[] P.

根據(jù)瑞士2050年能源戰(zhàn)略計(jì)劃，在目前的框架條件下，不考慮現(xiàn)有核電站發(fā)電量，年均水力發(fā)電量必須增加1.5 TW·h；如果條件優(yōu)化，最終要達(dá)到每年增加發(fā)電3.2 TW·h的目標(biāo)。受環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件限制，完成這一預(yù)計(jì)增長(zhǎng)量將極其困難。只有持續(xù)開(kāi)發(fā)新建水電站，以及擴(kuò)建或優(yōu)化現(xiàn)有水庫(kù)，才有可能實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電量增加的目標(biāo)。此外，要想通過(guò)小水電實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的預(yù)期增長(zhǎng)，不僅需制定嚴(yán)格的選址標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化河網(wǎng)內(nèi)發(fā)電的策略，還要將河流生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響降到最低。

鑒于此，自2013年以來(lái)，瑞士政府對(duì)瑞士能源研究技術(shù)中心(SCCER-SoE)電力供應(yīng)項(xiàng)目進(jìn)行了資助，旨在對(duì)地球能源和水力發(fā)電領(lǐng)域開(kāi)展基礎(chǔ)研究并擬定創(chuàng)新解決方案。各方現(xiàn)已逐漸達(dá)成一致意見(jiàn)：與在為數(shù)不多的自然河流上大規(guī)模開(kāi)發(fā)小水電的方案相比，大家更傾向于擴(kuò)建現(xiàn)有大型水電工程及水庫(kù)的方案。另外，氣候變化的影響在改變水資源可利用量的同時(shí)，還加劇了水庫(kù)泥沙淤積，帶來(lái)更頻繁的自然災(zāi)害，而且將會(huì)嚴(yán)重危及水力發(fā)電。事實(shí)上，瑞士的電力供應(yīng)關(guān)鍵時(shí)期在冬季(10月至次年3月)。在過(guò)去12 a，瑞士每年冬季平均進(jìn)口電量3.7 TW·h，約占冬季所需電量的11%。為確保冬季安全供電，在可能的情況下，瑞士不僅需新建水庫(kù)，更需通過(guò)對(duì)現(xiàn)有水庫(kù)擴(kuò)容的方式來(lái)增加其總體庫(kù)容。

1 現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

目前，瑞士的蓄能電站已經(jīng)在歐洲電網(wǎng)供應(yīng)峰值電能方面發(fā)揮了重要作用，也在調(diào)頻方面貢獻(xiàn)顯著。瑞士未來(lái)目標(biāo)是成為歐洲主要蓄能發(fā)電國(guó)，能隨時(shí)供應(yīng)峰值電能。在歐洲，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電是強(qiáng)制推行的項(xiàng)目且有政府補(bǔ)貼，這進(jìn)一步加大了調(diào)節(jié)能源和峰值電能的需求。而隨著歐洲政府補(bǔ)貼的減少和實(shí)際市場(chǎng)價(jià)格的降低，歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇后，新建抽水蓄能電站，加高大壩增加庫(kù)容，以及通過(guò)增設(shè)平行的水道廠房系統(tǒng)以擴(kuò)充現(xiàn)有電站裝機(jī)容量，這些方式都再次受到重視。要確保瑞士在歐洲高度競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)中處于領(lǐng)先地位，未來(lái)其水力發(fā)電應(yīng)更加靈活，以集中滿足高峰時(shí)段需求。不過(guò)，這種用于調(diào)峰的水力發(fā)電，將給河流流態(tài)造成更加嚴(yán)重的影響，產(chǎn)生所謂的水文峰，必須通過(guò)創(chuàng)新措施評(píng)估和減輕這一影響。

