格鲁吉亚未开发的水电资源评估

[] B.

格鲁吉亚未开发的水电资源评估

[瑞士] B.奎格利等

为促进可再生能源的利用以及吸引对水力资源的投资，格鲁吉亚能源部批准了“2008年可再生能源”国家规划。然而有些水电站因缺少系统整合规划，发电量受到影响。一直以来,径流式电站的日渐增多对蓄水式电站的发展产生了不利影响。格鲁吉亚能源发展基金会认为迄今为止所作的研究并不充分。为了解决该问题，格鲁吉亚能源发展基金会启动了对格鲁吉亚所有主要流域以及河流的总体规划研究，包括里奥尼河、英古里河，库拉河、古里亚河和阿贾那河。介绍了总体规划研究的方法、评估内容、成果和结论。

水电开发；总体规划；格鲁吉亚

格鲁吉亚对水力发电进行了大量的研究。该国第一座水电站于1892年开始运行。自那时起，在全国范围内不断规划、研究、开发、实施及运行水电站。目前，格鲁吉亚处在运行的水电项目有60个，其中已建项目27个，约有70条支流准备进行进一步水电开发。由于高加索范围内优良的水文条件以及丰富的自然资源，水力发电项目在格鲁吉亚得到了有计划、有组织地发展。但考虑到未来发展需求，总体调节能力(电网的调峰能力)实际上仍显不足,因此，必须特别注重发展蓄水式电站项目。

1 格鲁吉亚潜在的水力资源

格鲁吉亚位于主高加索山脉南侧、黑海的东侧。国土总面积为69 000 km2，人口数量约为400万。

水资源以及水力发电资源是格鲁吉亚最重要的自然资源之一。充沛的降水、多山地势条件、丰富的地表径流以及巨大的储水量使其具备充分的水电资源开发条件。

格鲁吉亚拥有26 000多条河流，总长59 800 km。它们大多属于小型河流(占所有河流的99.3%)，长度均小于25 km。所有地表水流的水电资源蕴藏量相当于装机容量26 GW(229 GWh)。大、中、小型河流的理论水电资源蕴藏量达到16 GW(年发电量137 GWh)。经济可开发量估计在45～50 GWh。

格鲁吉亚水力资源分布不均：西部地区占72%，东部地区占28%。

水电资源集中在位于格鲁吉亚西北部地区的几条主要河流，即科多里(Kodori)河、布兹皮(Bzip)河、克拉苏尔(Kelasuri)河、内斯卡拉(Nenskra)河、里奥尼(Rioni)河以及茨海尼斯茨卡利(Tskhenis Tskali)河。

约60%的水电资源蕴藏量集中在30条河流上，约34%的集中在6条大型河流(英古里(Enguri)河、里奥尼河、库拉(M+kvari)河、科多里河、布兹皮河以及茨海尼斯茨卡利河)上。这些可开发的河流水电资源蕴藏量和单位河长水电资源蕴藏量见图1。

图1 可开发的河流水电资源蕴藏量和单位河长水电资源蕴藏量

2 水电开发现状

格鲁吉亚第一座水电站建于19世纪末20世纪初。1913年该国所有电站装机容量总和约为2 MW，年发电量为9 MWh。

格鲁吉亚一些大、中型电站建于1950～1985年之间，它们在当时属于装机容量和发电量都较大的电站，包括：英古里电站(1 300 MW)、瓦尔德尼里(Vardnili)梯级电站(340 MW)、瓦特斯克(Vartsikhe)梯级电站(184 MW)、卡拉米(Khrami)梯级电站(223 MW)、少里-特基布里(Shaori-Tkibuli)梯级电站(118 MW)、拉亚努里(Lajanuri)电站(112 MW)以及古马提(Gumati)电站(67 MW)。

一些大型项目，如装机容量达700 MW的胡东尼(Khudoni)电站和450 MW的纳马科瓦尼(Namakhvani)电站于20世纪80年代动工，但由于多种原因项目均未完工。

到20世纪末，约有60座电站(最小的装机容量为0.5 MW，最大的为1 300 MW)建成并投入运行。格鲁吉亚目前在运行的电站总装机容量约为2 800 MW，年发电量为8.0 TWh。因此，迄今为止格鲁吉亚仅利用了其约16%的水能资源。

3 “2008年再生能源”国家规划

2008年4月，为刺激可再生能源的利用并吸引投资，格鲁吉亚能源部批准了“2008年再生能源”国家规划。该规划基于建设(Build)、运营(Operate)和所有权(Own)的“BOO”模式，在潜在能源替代列表(详见格鲁吉亚能源部网站)中对人们关注的电站进行了排名。该列表包括了80多座富有潜力的中、小型电站(装机容量在5～100 MW)。根据上述方案，自2008年以来格鲁吉亚启动了约40个电站开发计划，项目均处于实施中。另外，部分正处于不同研究阶段的项目也将在不久后实施。

20世纪被迫中止的2个大型项目(装机700 MW的胡东尼电站和装机450 MW的纳马科瓦尼梯级电站)最近重新启动并处于开发流程中，暂定于2017年开始建设。另外，装机容量为280 MW的内斯卡拉电站于2015年开工。装机容量为108 MW的达里阿里电站(Dariali)已于2016年完工。

