美國小水電開發前景及面臨的問題

1 概 述

早在1879 年，尼亞加拉瀑布便被開發用于水力發電。3 a 后，美國首座商業發電廠投入運營。1895年，紐約建成尼亞加拉瀑布發電廠，裝機3 728 MW，且首次生產可用于長距離傳輸的交流電。

由于水電開發具有防洪、灌溉和發電等效益，因此，越來越受到人們的重視。1949 年，水電占美國總發電量的32%，隨后發電量持續增長，直到1974年，水電占美國總發電量的比例才開始穩步下降。由于缺少新建水電站，1974 年后水力發電量開始減少，且年發電量經常變化較大，有記錄顯示，水力發電量從1999 年的356 TW·h 降至2001 年的217 TW·h。

2 開發潛力

2009 年，水力發電僅占美國電力生產的7%，而全球平均水平為20%。美國傳統水電裝機容量為77 910 MW，抽水蓄能為20 538 MW。目光再次投向水電能源。在成熟的電力市場，實施大型水電開發方案的機會很少，而更多關注于升級改造已建電站和開發小水電。

2009 年，美國政府宣布，計劃將通過提高水輪機效率，充分利用抽水蓄能電站及安裝徑流式水輪機等措施，以期將水電裝機容量提高70 000 MW。政府指出，在提高美國水電裝機容量的同時，應考慮到對環境造成的影響，無需新建許多大型水庫，只要將精力放在已建項目上，新增電量就已相當可觀。為開發小水電蘊藏量，能源部同意于2009 年在7 個新項目上投資3 060 萬美元。

阿拉巴馬州電力公司獲得約600 萬美元，用于對庫薩(Coosa)河3 座水電站的升級改造。將運用不銹鋼水輪機和轉子取代20 世紀40 年代和60 年代的原有設施，在取水量相同的情況下，可產出更多的電量。升級改造始于2010 年6 月，以期使年發電量增加36 087 MW·h，即占總發電量的7.3%。

能源部為美國鋁業公司提供了約1.23億美元的資金，旨在對美國卡羅萊納州北部喬阿(Cheoah)河上的塔波科(Tapoco)大壩進行升級改造，將利用不銹鋼水輪機取代4 臺已使用了90 a 的混流式水輪機，預計總耗資約為1.23 億美元。據預測，該措施將增加22 MW 的裝機容量，即占容量的28%。同時，更換水輪機也可提高魚類成活率。

美國新墨西哥州中部城鎮——洛斯阿拉莫斯獲得450 萬美元資金，用于安裝裝機為3 MW 的小流量水輪機和發電機。該項目預計總耗資850 萬美元，可增加22%的裝機容量。此外，美國華盛頓州西部塔科馬市、科羅拉多州博爾德、華盛頓州西北能源公司，以及阿肯色州北小石城電力部也分別獲得460 萬、118 萬、80 萬和45 萬美元的相應資助。

水電具有升級潛力，比如在發電效率和增容方面。裝機容量超過5 MW 的小水電應受到重視，開發利用得當可將現有水電裝機容量提高近一倍。

奧潤柯(Orenco)水電公司，位于加利福尼亞州帕洛阿爾托市，其創始人兼副主席M.馬托塞克表示，目前美國有多座大壩未用于發電。因此，他主張增加水電項目建設，并認為，對已建大壩進行升級或改造，是增加美國可再生能源最切實可行的方法。

此外，他還將風力發電項目與新增水電項目進行比較。作為戰略決策集團(SDG)咨詢公司總經理，他指出，風力發電項目的建設成本約為2 500～3 500 美元/kW，平均發電量約為裝機容量的25%。而水電項目僅需1 500～2 500 美元/kW，新建水電項目的平均成本不足風力發電成本的一半。

因此，他認為發展水電帶來的可觀經濟效益顯而易見，特別是當汽油價格飆升和依靠其他發電能源(如煤炭)難以滿足利用可再生能源發電要求的時候。

然而，原田納西流域管理局的高級產品管理經理P.瑪馳則持有不同觀點。他表示，如果水電項目仍有市場，那么就可對這些項目進行開工建設。然而，據他回憶，早在20 世紀80 年代，能源部就曾鼓勵建設類似的小水電項目。但是，由于人為或自然因素，幾個項目紛紛以失敗告終。