1.1 水庫(kù)擴(kuò)容

在瑞士，適合新建大型水壩和水庫(kù)的壩址已很少。盡管如此，通過(guò)適當(dāng)加高已建大壩，即在原壩高基礎(chǔ)上增加不到10%的高度，即可擴(kuò)容7億m3，相當(dāng)于約20個(gè)新實(shí)施工程的庫(kù)容，瑞士由此每年冬季發(fā)電量可增加2 TW·h，占實(shí)際冬季發(fā)電量的10%。部分大壩具備進(jìn)一步加高的條件，因此冬季發(fā)電量能增加約15%。這不僅對(duì)創(chuàng)建瑞士安全獨(dú)立的電力供應(yīng)系統(tǒng)十分重要，還對(duì)穩(wěn)定中歐電網(wǎng)意義非凡。

在加高和改造國(guó)內(nèi)外已建大壩方面，瑞士工程師已具備先進(jìn)的技術(shù)水平。一些大型水壩已經(jīng)完成了加高，如1989～1991年間莫瓦桑(Mauvoisin)拱壩加高13.5 m，壩高達(dá)到250 m；1995～1999年間盧佐內(nèi)(Luzzone)拱壩加高17 m，壩高達(dá)到225 m。最近，穆特(Muttsee)水庫(kù)進(jìn)行了擴(kuò)建，新建了一座高35 m、長(zhǎng)1.2 km的重力壩。2014年，成功將老埃莫松(Vieux Emosson)重力拱壩加高21.5 m。更多擴(kuò)建工程已列入相關(guān)計(jì)劃。

在高山地區(qū)，為應(yīng)對(duì)因全球變暖而引起的冰川后退現(xiàn)象，將會(huì)調(diào)整現(xiàn)有水電項(xiàng)目和未來(lái)水電工程計(jì)劃。在阿爾卑斯山脈，根據(jù)冰川和流域的特點(diǎn)，冰川融化將會(huì)首先引起年均徑流量的增加，尤其在夏季。盡管如此，在一段時(shí)間后，夏季冰川融化帶來(lái)的徑流會(huì)顯著減少，而另一方面春季融雪徑流會(huì)明顯增加，這些都必須在水庫(kù)運(yùn)行時(shí)加以充分考慮。另外，阿爾卑斯地帶冰川融化后將形成新的峽谷地區(qū)，為新建大壩和水庫(kù)提供潛在條件。比如，位于瑞士阿爾卑斯山脈中部的特里弗特(Trift)冰川出現(xiàn)后退現(xiàn)象，已經(jīng)形成了一片新湖。一座高180 m的拱壩工程目前正處于許可審批階段。

1.2 抽水蓄能擴(kuò)容

現(xiàn)已啟動(dòng)的工程部分是擴(kuò)大已建抽水蓄能電站的裝機(jī)容量，如洪格林-萊蒙(Hongrin-Léman)和林特-利默恩(KW Linth-Limmern)抽水蓄能電站，部分是在已建常規(guī)電站中新增抽水蓄能設(shè)備，如在新老埃莫松水庫(kù)上新建的N.D.德朗斯(Nant de Drance)抽水蓄能電站。這些方案為電站業(yè)主和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)部門(mén)在電站運(yùn)行方面提供了更多的靈活性。在未來(lái)幾年，一旦相關(guān)不確定因素恢復(fù)至可接受的水平，相關(guān)工程將陸續(xù)啟動(dòng)實(shí)施。

2 水電研究進(jìn)展

2.1 2013～2016年重點(diǎn)研究方向

為應(yīng)對(duì)水電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和水庫(kù)建設(shè)未來(lái)可能面臨的挑戰(zhàn)，以及為瑞士供電能源戰(zhàn)略奠定基礎(chǔ)，在SCCER-SoE的電力供應(yīng)框架內(nèi)確定了以下重點(diǎn)研究領(lǐng)域。

