水电业从业人员眼中的三峡大坝发电站工程

　　笔者作为一个水电业从业人员，为大家做一些水电站建设的解读，或许有利于对各种疑问加深理解。

　　水电站的首要功能是发电

　　我们经常说的水电站有很多种，三峡只是其中之一，在业内，它叫做常规水电站。除此之外，还有抽水蓄能电站、潮汐电站等，这里略过，只谈常规水电站。

　　常规水电站是建立在河道上的一种综合工程设施，目前多数常规水电站的首要功能，是发电，而非防洪。 水电站的建设漫长而复杂，其中第一步是规划。

　　首先要做的是流域规划。流域规划基本确定河流治理开发的方针和任务，基本选定梯级开发方案和近期工程。 流域规划之后，专业的勘察设计单位就可以有针对性地进行预可行性研究（简称“预可研”），预可研阶段包括环保、水保、征地移民、水文，地质、工程布置、机电、金结、消防、施工、安全、节能降耗、社会稳定分析、概预算、经评等专业工作，最终的成果汇总成预可研报告，报告将会提交到专业审查机构进行审查，审查通过，才可以进行下一个环节，即可行性研究工作（简称“可研”）。

　　可研工作会继续对上述环保、水保、征地移民……社会稳定分析、概预算、经评等诸专业进行深度研究，各专业也会提出自己的专业分析报告。 分析报告提交到专门审查机构再度进行审查。审查机构出具审查意见，勘察设计单位针对审查意见进行修改，直到合格。 合格的可研报告将提交给发改委能源局进行核准。核准通过，才有可能开展电站建设的建设招标环节，一个水电站才能正式开工建设。

　　三峡工程情况非常特殊，则提交到全国人大进行表决通过。 从流域规划到核准，是个漫长的过程，很多规划中的电站因各种问题没办法开工，大家普遍关注的环保问题，只是这诸多问题中的一个。 三峡工程立项之初，有个讲法说要“点亮半个中国”。这其中是不是存在夸大其词，我不做评论。不过如果做个计算，可能更说明问题。

　　三峡的流域规划是1955年开始，一直到1994年正式开工，第一步走了39年。2009年三峡正式建成，装机2250万千瓦时，即一小时发电2250万度（此时考虑极端情况32台机组全部满额发电）。现在说说灯泡的事儿，现在大多数家庭用的都是LED灯，每家发5个10W的灯泡，2250万度电，可以照亮900万个家庭一小时。大家如果感兴趣，可以自己算一下其它的瓦数配比和年份。这其中，1955年、1970年、1994年和2009年这几个年份对三峡工程更重要，不同年份，结论和重要性都不一样，也会影响到工程决策。

　　水电站怎么防洪

　　很多人都会问，如果没有三峡工程，中下游会怎样？仔细看看下边的内容，或许能找到你要的答案。 大坝是挡水的建筑物，挡住的水就会在坝前方形成自己的特征水位，它们从大坝的底端向上依次为：死水位，防洪限制水位，正常蓄水位，防洪高水位，设计洪水位，校核洪水位。

　　水库库容有很多种，其中有两个是和防洪有直接关系的，一是防洪库容，它是防洪限制水位和防洪高水位之间的库容。二是调洪库容，它是防洪限制水位和校核洪水位之间的库容。这两个库容最能直观说明一个水库和水电站的防洪和调洪的能力，而非什么千年一遇或者万年一遇。

　　大家平常所见到设计洪水位百年一遇，千年一遇，并不是说一百年、一千年出现一次。它对应着一个概念，叫重现期。重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。 根据《防洪标准》GB50201-94的规定，我国采用洪水的重现期表示防护对象的防洪标准。

　　三峡的防洪标准是千年一遇，它针对的是防洪标准中的设计标准。设计标准为千年一遇是指，当发生小于或等于千年一遇洪水时，保证防护对象（大坝）的安全或防洪设施的正常运行。 但真正的运行和防洪过程要复杂得多，限于篇幅，不能完全展开讲解。

　　非汛期时，水库水位通常会控制在正常蓄水位。当汛期来临之前，水库会预泄，将坝前最高水位控制在防洪限制水位，以便蓄洪。现在暴雨来临，大坝水位飞涨，很快到达正常蓄水位，又很快到达防洪高水位，这个过程，叫做蓄洪。 此时暴雨并没有停歇的迹象，预计坝前水位很快要达到设计洪水位，设计洪水位是大坝计算稳定的主要依据，是水库遇到大坝的设计洪水时，水库经调洪后在坝前达到的最高水位。

　　但是暴雨还在持续，已经达到设计洪水位，很快就会到达校核洪水位，校核洪水位是水库在正常运作下，短期允许达到的最高水位，一旦到达并长期保持在这个水位，大坝的稳定性将会受到极大威胁。 在这个水位被抬高的过程中，遇到暴雨减小，洪峰消退的时候，就要在不对下游造成更大影响的情况下泄流一部分洪水，以待下次洪峰的来临。而这个削减洪峰，待洪峰过后，所拦蓄的洪水，再逐渐泄入河道的过程叫滞洪。

　　简单地讲，就是当入库洪水为中小洪水时，一一般以蓄洪为主，完全避免了上游洪水对下游造成的影响；而在大洪水年份，则兼有蓄洪滞洪的作用，减弱上游洪水对下游的影响。 洪峰消退，汛期已过，水电站又进入正常的运行状态，引水管道的闸门打开，河水注入蜗壳，水流带动水轮机转动，发电机开始发电。

　　达到使用年限是拆坝主因

　　水电是清洁的可再生能源，所以我们一般不会统计发一度电用了多少水。而火电用的是不可再生的能源：煤。根据2011年的数据，目前平均发电能耗为每千瓦时约300克标准煤。2014年三峡电站总发电量988亿千瓦时。而一个火电厂如果一年发电988亿千瓦时，消耗掉的煤大约2964万吨。火力发电也需要大量的水资源，一部分水可以冷却循环利用，一部分水就在这个过程中消耗了。另外，火电的碳排放或者造成的污染，也是众所周知的。

　　有人肯定要问，既然水电站这么好，为什么美国人要拆掉他们的大坝啊？ 美国河流协会河流保护分会的副主席John Seebach指出：“目前正在拆除的大部分水坝都是小型的，无法进行水力发电。总的来说，经济原因是当前拆除大坝的背后推力，如果可以这么说的话，毕竟相比耗费的成本，有些大坝是物不所值的。”

　　大家在看到美国拆坝的同时也应看到，全球发电前十的电站里，同样有美国的电站:Grand Coulee （大古力电站），2014年全球发电量排名第七。拆掉大坝固然有保护河流维护生态的因素，但是，我们不能否认拆掉的大坝是到达使用年限，不符合环保标准和弃用很多年的。（关于这个部分，如果大家感兴趣，可点击左下方“阅读原文”，参看“美国开启史上最大规模大坝拆除项目”一文，该文将美国为什么要拆除大坝和拆除的都是怎样的大坝讲得很清楚。）

　　所谓设计使用年限，是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。大坝的设计使用年限是一个大坝的生命周期。每个事物都有它的生命周期，水电站大坝也一样。当大坝老化年久失修而不能工作，重建修葺的维护费用超过它能创造的经济效益的时候，拆除大坝恢复生态是自然而然的事。