从美国水电问题分析中国水电改革缺陷
利水绿色能源集团有限公司
2012-8-27 15:22:08
现代化的电力工业，特征其实就是在电力短缺和电力富余之间找到平衡。44岁的本土学者何学民是四川省电力公司的研究专家，同时为麦肯锡等国际咨询公司提供专业意见。在研究了美国的水电开发后，他深感美国在电力体制整体规划中国家力量的强大，而这或许也是我国电力改革的缺陷所在。
水电开发的宏观
当2002年我作为《西南电力报》总编以及四川省电力系统官员，到美国做电力研究的时候，揣着一肚子的问题。2000年以后我国电力行业面临很多新问题，引发了社会上关于电力体制改革的公开大讨论。2002年中央终于下定决心实行“厂网分开”，我们处在了电力体制建设非常重要的转折期。
美国在上世纪三四十年代就迎来了水电高速发展期，水电行业将近一个世纪的发展，建设步伐早就慢了下来，但是方法和经验仍然世界领先。我是水电专业出身的高级工程师，对研究美国水电提出了一系列问题：美国如何进行水电资源的评估？其评估尺度与我国是否一致？美国人对水电站到底持什么态度？由谁建设水电站？怎么运行水电站？枯水期缺电怎么解决？美国怎么考虑水电的环境保护问题？环保分子是不是反对所有的水电？
当我把这些问题告诉美国某个电力专家时，他吃惊地告诉我：“你对这些问题的考虑与美国前田纳西州管理局考虑的问题太相似了，只不过有的是他们几十年前考虑的问题，有些是他们最近几年才开始考虑的问题。要把这些问题搞清楚，不是一件容易的事。因为时间跨度太大了。”于是我在图书馆查阅了大量资料，访问了不同大学的电力学者，也参观了美国著名的水电管理机构，对美国发展水电的科学方法，深有感触。
美国的水电开发是一项自上而下，由法律和政府职能直接提供保障的事业。由总统直接委托副总统，筹集相关部门的人，也就是高层领导带领高诚信的部门，通过国会给电力立法。不然像密西西比河这样的流域，涉及美国国土2/3的面积，没有一个高层强力机构的管理，很难协调各方利益。要了解美国水电的开发与管理，就必须知道三个机构，它们分别是：美国的工程师兵团、垦务局和田纳西流域管理局。上世纪30年代，美国密西西比河流域发生的大洪水给美国带来了巨大损失，为此美国工程师兵团开始修建大规模的防洪设施，其中包括水坝，这样就拉开了大规模水电开发的序幕。美国联邦垦务局归联邦内政部管辖，是美国为开发西部水资源而专设的一个机构，另一个开发水电的著名机构就是田纳西流域管理局。正是这些政府机构的强力管理，才使得美国对水电资源能够统筹考虑，这点也正是我国缺乏的。
1989年，美国召开了一次关于水电资源的会议，要求对美国剩余的水电资源进行一次评估。为此，能源部专门制订了一些评估标准，成立了5个小组，并对计算机程序需要的参数做了确定，开始大规模调查。美国的水电资源评估是非常透明和公开的，他们将评估的软件挂在网上，将他们输入的各种数据和处理方法也进行了公布。任何一个有疑问的人，都可以进行演算，并将演算结果与公布的结果对比。评估软件考虑的因素有：这个水电站附近是否有野生动物或野生植物、风景保护或者是历史保护区，是否有文化、渔业、地质、历史、娱乐或构成风景的一部分，是否有濒危鱼类或野生物种等。
在开发模式上，因为需要雄厚的实力，所以多数流域采取了联合开发模式。比如美国哥伦比亚河流的水电资源极为丰富，大型水电站由两家联邦机构(国有企业)开发，在具有战略地位的14座水电站中，12座为美国工程师兵团建设，两座由美国垦务局开发。其余的一些中小型水坝则由一些公用事业公司或民营公司开发。这给我们一个启示，国家应该负责开发大江大河上的大型水坝和骨干电站，地方企业或民营企业则负责建设“中下型电站”——即把一些战略地位不是那么重要的电站交给地方企业或民营企业进行开发。国家负责开发骨干电站，可以为地方企业或民营企业建设径流式电站创造条件。