(1)未來(lái)氣候變化導(dǎo)致發(fā)電潛力的改變。氣候變化有可能影響水資源可利用量(造成冰川后退、積雪和融雪、溪流形態(tài)改變，以及泥沙產(chǎn)生和輸移)，另外，因氣候變化產(chǎn)生新的自然災(zāi)害(洪水、邊坡失穩(wěn)等)可能會(huì)影響水電工程運(yùn)行的穩(wěn)定性。

(2)提高已建水電站和水庫(kù)的運(yùn)行效率。通過(guò)擴(kuò)建的方式增加其運(yùn)行的靈活性，以適應(yīng)新的更大波動(dòng)的需求。

(3)應(yīng)用新技術(shù)方案改造已建基礎(chǔ)設(shè)施。目的在于能夠在季節(jié)性需求和日用電高峰期間提高設(shè)施發(fā)電效率和更加靈活地運(yùn)行。同時(shí)，能夠保持設(shè)施(基礎(chǔ)設(shè)施)安全和供電安全處于同一水平。

(4)評(píng)估更嚴(yán)格的新運(yùn)行制度對(duì)水電站的影響，評(píng)估增加小水電對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的影響，并制定相應(yīng)措施減輕這些不利影響(如制定環(huán)境流量排放的創(chuàng)新措施)。

(5)在不確定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治推動(dòng)力下，根據(jù)電力需求和市場(chǎng)動(dòng)態(tài)的發(fā)展，定義水電站和水庫(kù)運(yùn)行的未來(lái)邊界條件。

(6)水電系統(tǒng)多目標(biāo)運(yùn)行策略評(píng)價(jià)。根據(jù)可再生能源的占比提高和市場(chǎng)的不確定性情況，在更為波動(dòng)的需求約束下，對(duì)最大限度提高發(fā)電量、供電可靠性和靈活性、經(jīng)營(yíng)效益與生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等多目標(biāo)運(yùn)行策略進(jìn)行評(píng)價(jià)。

10 a的研究路線圖明確了以下幾項(xiàng)挑戰(zhàn)：

(1)氣候變化和自然災(zāi)害的影響，水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題。

(2)掌握電力需求和電力市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，許可文件更新。

(3)冬季和峰值發(fā)電，把握新建水庫(kù)的機(jī)會(huì)。

(4)環(huán)境流量、流態(tài)的改變。

(5)嚴(yán)峻的運(yùn)行環(huán)境和水電基礎(chǔ)設(shè)施的安全問(wèn)題。

2.2 2013～2016年重點(diǎn)研究成果

總體而言，10 a工作計(jì)劃中約30%的目標(biāo)已于2016年底實(shí)現(xiàn)。具體如下。

(1)任務(wù)1(氣候形態(tài)控制)。新泥沙輸移測(cè)量法、新型機(jī)載冰川測(cè)圖雷達(dá)系統(tǒng)、新型氣候情景降尺度隨機(jī)天氣發(fā)生器的開(kāi)發(fā)；水庫(kù)泥沙淤積和沉沙池的實(shí)地測(cè)量；根據(jù)氣候變化進(jìn)行大壩防洪安全(洪水風(fēng)險(xiǎn))的初步評(píng)估。

(2)任務(wù)2 (社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng))。優(yōu)化不同市場(chǎng)細(xì)分的水電運(yùn)營(yíng)，在當(dāng)前和未來(lái)的市場(chǎng)環(huán)境下，以及在使用實(shí)物期權(quán)法計(jì)算不確定性的投資模型中，評(píng)估水電靈活性價(jià)值。

