如上所述，這些選址必須進行進一步地分類和篩選，這就需要大量的工程專業(yè)知識，也是HIT在下階段所需要解決的問題。

(2) 比較與驗證。對那些采用非HIT方法得出的選址進行比較驗證是非常重要的一步。實際上，若2種方法(傳統(tǒng)“自下而上”法與HIT“自上而下”法)的趨同則表示對其進行了正確估計。

(3) 排除。盡管從流域地勢和水文條件衡量，一些擬選站址特別合適，但是仍須被排除，這是因為它們可能不屬于新站址，或是位于限制性區(qū)域(自然公園，密集住宅區(qū)等)。以下地點不宜作為備選站址：環(huán)境保護區(qū)或國家公園；已開發(fā)、計劃建造或獲準開發(fā)區(qū)域；發(fā)電效益較低位置；人口密集區(qū)域或環(huán)境敏感區(qū)域。

(4) 初步案頭研究。對HIT輸出數(shù)據(jù)進行篩選后，初步進行內(nèi)業(yè)分析，幫助確認最終結果。內(nèi)業(yè)研究主要基于地形河流剖面(源自ASTER數(shù)據(jù))、衛(wèi)星圖像和地形圖的分析以及更精確的水文數(shù)據(jù)。

(5) 互補篩選。為了確保HIT軟件未遺漏某一站址，采用基于地形圖和已知潛力的傳統(tǒng)工程評估法來對選址列表進行補充。

(6) 實地考察證實。這是評估階段的最后一步。在完成案頭研究后，應對備選場址進行實地考察，以確認它們對當前條件和局部限制、傳輸、訪問等方面的相關性。

5 前期研究改進

在研究框架內(nèi)，對幾年前的相關研究進行了梳理，主要有以下發(fā)現(xiàn)。

(1) 對擬選站址的交通需要改進；

(2) 地形和地質(zhì)條件總體上較適宜水電項目開發(fā)；

(3) 可獲取區(qū)域歷史水文信息；

(4) 幾乎所有現(xiàn)存的研究均建議利用現(xiàn)有水力資源建徑流式電站。擬建的水電站因受季節(jié)性河流流量變化的影響，只可作為間歇性能源。

從以上分析情況看，應大幅改進以往研究。

盡管現(xiàn)有的研究考慮了整個流域和流域內(nèi)大量的水資源情況，以及地形和水文模式的多樣性，但考慮到環(huán)境和社會方面因素，對包括徑流式電站、季節(jié)性電站、抽水蓄能電站或小、微型水電項目等不同類型水電計劃的開發(fā)機會仍然存在。

因此，建議對主要流域進行綜合水資源管理研究(總體規(guī)劃)，為其重新分配不同類型的蓄水方案。主要目標是通過分析調(diào)水，梯級水電站運行管理或抽水蓄能等各種方案之間可能產(chǎn)生的協(xié)同作用，優(yōu)化水資源在環(huán)境和社會方面的利用，以及根據(jù)需求和其發(fā)展過程，擬定一個總體投資計劃，明確電力項目的最佳實施時間表。

6 新擬定站址

基于“自上而下”的方法，HIT程序客觀地評估了近10 000處裝機容量0.5 kW～25 MW的合適的站址(進水口和發(fā)電站為一組),其中因絕大多數(shù)河流支流發(fā)電效益較小而無法在本研究框架下作進一步分析。有望成為水力發(fā)電站址的大約有110處。表1列出了篩選得到的在英古里河、里奧尼河、庫拉河、古里亞(Guria)河和阿賈那(Adjara)河地區(qū)可建電站站址數(shù)量。最終，所有擬定場址的總裝機容量預計約1 013 MW(年發(fā)電量4 700 GWh)。

表1 篩選得到的可建電站站址及相應特征參數(shù)

一些已處在運營中或已獲得開發(fā)許可的項目，其發(fā)電潛力早已得以確認,因此，最適宜開發(fā)的站址的剩余潛能往往有限。然而，當前研究的結果顯示，由HIT軟件初選出的站址表明，裝機容量小于1～2 MW的水力發(fā)電項目開發(fā)潛力最為顯著，對其可行性研究可以作為進一步調(diào)查的方向。

該國不同地區(qū)之間，特別是在偏遠山區(qū)，交通落后、信息閉塞且互通性較差，這對有較大潛力的水力發(fā)電項目的可行性產(chǎn)生了影響。地方基礎設施的建設對全面開發(fā)國內(nèi)水電資源極其重要，這是格魯吉亞政府在將來亟待解決的重要問題之一。

根據(jù)GEDF的要求，此次研究成果主要考慮了具有日調(diào)節(jié)功能的徑流式電站。與一般徑流式電站相比，這種類型的電站造價較為昂貴，而格魯吉亞目前的關稅結構不適用于這些項目。然而，如果未來該國關稅政策得到完善，帶動電站的財務狀況也能得到改善，則可激發(fā)開發(fā)商對項目的投資興趣。

對調(diào)峰和電網(wǎng)穩(wěn)定性需建的大型調(diào)節(jié)水庫而言，盡管作了大量努力，但仍未能找到合適的新站址。但是，針對里奧尼河、特斯克里斯特斯卡利河、庫拉河以及英古里河所提出的開發(fā)計劃項目，如奧尼(Oni)梯級電站、特斯克里斯特斯卡利梯級電站、開石(Kaishi)電站、胡東尼計劃、帕里(Pari)項目或托巴里(Tobari)電站，以及庫拉河上的梯級電站，為對此類項目感興趣的開發(fā)者提供了機會。

7 結 語

建議對主要流域進行綜合水資源管理研究(總體規(guī)劃)，并對不同類型的蓄水項目重新制定相應的方案；分析調(diào)水，梯級電站運行管理或抽水蓄能等方案之間可能的協(xié)同作用；適當考慮環(huán)境和社會方面因素，優(yōu)化水資源的利用；分析總負荷需求以及其在短期、中期和長期的變化規(guī)律，從而擬定一個最佳的電力項目總體投資實施計劃。

2017-06-19

1006-0081(2017)10-0005-04

TV213

A

趙越譯

(編輯李曉濛)