美国联邦机构从上世纪30年代开始，在哥伦比亚河流上修建了29座主要的水坝。联邦修建的这些水坝，不但提供了洪水控制、灌溉、鱼类洄游、鱼类和野生物种的栖息，而且具有发电、航运和娱乐等综合效益。由于这些大型水电站的修建，客观上促进了纵横交错的超高压和特高压输电线路的建设，推动了美国西部电网的发展和与其他电网的联网。同时也促进了非联邦机构修建其余的中小型水坝，水坝的综合效益非常明显。
我想水电资源管理的目的，是实现水电站与自然的接轨，我们以什么样的方式来面对以后几十年不可预测的变化。它包括生态环境的变化、政策的变化、法律的变化及附近居民观念的变化。我也在一些地方看到居民们举着牌子，抗议政府的某些规划，比如如果电网改造从自家房前经过，房子就会卖不出好价钱。环保分子拆除大坝的呼声也越来越高。但由于美国的水电站规划是个政府行为，具有法律效力，这样保证了它对公共利益的最大考虑。所以即使是环保主义者，也并不是反对所有水电项目。对于具体的项目，水电规划专家要公开自己的意见，签上自己的名字，保证意见公正。那么一旦这个项目受人诟病，水电专家的威望和身价都会大打折扣。
细部经验
在美国水电开发中，一个非常重要的概念就是“确定电量”。所谓“确定电量”，是欧美国家描述水电在最枯年份的年发电量的一个名词。由于美国对所开发的水电站的“确定电量”有一个比较清晰的指标和描述，并在水电站开发中时时得到考虑，从而使得美国水电特性表达比较清楚，避免了很多没有必要的和无休止的争论。
在我国采用的是“保证出力”和“利用小时”两个指标来进行衡量水电的丰枯特性，但是利用保证出力的概念是比较模糊的。首先：在冬季水库中没有水的情况下，你还怎么实现所说的保证出力？而“确定电量”则是表达得非常清楚的，那就是在最枯的年份，河流中有多少径流，这些径流在某座水电站中能发多少电量，这些电量就叫做这座水电站的“确定电量”。由于美国电力工业对电力供应的可靠性非常关注，所以水电的“确定电量”是非常细致的。
在他们对水电的规划报告里面，常常要对“确定电量”逐月进行计算，因为只有“确定电量”才是电网所需要的，才是有市场的。只有这种电量才能够签订期货合同或双边多边贸易合同进行交易——如果签订了交易合同而到时候却没有这些电量，那么是要做出巨额赔偿的。因而，“确定电量”价格较高，而“不确定电量”价格很低。
有了“确定电量”的概念，水电站业主也不会再对试运行所产生的电量的电价产生异议。按照美国的观念，这些试运行电量是“不确定电量”——因为是在试运行之中你不能百分之百保证机组能够正常运行，整个电力系统都要为你承担责任和风险，所以价格当然应该比较低。于是对于高载能工业来说，使用“不确定电量”成本就低得多。这样一来，也非常容易形成对水电季节性用户的诱导式关怀——高载能企业可以在丰水期多用电多安排生产，将季节性电能以高载能产品的形式存储下来(也叫做“能源固化”)，从而在某些方面也比较好地缓解了水电的丰枯矛盾。
具体到每个工程，是联邦所建，是公有还是私有，工程修建目的、与服务对象的关系，以及监管的效果、公众如何影响工程的运行、什么机构管辖和监督工程的运行，从电厂发出的电力如何售给家庭用户和企业，这些因素都决定和影响着每个水电站的运行方式，使协同合作非常复杂。
在开发方式上，不仅美国，日本、法国、加拿大也都采用龙头水库、支流控制、梯级开发的做法。以美国哥伦比亚河流水电开发为例，并非每座水电站都是高坝大库，相反非常重视整个流域的规划和布局，通过科学合理配置，实现整个流域发电量的最佳。值得一提的是，美国流域水电规划相当细致，即便是支流的支流，只要平均流量大于每秒两立方米的溪流，都要进行考虑。而在我国，能够在水电规划中做到这么细致是非常少的。
特别是我国初期建立的水电项目，那时候想要一次性筹集到全部资金非常困难。所以争取到资金后能把局部某个水电站建到最优，却没有顾及整体最优。美国专家把水蓄在河流上游，通过龙头水库和支流控制让水电利用效率更高。我们一个项目中的大小坝却是混杂的，上游弄个中型水库，中间弄个大的，下面的水库大小再由不同时期筹集的资金决定，整个水库很难实现配置最优。
