加拿大:百年水电

文/雷大艳

发达的水电使得加拿大成为世界环境最好的国家之一。

作为世界上环境保护做的最好的国家之一,水电是加拿大的清洁能源支柱。加拿大是世界上最大的水电生产国,年水力发电量约为350TW·h,约接近国家总发电的60%,占全世界水电总量的13%以上。这与加拿大丰富的水力资源不无关系,更主要的是加拿大政府的能源战略的体现。

加拿大河流众多,加国各省(除爱德华王子岛省)都有一定的水电装机容量,其中名列榜首的为魁北克省、不列颠哥伦比亚省、纽芬兰省和拉布拉多半岛、马尼托巴省和安大略省。魁北克省和不列颠哥伦比亚省,分别拥有可开发水能资源各占全国的41.7%和16.8%,分别已建水电3258万kW和1157万kW,水电比重分别达93%和86%,比全国水电比重还要高。

小水电的开发

加拿大的小水电行业通过国内及海外工程,每年贡献约1.5亿美元的经济总量,其中新增的小水电装机容量显示出每年获得的投资约为2亿美元。通常情况下每千瓦的投资成本在2000~5000加元,因此发电成本为每千瓦时0.04~0.10美元。然而,偏远地区水电工程的投资成本很高甚至超过每千瓦6000加元。近年来随着5个主要的国际性生产商进入加拿大电力市场,投资成本有望在2015年下降到每千瓦1000~4000加元。

加拿大目前小水电装机容量约为3400MW,并且正在以每年50~150MW的速度增长。已探明的小水电中15%的资源可作为促进当前社会经济形势和现有技术水平发展的强力候选,装机潜能总计约15000MW。同时,加拿大低水头水电的巨大潜力,也体现在经济性和设备成本较低这些方面。

安大略省对4000MW左右的低水头水电潜能进行了研究和评估,研究表明这些资源可开发潜力巨大,有待更深入的探讨。

加拿大各省区市对于可再生能源建议征求书、项目提供标准和小水电电量上网的呼吁也间接地促进了加拿大小水电的发展。同时部分省市出台了一些积极的鼓励政策来促进和加拿大原住民族的关系,其中就包括吸收他们成为小水电工程的合作伙伴。然而,由于项目开发者要获取工程的审核批准,往往会遭遇很长的生产前置时间,这种情况会被反对者在公众参与阶段反复提起。多数人比较关心小水电工程中土木建设环节对河川径流、生态美观、鱼类在天然栖息地间的活动造成的影响。近几年,加拿大各省区政府已经着手利用改进的可持续流域管理办法处理这些争论问题,联邦政府也已介入此议题。

水电是清洁可再生能源中最具有预测性的。目前的径流式水电站以少蓄水或者不蓄水的方式,从水流中获得能量,其中就包括小水电和低水头水电。通过完整的设计、多用途的规划和社会参与等方式,这些技术的发展可以带来更多的环境和社会经济效益。加拿大大多数偏远社区目前还在使用高排放、高成本的柴油发电形式,相比之下,小水电极具开发优势,可作为供替代的选择。现今加拿大乃至全球对水的流态和水流形式的研究兴趣日益渐增,共同致力于发展不需要坝堰的“零水头”发电技术。

创新技术的发展

加拿大水电潜能开发主要依靠提升研究技术水平。常规的小水电能源和其他能源相比具有较强的竞争力,但是仍然有一部分新兴的技术亟待研究和开发,其中包括经济高效的低水头水轮机技术,减少对水产资源影响的减缓技术、生态工程和水产资源保护技术等。目前,水的流态技术所处的发展阶段和10年前风电所经历的研究阶段类似。设备的标准化可以帮助那些定型设计资源有限的小水电开发者,同时使小型水轮机设备在价格方面更具竞争力。有些设备需要根据选址情况单独进行设计定制,加拿大相关设计院和制造厂商也在积极寻求支持来提高自身的研究开发能力。

为了促进商业可行性和降低河流中抽水带来的负面影响,目前加拿大已经实施了一系列的技术研究和开发活动,支持在小水电、低水头水电和水的流态方面的技术发展。同时加拿大还在国内和全球市场提供工程、技术、服务、专业方面的支持,来确保这些新兴水电技术能够快速成长,使其在2020年成为加拿大混合能源的重要组成部分。

共同开发尼亚拉加

尼亚拉加大瀑布不仅是举世闻名的壮丽景观,还是美加两国共同开发的水电项目,加拿大开发的步伐更快。

美国和加拿大曾于1812年至1814年间进行过激烈的战争,战争结束后,两国签定了“根特协定”,两国共同拥有尼亚加拉河的资源,共同维护的瀑布的自然景观。

两国分别从瀑布的上游开挖引水渠,通过直径巨大的地下管道将水输送到大坝前面的水库。由于水利设施是建造在地下或隧道中,因此不会破坏景区原貌。在1966年至2005年间,加拿大对SAB2发电站进行了升级改造,使其发电能力大幅提升,为此需要引更多的水量发电。于是,开凿了尼亚加拉隧洞,这项工程是加拿大安大略省过去五十年来最大的水电项目,也是当时世界上最大的可再生能源项目。SAB1和SAB2水电站也全部为地下厂房,隧洞外就是壮丽的大瀑布。