(3)任務(wù)3 (基礎(chǔ)設(shè)施改造)。水力發(fā)電地理信息系統(tǒng)交互式數(shù)據(jù)庫(kù)；在廢水處理系統(tǒng)、水系水力發(fā)電和節(jié)能等方面的水電潛力；在條件不確定情況下的水電設(shè)計(jì)方法；大型水壩遭遇極端洪水的預(yù)測(cè)方法；調(diào)壓井孔口水力性能特性說(shuō)明；調(diào)壓井和壓力隧道的非入侵式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及其新的設(shè)計(jì)導(dǎo)則；懸浮沉淀物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)；水壩下游泥沙補(bǔ)給，人工淤填的侵蝕和運(yùn)輸過(guò)程；冰凌環(huán)境下水電潛力的評(píng)估，泥沙增長(zhǎng)量的核算；新的復(fù)雜調(diào)度模型，對(duì)流域調(diào)度運(yùn)行效果的校驗(yàn)。

(4)任務(wù)4 (環(huán)境影響)。針對(duì)目前環(huán)境流量調(diào)節(jié)的分析；優(yōu)化環(huán)境流量排放的新項(xiàng)目；小水電(SHP)環(huán)境影響的實(shí)地研究；評(píng)估受水電運(yùn)行影響的洪泛區(qū)現(xiàn)狀的新項(xiàng)目，并制定適宜的管理措施和修復(fù)措施；瑞士大型河流熱峰的量化研究。

(5)任務(wù)5 (水電系統(tǒng)的一體化仿真)。在常規(guī)發(fā)電目標(biāo)下，評(píng)估氣候變化對(duì)水文和水電運(yùn)行的影響；在變化的水資源可利用量和電力市場(chǎng)情況(電價(jià)和需求量)下，辨識(shí)當(dāng)前水電系統(tǒng)運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)未來(lái)最優(yōu)運(yùn)行策略；一體化模型樣機(jī)的開(kāi)發(fā)，以及在研究試點(diǎn)的初步試驗(yàn)。

3 瑞士SCCER-SoE研究計(jì)劃

3.1 概 述

從技術(shù)角度看，為實(shí)現(xiàn)在變化的市場(chǎng)和環(huán)境情況下的靈活運(yùn)行，需要升級(jí)改造基礎(chǔ)設(shè)施以及已建和新建水電項(xiàng)目的水電和機(jī)電設(shè)備，這將是2020年之后的重點(diǎn)任務(wù)，屆時(shí)大量許可將會(huì)得到更新。需改造的基礎(chǔ)設(shè)施一半以上為發(fā)電設(shè)施，而且主要用于調(diào)峰?？紤]到不確定因素，除了技術(shù)，針對(duì)水電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行還需研究新的方式、方法、途徑和工具。

該計(jì)劃2017～2020年的研究目標(biāo)是提供氣候變化對(duì)水力發(fā)電影響的最新量化評(píng)估結(jié)果，以及強(qiáng)化應(yīng)對(duì)極端事件、自然災(zāi)害所要求的適應(yīng)性策略。無(wú)論是從短期的事件管理，還是從長(zhǎng)期避免基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題導(dǎo)致重大損失甚至最終停止發(fā)電來(lái)看，研究還將識(shí)別未來(lái)水電運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，以及防止?fàn)奚踩驌p失發(fā)電潛力的風(fēng)險(xiǎn)管理策略。

另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是新建工程的設(shè)計(jì)和在不確定性因素下已建工程的升級(jí)改造。鑒于即將到來(lái)的許可更新事宜，投資回收期將超過(guò)50 a。第1階段開(kāi)發(fā)的一體化模型會(huì)在第2階段進(jìn)行升級(jí)改造，模擬出的大型水電模擬系統(tǒng)將作為研究上述情況的基礎(chǔ)，包括對(duì)不確定性驅(qū)動(dòng)因素共變關(guān)系的研究。

水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題無(wú)論對(duì)瑞士水電，還是對(duì)全球水電來(lái)說(shuō)，都是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。由于蓄能水電站的可持續(xù)使用，泥沙淤積構(gòu)成了唯一但卻嚴(yán)重的威脅。需研究探索技術(shù)解決方法，包括建立試點(diǎn)示范工程。由于全球變暖，尤其是凍土和冰川后退，泥沙淤積預(yù)計(jì)會(huì)加重。在限制泥沙進(jìn)入水庫(kù)的情況下，將研究提高電站運(yùn)行效率的技術(shù)途徑。