美国在规划水电方面，不仅考虑缺电要新建项目的情况，也特别重视哪些电站和机组需要退役的状况。
水电开发的宏观
当2002年我作为《西南电力报》总编以及四川省电力系统官员，到美国做电力研究的时候，揣着一肚子的问题。2000年以后我国电力行业面临很多新问题，引发了社会上关于电力体制改革的公开大讨论。2002年中央终于下定决心实行“厂网分开”，我们处在了电力体制建设非常重要的转折期。
美国在上世纪三四十年代就迎来了水电高速发展期，水电行业将近一个世纪的发展，建设步伐早就慢了下来，但是方法和经验仍然世界领先。我是水电专业出身的高级工程师，对研究美国水电提出了一系列问题：美国如何进行水电资源的评估？其评估尺度与我国是否一致？美国人对水电站到底持什么态度？由谁建设水电站？怎么运行水电站？枯水期缺电怎么解决？美国怎么考虑水电的环境保护问题？环保分子是不是反对所有的水电？
当我把这些问题告诉美国某个电力专家时，他吃惊地告诉我：“你对这些问题的考虑与美国前田纳西州管理局考虑的问题太相似了，只不过有的是他们几十年前考虑的问题，有些是他们最近几年才开始考虑的问题。要把这些问题搞清楚，不是一件容易的事。因为时间跨度太大了。”于是我在图书馆查阅了大量资料，访问了不同大学的电力学者，也参观了美国著名的水电管理机构，对美国发展水电的科学方法，深有感触。
美国的水电开发是一项自上而下，由法律和政府职能直接提供保障的事业。由总统直接委托副总统，筹集相关部门的人，也就是高层领导带领高诚信的部门，通过国会给电力立法。不然像密西西比河这样的流域，涉及美国国土2/3的面积，没有一个高层强力机构的管理，很难协调各方利益。要了解美国水电的开发与管理，就必须知道三个机构，它们分别是：美国的工程师兵团、垦务局和田纳西流域管理局。上世纪30年代，美国密西西比河流域发生的大洪水给美国带来了巨大损失，为此美国工程师兵团开始修建大规模的防洪设施，其中包括水坝，这样就拉开了大规模水电开发的序幕。美国联邦垦务局归联邦内政部管辖，是美国为开发西部水资源而专设的一个机构，另一个开发水电的著名机构就是田纳西流域管理局。正是这些政府机构的强力管理，才使得美国对水电资源能够统筹考虑，这点也正是我国缺乏的。
1989年，美国召开了一次关于水电资源的会议，要求对美国剩余的水电资源进行一次评估。为此，能源部专门制订了一些评估标准，成立了5个小组，并对计算机程序需要的参数做了确定，开始大规模调查。美国的水电资源评估是非常透明和公开的，他们将评估的软件挂在网上，将他们输入的各种数据和处理方法也进行了公布。任何一个有疑问的人，都可以进行演算，并将演算结果与公布的结果对比。评估软件考虑的因素有：这个水电站附近是否有野生动物或野生植物、风景保护或者是历史保护区，是否有文化、渔业、地质、历史、娱乐或构成风景的一部分，是否有濒危鱼类或野生物种等。
在开发模式上，因为需要雄厚的实力，所以多数流域采取了联合开发模式。比如美国哥伦比亚河流的水电资源极为丰富，大型水电站由两家联邦机构(国有企业)开发，在具有战略地位的14座水电站中，12座为美国工程师兵团建设，两座由美国垦务局开发。其余的一些中小型水坝则由一些公用事业公司或民营公司开发。这给我们一个启示，国家应该负责开发大江大河上的大型水坝和骨干电站，地方企业或民营企业则负责建设“中下型电站”——即把一些战略地位不是那么重要的电站交给地方企业或民营企业进行开发。国家负责开发骨干电站，可以为地方企业或民营企业建设径流式电站创造条件。
美国联邦机构从上世纪30年代开始，在哥伦比亚河流上修建了29座主要的水坝。联邦修建的这些水坝，不但提供了洪水控制、灌溉、鱼类洄游、鱼类和野生物种的栖息，而且具有发电、航运和娱乐等综合效益。由于这些大型水电站的修建，客观上促进了纵横交错的超高压和特高压输电线路的建设，推动了美国西部电网的发展和与其他电网的联网。同时也促进了非联邦机构修建其余的中小型水坝，水坝的综合效益非常明显。