一些已经得到开发并获取授权的项目，存在总体监管能力不足的问题。因此，提出了以下需要注意的事项：

(1) 是否应特别重视发展蓄水式电站以纠正过度发展径流式电站的不平衡。

(2) 迄今为止是否所作研究都已完成。

(3) 研究是否涵盖了流域内所有可能合适的站址。

(4) 是否存在被遗漏或仍未被勘查的支流。

(5) 这些支流未来是否可能得到开发。

(6) 是否有可能通过提高其发电出力，开发更好的运行模式，发挥与上游其他电站的协同作用，或通过增加蓄水功能实现调控目的，改进现有电站。

该研究旨在系统和客观地回答上述问题，为进一步水电开发提供可能性。

4 水电资源蕴藏量评估

4.1 概 述

该研究预计分两个不同的阶段进行：

(1) 阶段一。对每个选定流域的水电资源蕴藏量逐一进行筛选及评估。

(2) 阶段二。对几个具有开发前景的工程站址进行初步可行性研究。

第一阶段。采用由斯塔基(Stucky)有限公司评估开发的评估软件，并结合地形图、卫星图像、初步水文数据分析等较传统方式，对选定流域的水电资源蕴藏量进行评估分析。

第二阶段。分析所选场址的初步可行性。重点针对几个布局构造(选项)进行财务可行性分析，对每处站址进行优化以达到最佳效率。选项分析作为该可行性研究的主要目的，为每个拟定场址确定最具前景的项目配置方案，对建设成本进行初步估算，评估水电资源蕴藏量，最终明确该规划的成本效益，为日后更详细的可行性研究提供决策支持。

4.2 电站站址初选方法

4.2.1 简 介

采用“自下而上”模式用于评估水力发电的站址是较为常见的方法。工程师凭借历史经验和特有的“直觉”，判断出河流沿岸可能存在的适宜水电开发的站址。进水口通常位于有利的位置，便于调整大坝高度以适应当地条件。然而，项目最终可能只反映了设计者或开发者的意图，预算可能超出了其实际可开发量以及国家需求。“自下而上”的评估模式可能导致小型电站的串联开发，它们本可以被那些更大型的电站所替代，因为大型电站更能满足电网能源需求并以更协调的方式开发水电资源。

该研究遵循的评估方式为“自上而下”。首先考虑的是独立于其他任何参数的流域地形和水量。将这两组参数作为输入数据组合,通过计算机代码算法可以掌握整个流域地形(山脉，山谷等),并找到流域内最具有水电开发潜力的站址。该方法能探测到具有优良水力资源的支流，摆脱了人力物力的限制。区别于传统方法，这种客观数字化筛选的结果从某种意义上来说与现实以及随后需要考虑的相关限制条件脱节。

为判断这些拟选站址是否正确，首先必须与由传统方式开发的水电项目进行比较。这项基准测试对于校准“自上而下”的方法以及验证由“自下而上”方法得出的结论是不可或缺的。

图2 基于ArcGIS 9.2软件的HIT过程

4.2.2 电站站址初选工具(HIT)软件

“自上而下”方法的第一步是数字化模拟流域地形并将其与数字水文联系起来。由斯塔基公司开发的计算机编码(HIT)可以用来执行此任务。

使用该程序只需掌握少量基本信息，如数字高程模型(DEM)和水文数据(降雨量或平均年径流量)，即可以极低成本在大范围地区使用。使用地理信息系统(GIS)软件ArcGIS 9.2执行数据处理过程详见图2。虽然计算时间较长，但其分析覆盖面较广。同时为了克服时间长的问题，数据处理过程已实现自动化。利用自动分界的水域进行初步水电资源蕴藏量评估分析。

对每组可能的发电站和相关联的进水口，软件计算其水位差和装机容量，并估算年发电量，随后计算方案的单位成本和总成本。比较每个进水口计算所得结果以选择单位发电量成本最低的电站。

除水文条件外，软件还对潜在流量、水量、水头、装机容量、年发电量以及导水管的直径和长度做出了估算。经过大量可行性研究和现有计划的验证，计算出包括导水管、进水口、土建工程和机电设备以及运行和维护的总成本。

HIT是一件非常有效的工具，基于不同河流和集水区，对其水电资源蕴藏量进行了系统地筛选，过程冗长且繁琐。HIT强大的计算能力能防止遗漏可能的“隐藏”点。然而HIT仅适用于径流式电站,并不适应修建另外水坝(用于增加水位差)或水库(用途更复杂)或实施跨流域调水带来的地形改变。一旦初始筛选完成，通过实地考察可以对拟选站址作进一步分析和改进。

4.2.3 初选可能的水电站站址

在完成水电资源蕴藏量的评估后，电站选址即可遵循以下方式逐步实施：

(1)站址初选。可完全由HIT软件完成。通过对流域地形和水文情况进行处理，初选出可能的站址。如上所述，这些选址必须进行进一步地分类和筛选，这就需要大量的工程专业知识，也是HIT在下阶段所需要解决的问题。