只有創(chuàng)新才能滿足結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方面的要求。以上創(chuàng)新方法將提高瑞士水電的靈活性，從而幫助瑞士成功立足于高度競(jìng)爭(zhēng)和變化的市場(chǎng)。

3.2 重點(diǎn)研究方向

五大重點(diǎn)研究方向如下。

(1)增加水電運(yùn)行的靈活性。在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方面通過(guò)探索徑流預(yù)報(bào)操作性價(jià)值以及創(chuàng)新解決方案的技術(shù)可行性和盈利能力，恢復(fù)原有河道的發(fā)電能力；考慮提供輔助服務(wù)(電網(wǎng)管理)，研發(fā)創(chuàng)新型工具，實(shí)現(xiàn)水電站擴(kuò)建和升級(jí)改造項(xiàng)目的早期可行性評(píng)估；開(kāi)發(fā)適應(yīng)復(fù)雜調(diào)壓井的系列解決方案；水電運(yùn)行靈活性的提高會(huì)對(duì)水體造成影響，需研究這類(lèi)水體的水質(zhì)、溫度和泥沙淤積動(dòng)態(tài)情況；在變化的氣候和市場(chǎng)條件下，調(diào)查水電運(yùn)行政策對(duì)下游水體的多維度影響。

(2)改進(jìn)針對(duì)氣候變化對(duì)水力發(fā)電影響的適應(yīng)性策略。該研究方向重點(diǎn)是冬季的水力發(fā)電(冬季是一年中最關(guān)鍵的季節(jié))，致力于解決如2015年和2016年的干旱問(wèn)題(干旱的前期狀況、低蓄水位、淺雪覆蓋)。繪制一張標(biāo)有瑞士冰川地區(qū)冰雪厚度的綜合地圖將會(huì)幫助識(shí)別和評(píng)估未來(lái)水庫(kù)的選址。另外，在氣候變化效應(yīng)、價(jià)格市場(chǎng)和下游水體受影響的限制下，著眼于保持并進(jìn)一步提高實(shí)際發(fā)電水平，將第一階段研發(fā)的一體化模型升級(jí)到區(qū)域?qū)用?，研究水電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)升級(jí)，尋找系統(tǒng)升級(jí)和互聯(lián)的技術(shù)方案。

(3)極端自然事件、災(zāi)害和水電站運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。該研究方向包括：對(duì)隨機(jī)天氣發(fā)生器的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。該儀器用來(lái)評(píng)估和預(yù)測(cè)極端事件和自然災(zāi)害，用于解釋因固有氣候變化導(dǎo)致的不確定性。另外，該研究方向還包括因冰川湖潰決產(chǎn)生的洪水風(fēng)險(xiǎn)的量化，以及新建高海拔蓄水大壩對(duì)提高安全性的潛在貢獻(xiàn)。其他相關(guān)主題有：山體滑坡引起的水沖擊波計(jì)算；極端洪水事件的不確定性評(píng)估；通過(guò)一體化模型模擬替代方案后，水力發(fā)電公司的稅收替代方案和相關(guān)財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。

(4)不確定因素下的新建工程設(shè)計(jì)。水電工程、大壩和水庫(kù)加高工程的穩(wěn)健性設(shè)計(jì)采用了新型措施，包括大壩安全穩(wěn)定性問(wèn)題，整合鋼襯砌隧洞和豎井概率設(shè)計(jì)上的不確定因素，并開(kāi)發(fā)針對(duì)新建水電工程(或擴(kuò)建工程)的合理規(guī)劃和管理方式。