我想水电资源管理的目的，是实现水电站与自然的接轨，我们以什么样的方式来面对以后几十年不可预测的变化。它包括生态环境的变化、政策的变化、法律的变化及附近居民观念的变化。我也在一些地方看到居民们举着牌子，抗议政府的某些规划，比如如果电网改造从自家房前经过，房子就会卖不出好价钱。环保分子拆除大坝的呼声也越来越高。但由于美国的水电站规划是个政府行为，具有法律效力，这样保证了它对公共利益的最大考虑。所以即使是环保主义者，也并不是反对所有水电项目。对于具体的项目，水电规划专家要公开自己的意见，签上自己的名字，保证意见公正。那么一旦这个项目受人诟病，水电专家的威望和身价都会大打折扣。
细部经验
在美国水电开发中，一个非常重要的概念就是“确定电量”。所谓“确定电量”，是欧美国家描述水电在最枯年份的年发电量的一个名词。由于美国对所开发的水电站的“确定电量”有一个比较清晰的指标和描述，并在水电站开发中时时得到考虑，从而使得美国水电特性表达比较清楚，避免了很多没有必要的和无休止的争论。
在我国采用的是“保证出力”和“利用小时”两个指标来进行衡量水电的丰枯特性，但是利用保证出力的概念是比较模糊的。首先：在冬季水库中没有水的情况下，你还怎么实现所说的保证出力？而“确定电量”则是表达得非常清楚的，那就是在最枯的年份，河流中有多少径流，这些径流在某座水电站中能发多少电量，这些电量就叫做这座水电站的“确定电量”。由于美国电力工业对电力供应的可靠性非常关注，所以水电的“确定电量”是非常细致的。
在他们对水电的规划报告里面，常常要对“确定电量”逐月进行计算，因为只有“确定电量”才是电网所需要的，才是有市场的。只有这种电量才能够签订期货合同或双边多边贸易合同进行交易——如果签订了交易合同而到时候却没有这些电量，那么是要做出巨额赔偿的。因而，“确定电量”价格较高，而“不确定电量”价格很低。
有了“确定电量”的概念，水电站业主也不会再对试运行所产生的电量的电价产生异议。按照美国的观念，这些试运行电量是“不确定电量”——因为是在试运行之中你不能百分之百保证机组能够正常运行，整个电力系统都要为你承担责任和风险，所以价格当然应该比较低。于是对于高载能工业来说，使用“不确定电量”成本就低得多。这样一来，也非常容易形成对水电季节性用户的诱导式关怀——高载能企业可以在丰水期多用电多安排生产，将季节性电能以高载能产品的形式存储下来(也叫做“能源固化”)，从而在某些方面也比较好地缓解了水电的丰枯矛盾。
具体到每个工程，是联邦所建，是公有还是私有，工程修建目的、与服务对象的关系，以及监管的效果、公众如何影响工程的运行、什么机构管辖和监督工程的运行，从电厂发出的电力如何售给家庭用户和企业，这些因素都决定和影响着每个水电站的运行方式，使协同合作非常复杂。
在开发方式上，不仅美国，日本、法国、加拿大也都采用龙头水库、支流控制、梯级开发的做法。以美国哥伦比亚河流水电开发为例，并非每座水电站都是高坝大库，相反非常重视整个流域的规划和布局，通过科学合理配置，实现整个流域发电量的最佳。值得一提的是，美国流域水电规划相当细致，即便是支流的支流，只要平均流量大于每秒两立方米的溪流，都要进行考虑。而在我国，能够在水电规划中做到这么细致是非常少的。
特别是我国初期建立的水电项目，那时候想要一次性筹集到全部资金非常困难。所以争取到资金后能把局部某个水电站建到最优，却没有顾及整体最优。美国专家把水蓄在河流上游，通过龙头水库和支流控制让水电利用效率更高。我们一个项目中的大小坝却是混杂的，上游弄个中型水库，中间弄个大的，下面的水库大小再由不同时期筹集的资金决定，整个水库很难实现配置最优。
美国在规划水电方面，不仅考虑缺电要新建项目的情况，也特别重视哪些电站和机组需要退役的状况。