2014年3月,加拿大方面开凿的尼亚加拉瀑布隧道闸口开放,标志着全隧道贯穿开通,安大略省计划利用新竣工的尼亚加拉瀑布隧道更高效地开发水电资源。这条长约10公里、高达四层楼、建造成本为15亿加元的隧道将尼亚加拉河水引入发电站,其产生的电力可满足13万至14万人口的需求。

在跨省河流资源开发方面,1943年,安大略省和魁北克省签订了省际协议,确定了共享渥太华河水电资源的原则。这引发了20世纪50年代的该河水电资源开发浪潮。修建了卡里永、罗谢芬迪坝以及谢诺、代约阿奇姆和奥托霍尔登水电站。很多大型坝与水电站一起修建。例如,代约阿奇姆水电站的主坝高52m,坝顶长716m;奥托霍尔登坝高34m,坝顶长781m。

百年历史积淀

除了天然的资源和政府的扶持,加拿大水电之所以发达,和历史积淀有着很大的关系。加拿大开发利用水电已有120多年的历史。1881年在渥太华附近修建的绍迪耶尔瀑布电站,被认为是加拿大的首座水电站。1893年,艾伯塔省利用鲍河上的一座水车首次发电。1898年在安大略省修建了加拿大最老的高水头水电站——德塞弗瀑布水电站。同年还开始修建戈尔德斯特里姆水电站,这是西海岸首座大型水电站,其目的是向维多利亚市供电。是年,还在魁北克省沙威尼根瀑布开工建设水电站,并在布莱克河上建成了纽芬兰省的第一座水电站。1906年皮纳瓦水电站投入运行,这是马尼托巴省温尼伯河上投运的首座水电站。1908年和1912年,纽芬兰省的佩蒂港水电站安装了水轮机。

早期加拿大的水电开发不仅满足了加拿大的能源需求,同时还创造了大量的就业机会,为经济发展提供了动力。19世纪建坝和水电的开发多与制浆、造纸和采矿业有关。炼铝业也促进了水电开发,例如魁北克省内的萨格奈河上的水电开发。

一战期间直至20世纪20年代,加拿大继续修建电站和大坝。1921年在安大略省尼亚加拉瀑修建了亚当贝克爵士1号水电站,装机459MW,是当时世界上最大的水电站。1931年,马尼托巴省的七姐妹水电站投入运行。在20世纪30年代经济萧条时期,加拿大水电开发与世界经济发展明显放慢。直到二战结束,加拿大经济迅速发展和工业增长才修建了一些大型水电工程。

从不列颠哥伦比亚省到纽芬兰省,建坝和水电一直是,而且继续是加拿大经济的基石之一,促使了航运、运输以及其他许多产业的发展。加拿大的经济发展也将继续证明水电是一种清洁的、可再生的、廉价且可靠的能源。

百余年的磨练使得加拿大在水电及大坝设计、施工和管理方面已经形成了世界闻名的专门技术和许多世界级公司,例如,不列颠哥伦比亚水电公司、魁北克水电公司、马尼托巴水电公司。

其中,魁北克水电公司现有水电装机容量36500兆瓦,拥有59座水电站、26个水库、579个大坝和59个水利调节工程,其中LaGrande水电站是世界最大水电站之一,装机容量8738兆瓦;在建的Romaine-2水电站装机容量1550兆瓦,总投资65亿加元,将于2014年~2020年投入使用。这些先进的企业与政府、民间组织共同在开发水力资源与保护环境之间博弈、妥协、寻求平衡。1995年立法的“加拿大环境评估法”要求所有联邦作出决策的开发工程都必须接受认真审查。环境评估要用公开和参与的方式让公众参与,并在决策中考虑整合环境条件和公众的担忧。例如,重新植树造林、建立湿地、开垦鱼场;另外,要确保通过改善生活质量,增加就业机会和长期收入,从工程获得效益。在今天的加拿大,只有在社会和环境上得到认可的项目才可以开发。

以马尼托巴水电公司为例,与许多加拿大其他许多水电站一样,新的发展机遇往往位于原住民原居住地附近,原住民的文化和身份保护是环境保护的核心。马尼托巴水电公司和克里民族地区组成合资公司,装机200MW的乌斯卡蒂姆(wuskwatim)发电项目的建设,是电力公司同原住民之间的第一次合作。合资公司将原先设计的装机350MW改为200MW,这一变更虽然增加了单位装机容量成本,但因为小装机容量不需考虑防洪,从而减少了环境影响,二者相抵平衡。

加拿大托巴蒙特罗斯水电工程是另一个例子。托巴蒙特罗斯工程位于当地原住民的传统领地内,工程建设的顺利进行,需要与这些原住民建立业务关系,并让他们了解工程的影响。这种关系不论从法律角度还是从商业惯例来说都是十分必要的。Plutonic电力公司与当地原住民签订了多项长期协议,包括收益共享、提供承包与就业机会等。Plutonic电力公司通过“社会许可”使工程项目获得该社区及更广泛社区的支持,并且使得工程项目成为社区的一部分。

水电是最高效、最可靠、最清洁的电能,但同样水电开发也有局限性,若不善加开发,同样会造成环境污染和生态破坏。加拿大的丰富经验值得中国水电行业借鉴学习。

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