(5)水庫(kù)泥沙淤積和蓄能電站的可持續(xù)使用。該研究方向?qū)ǎ赫{(diào)查研究泥沙梯級(jí)沖排、底孔排沙、冰川流域未來(lái)泥沙產(chǎn)量、水庫(kù)泥沙淤積建模、泥沙沖排和水輪機(jī)磨損的電站運(yùn)行情況、旁通排沙隧洞(SBT)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，以及針對(duì)排沙隧洞和水工結(jié)構(gòu)的磨損緩解措施等。

上述大部分創(chuàng)新性研究結(jié)果在下一節(jié)闡述的3類(lèi)“水電示范工程”中得到了驗(yàn)證。

4 水電示范工程

4.1 提高小水電靈活性

該類(lèi)工程的設(shè)計(jì)理念就是展示小水電在維持生態(tài)平衡的同時(shí)，提供冬季峰值電能和輔助服務(wù)。瑞士SCCER-SoE的合作伙伴最近將一項(xiàng)研究成果應(yīng)用到一個(gè)試點(diǎn)設(shè)備上，目的在于為小水電業(yè)主在電站運(yùn)行方面提供更多靈活性，并獲得額外盈利。小水電靈活性是否得到提高將通過(guò)測(cè)試基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備或運(yùn)行適應(yīng)性措施以及評(píng)估它們對(duì)于溢流、發(fā)電量和效益方面的影響來(lái)得到驗(yàn)證。從該示范工程中獲得的經(jīng)驗(yàn)將作為小水電行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行推廣。

示范工程為一個(gè)新建的小水電工程，已在2017年投入試運(yùn)行。該項(xiàng)目為徑流式水電站，上游無(wú)露天蓄水庫(kù)。圍繞該電站具體情況展開(kāi)了以下研究。

(1)問(wèn)題1。在既定方案中，如何使日調(diào)節(jié)庫(kù)容、周調(diào)節(jié)庫(kù)容或月調(diào)節(jié)庫(kù)容收益最大化，這取決于進(jìn)水渠側(cè)、尾水渠側(cè)還是兩端渠側(cè)還有待研究。

(2)問(wèn)題2。在大幅度降低低水頭臨界值的情況下，擴(kuò)大機(jī)組運(yùn)行范圍會(huì)造成的后果有待研究。

(3)問(wèn)題3。如何讓氣象預(yù)報(bào)(短期/即時(shí)預(yù)報(bào))能夠最好地服務(wù)于電力生產(chǎn)，比如來(lái)沙預(yù)測(cè)和沉沙池清理優(yōu)化(以及減少水資源流失)，這一問(wèn)題有待研究。

(4)問(wèn)題4。提高小水電運(yùn)行靈活性會(huì)給下游河段的水能峰值和河流形態(tài)方面帶來(lái)的后果以及下游河道空間能有效適應(yīng)和(或)減弱水位浮動(dòng)和熱峰效應(yīng)的情形均有待研究。

將對(duì)該示范工程的成果進(jìn)行總結(jié)并形成一套商業(yè)模式，對(duì)靈活性附加值進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估。

4.2 控制水庫(kù)細(xì)顆粒泥沙排放

該類(lèi)工程的設(shè)計(jì)理念是人工攪動(dòng)水庫(kù)中的水體，防止泥沙淤積，并考慮通過(guò)水輪機(jī)或底孔在可接受的速度下將泥沙輸運(yùn)至下游。泥沙攪動(dòng)器采用圓形管道，安裝在進(jìn)水口附近的水庫(kù)底部、壩前位置。該設(shè)備配有4個(gè)噴嘴，排放壓力水柱，產(chǎn)生充足的逆風(fēng)湍流以保持細(xì)沙懸浮，阻止細(xì)沙在壩前淤積。之后，細(xì)沙以低濃度形式持續(xù)排放到電站水道的下游(水和電能無(wú)損耗)。泥沙攪動(dòng)器可在洪水濁流來(lái)臨后啟動(dòng)運(yùn)行，或定期運(yùn)行以排放泥沙。該示范工程的攪動(dòng)器依靠水泵操作，需要電力驅(qū)動(dòng)(部分地區(qū)可采用自流水力驅(qū)動(dòng)替代)。移動(dòng)攪動(dòng)裝置(示范裝置)功效在若干座大壩(1～3座)中得到檢測(cè)。