(2) 比较与验证。对那些采用非HIT方法得出的选址进行比较验证是非常重要的一步。实际上，若2种方法(传统“自下而上”法与HIT“自上而下”法)的趋同则表示对其进行了正确估计。

(3) 排除。尽管从流域地势和水文条件衡量，一些拟选站址特别合适，但是仍须被排除，这是因为它们可能不属于新站址，或是位于限制性区域(自然公园，密集住宅区等)。以下地点不宜作为备选站址：环境保护区或国家公园；已开发、计划建造或获准开发区域；发电效益较低位置；人口密集区域或环境敏感区域。

(4) 初步案头研究。对HIT输出数据进行筛选后，初步进行内业分析，帮助确认最终结果。内业研究主要基于地形河流剖面(源自ASTER数据)、卫星图像和地形图的分析以及更精确的水文数据。

(5) 互补筛选。为了确保HIT软件未遗漏某一站址，采用基于地形图和已知潜力的传统工程评估法来对选址列表进行补充。

(6) 实地考察证实。这是评估阶段的最后一步。在完成案头研究后，应对备选场址进行实地考察，以确认它们对当前条件和局部限制、传输、访问等方面的相关性。

5 前期研究改进

在研究框架内，对几年前的相关研究进行了梳理，主要有以下发现。

(1) 对拟选站址的交通需要改进；

(2) 地形和地质条件总体上较适宜水电项目开发；

(3) 可获取区域历史水文信息；

(4) 几乎所有现存的研究均建议利用现有水力资源建径流式电站。拟建的水电站因受季节性河流流量变化的影响，只可作为间歇性能源。

从以上分析情况看，应大幅改进以往研究。

尽管现有的研究考虑了整个流域和流域内大量的水资源情况，以及地形和水文模式的多样性，但考虑到环境和社会方面因素，对包括径流式电站、季节性电站、抽水蓄能电站或小、微型水电项目等不同类型水电计划的开发机会仍然存在。

因此，建议对主要流域进行综合水资源管理研究(总体规划)，为其重新分配不同类型的蓄水方案。主要目标是通过分析调水，梯级水电站运行管理或抽水蓄能等各种方案之间可能产生的协同作用，优化水资源在环境和社会方面的利用，以及根据需求和其发展过程，拟定一个总体投资计划，明确电力项目的最佳实施时间表。

6 新拟定站址

基于“自上而下”的方法，HIT程序客观地评估了近10 000处装机容量0.5 kW～25 MW的合适的站址(进水口和发电站为一组),其中因绝大多数河流支流发电效益较小而无法在本研究框架下作进一步分析。有望成为水力发电站址的大约有110处。表1列出了筛选得到的在英古里河、里奥尼河、库拉河、古里亚(Guria)河和阿贾那(Adjara)河地区可建电站站址数量。最终，所有拟定场址的总装机容量预计约1 013 MW(年发电量4 700 GWh)。

表1 筛选得到的可建电站站址及相应特征参数

一些已处在运营中或已获得开发许可的项目，其发电潜力早已得以确认,因此，最适宜开发的站址的剩余潜能往往有限。然而，当前研究的结果显示，由HIT软件初选出的站址表明，装机容量小于1～2 MW的水力发电项目开发潜力最为显著，对其可行性研究可以作为进一步调查的方向。

该国不同地区之间，特别是在偏远山区，交通落后、信息闭塞且互通性较差，这对有较大潜力的水力发电项目的可行性产生了影响。地方基础设施的建设对全面开发国内水电资源极其重要，这是格鲁吉亚政府在将来亟待解决的重要问题之一。

根据GEDF的要求，此次研究成果主要考虑了具有日调节功能的径流式电站。与一般径流式电站相比，这种类型的电站造价较为昂贵，而格鲁吉亚目前的关税结构不适用于这些项目。然而，如果未来该国关税政策得到完善，带动电站的财务状况也能得到改善，则可激发开发商对项目的投资兴趣。

对调峰和电网稳定性需建的大型调节水库而言，尽管作了大量努力，但仍未能找到合适的新站址。但是，针对里奥尼河、特斯克里斯特斯卡利河、库拉河以及英古里河所提出的开发计划项目，如奥尼(Oni)梯级电站、特斯克里斯特斯卡利梯级电站、开石(Kaishi)电站、胡东尼计划、帕里(Pari)项目或托巴里(Tobari)电站，以及库拉河上的梯级电站，为对此类项目感兴趣的开发者提供了机会。

7 结 语

建议对主要流域进行综合水资源管理研究(总体规划)，并对不同类型的蓄水项目重新制定相应的方案；分析调水，梯级电站运行管理或抽水蓄能等方案之间可能的协同作用；适当考虑环境和社会方面因素，优化水资源的利用；分析总负荷需求以及其在短期、中期和长期的变化规律，从而拟定一个最佳的电力项目总体投资实施计划。

2017-06-19

1006-0081(2017)10-0005-04

TV213

A

赵越译

(编辑李晓濛)