在鋼結(jié)構(gòu)方面，示范工程主要由兩部分組成：一條供水管線和一套多噴嘴集成框架。最大可承受200 m水頭和 2.5 MPa內(nèi)外水壓差。供水管線大部分固定在岸上，其余安放在水庫(kù)底部。圓形集成框架在岸上建好后利用水-空氣浮筒-壓載系統(tǒng)，采用摩托艇或拖船拖放安設(shè)。該設(shè)施可安裝在指定的大壩水庫(kù)，并且還可以拆除移裝到另一個(gè)工程點(diǎn)?？紤]來(lái)水量和電量，以及通過(guò)水道的水沙輸出量，將在選定的河道下游控制斷面對(duì)示范工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。工程實(shí)踐中將取得如下預(yù)期成果。

(1)與實(shí)驗(yàn)室研究條件進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證沖砂效率(每立方放水量與每千瓦電量)；

(2)掌握當(dāng)?shù)貙?shí)際條件對(duì)示范工程的影響程度(水庫(kù)形態(tài)、水庫(kù)進(jìn)水口和出水口的布置)；

(3)掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施和調(diào)配過(guò)程中的實(shí)際困難與不足；

(4)明確未來(lái)研究和發(fā)展的瓶頸與需求，比如模塊化、結(jié)點(diǎn)部位、監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)。

該設(shè)施的運(yùn)行對(duì)廠房下游河道所造成的影響將會(huì)得到評(píng)估，預(yù)期細(xì)沙濃度將遠(yuǎn)低于可接受的濁度。

4.3 “靈活蓄能”的多學(xué)科試點(diǎn)項(xiàng)目

“靈活蓄能”將成為蓄能電站在變化的環(huán)境和市場(chǎng)情況下靈活運(yùn)行的一套創(chuàng)新型工具。它將在復(fù)雜的水電項(xiàng)目中得以開(kāi)發(fā)和測(cè)試，有助于尚未具備風(fēng)險(xiǎn)控制能力的瑞士水電行業(yè)應(yīng)對(duì)面臨的市場(chǎng)機(jī)遇或威脅?！办`活蓄能”受瑞士水電行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)的推動(dòng)，即目標(biāo)為電價(jià)優(yōu)惠時(shí)段的靈活運(yùn)行需求，而實(shí)現(xiàn)該需求的水電升級(jí)改造工程的綜合方法仍然缺失。瑞士水電行業(yè)曾經(jīng)對(duì)該國(guó)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)巨大，現(xiàn)在卻呈負(fù)面發(fā)展趨勢(shì)。冬季發(fā)電量出現(xiàn)嚴(yán)重赤字，因此瑞士已連續(xù)十多年在冬季進(jìn)口電力。盡管如此，該國(guó)蓄能電站仍在平衡歐盟電網(wǎng)，以及在促進(jìn)光伏和風(fēng)電的大比重整合等方面發(fā)揮著日益重要的作用。

“靈活蓄能”的具體目標(biāo)是論證如何集中在更短時(shí)間內(nèi)增大發(fā)電量，并同時(shí)緩解負(fù)面影響(如水位驟升和驟降)，以及如何可持續(xù)地管理水庫(kù)泥沙淤積，從而保證興利庫(kù)容并遵守《瑞士水域保護(hù)法案》。另外，邊緣地帶的山坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)得以解決，避免采取非最佳的“預(yù)防性水庫(kù)水位降低”措施。此外，還將會(huì)明確變化的電力需求結(jié)構(gòu)以及所需的蓄能適應(yīng)性管理。還需論證的是，過(guò)快或過(guò)頻繁的運(yùn)行，在保證穩(wěn)定的前提下，是否意味著要擴(kuò)大水力機(jī)械的運(yùn)行范圍。最后，將提出流域補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)管理方案，從而將下游河段水力峰值的生態(tài)影響降至最低。所有研究項(xiàng)目都將在KWO公司復(fù)雜的系統(tǒng)內(nèi)獲得概念驗(yàn)證，以期為其他工程提供借鑒及經(jīng)驗(yàn)。

工程實(shí)踐中將取得的預(yù)期成果如下。

(1)蓄能電站聯(lián)動(dòng)靈活運(yùn)行的工具?？紤]到調(diào)節(jié)設(shè)備的作用，以及相關(guān)流域和下游河段內(nèi)的3D流態(tài)，確定現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)環(huán)境可接受的峰值電力。

(2)預(yù)測(cè)水沖擊波產(chǎn)生的可接受災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)臨界點(diǎn)的工具。根據(jù)每座水庫(kù)的運(yùn)行情況量身定做，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體形態(tài)特征的確認(rèn)進(jìn)行校準(zhǔn)。

(3)預(yù)測(cè)蓄能電站靈活運(yùn)行策略的影響工具。提供有價(jià)值的需求滿意度，突出每座水庫(kù)在更大水電樞紐中的作用。

(4)預(yù)測(cè)梯級(jí)水庫(kù)泥沙聯(lián)合管理成效的工具。目的在于減少經(jīng)濟(jì)損失，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)水庫(kù)形態(tài)。

(5)水輪機(jī)磨損量化的工具?；诂F(xiàn)場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的泥沙濃度和鋼磨損測(cè)量結(jié)果，量化確定水輪機(jī)磨損可接受臨界值(與細(xì)沙流速相關(guān)的函數(shù))，用以分析對(duì)設(shè)備使用壽命和水庫(kù)泥沙淤積的影響。

(6)水泵水輪機(jī)啟停過(guò)程中避免失穩(wěn)的新方法。該方法源于瑞士首例原型尺寸機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)和測(cè)試的驗(yàn)證實(shí)施。

5 結(jié) 語(yǔ)

瑞士水電行業(yè)的發(fā)展形勢(shì)在未來(lái)幾年不容樂(lè)觀。目前，正面臨著重大技術(shù)、專(zhuān)業(yè)人員和科學(xué)技能缺失的挑戰(zhàn)，而這些對(duì)于瑞士在2020年后的水電站擴(kuò)建、修復(fù)和升級(jí)改造項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是必不可少的。這些項(xiàng)目不僅有助于2050年能源戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而且可確保瑞士水電在競(jìng)爭(zhēng)激烈的歐洲市場(chǎng)上具備可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力。

在未來(lái)，瑞士仍將在水電站和水壩項(xiàng)目上加大投資，以應(yīng)對(duì)在高度變化和競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中安全和可再生的電力供應(yīng)需求帶來(lái)的挑戰(zhàn)。一部分投資會(huì)用于已建基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)和延長(zhǎng)項(xiàng)目使用壽命，也將用于針對(duì)其靈活運(yùn)行進(jìn)行升級(jí)改造和擴(kuò)建，這意味著能增加每日高峰發(fā)電時(shí)間和冬季電能。為應(yīng)對(duì)氣候變化，瑞士對(duì)諸如蓄水、防洪及其他自然災(zāi)害等問(wèn)題重新進(jìn)行了思考，而修建適應(yīng)力強(qiáng)且用途合適的水工建筑物則顯得尤為重要。另外，從國(guó)會(huì)和議會(huì)層面得到證實(shí)的最新情況來(lái)看，由于水電與更易調(diào)度的非可再生能源相比優(yōu)勢(shì)不足，所以瑞士現(xiàn)已著手準(zhǔn)備評(píng)估新的可再生能源項(xiàng)目。

劉卉潘偉譯