3 生態環境

從局部影響和減緩溫室氣體排放來說，水電項目通常都不符合環境標準。在水電建設中，經常會提出環境問題，但卻不能完全得以解決。尤其是，減少對當地的影響會增加開發成本，從而影響小水電項目的收益率。

田納西州橡樹嶺國家實驗室研究與發展高級職員G.卡達稱，目前所面臨的環境問題與20 世紀90年代相似。由于修建大壩減緩了水流流速，使懸浮的泥沙和碎片沉積下來，破壞了水生植物，植物腐爛又引起甲烷大量排放，從而導致水庫很快沼澤化，必須采取適當的泄流措施來解決這一問題。

魚類死亡則是另一個問題。上下游遷移的魚類往往很難通過水輪機。G.卡達指出，通過一些老式水輪機的魚類僅有不到30%的存活率。而現代水輪機(如混流式水輪機)可大大提高魚類存活率，可達50%～80%，運用軸流式水輪機則可達90%～95%。2005 年，德國福伊特公司宣稱，其生產的水輪機安裝在華盛頓瓦納龐(Wanapum)大壩上，魚類通過時成活率高達98%。在西北部斯內克河建造的大壩上，也安裝了類似的水輪機。然而，該技術只適用于大型水電項目。瓦納龐水電站裝機容量1 038 MW，投資達1.2億美元。因此，從商業角度考慮，這并不適合小型項目。

下游河水的含氧量是需要關注的另一環境問題。盡管該問題普遍存在于大型項目。水庫底部水流進入壓力管道時，含氧量較低，水流至下游時將會產生不利影響，這就要求采用先進的曝氣式水輪機。當水流通過該水輪機時可產生氣泡，從而提供充足的氧氣。但采用該技術會增加投資。

如果不重視環境問題，在某些情況下，結果可能會與能源部的初衷相悖。因對大壩進行升級改造而使其受到破壞，導致水力發電量減少。以加利福尼亞州蔚町市的巴特爾克里克河為例，2010 年7 月，工程師們開始了美國歷史上最大的流域恢復項目之一。他們計劃拆除太平洋煤電公司擁有的4 座大壩，這將導致總裝機容量從28 MW 下降至20 MW。

資助該工程的單位有:加州聯邦銀行、國家海洋漁業局、美國魚類與野生動物局、美國墾務局，以及加州漁業部以及太平洋煤電公司。拆除大壩后如何完全恢復河流將成為未來10 a 內爭論的焦點之一。該工程預計耗資1.25億美元，歷時4 a 竣工。此外，工程還將為河道兩側配置魚道、安裝護魚篩網，以使該河的水生生物重獲新生，并為珍稀物種切努克鮭魚和鱒魚提供交配場所。

4 FERC 審批程序

新建水電項目受到監管。當水電前景不樂觀時，監管機構就將阻止新項目上馬。項目一旦確立，聯邦能源管理委員會(FERC)的審批程序就將成為難以逾越的行政障礙。M.馬托塞克相信，該市場將會越來越活躍，但復雜且耗時的審批程序也是存在的挑戰之一。

相對于太陽能或風力發電場2.5 a 的審批時間，FERC 對新水電項目進行審批需要5.5 a。對前者的審批受內政部礦產管理部門控制。雖然通過努力可以簡化水電項目的審批程序，但要達到裝機容量為100 MW 的風力或太陽能發電場的審批標準，仍需要很長時間。新建大壩的審批程序繁瑣，對已建大壩也同樣如此。

FERC 正在努力調整對小水電的審批現狀，2010 年8 月與科羅拉多州簽訂了備忘錄，計劃簡化對試點計劃的審批程序?？屏_拉多州將篩選出相關項目，通過FERC 認可后，將省去前兩個討論階段，這將會節約1 a 多的審批時間。

在幾個正在實施的大型項目中，能源部也利用著名的分類免責條款，使FERC 免去最耗時的審批環節。與其他項目一樣，這些都屬于聯邦政府緩解環境問題的常規措施。

雖然小水電在可再生發電裝機容量方面能長期、顯著地增長，但在許多方面，其對當地環境的影響比太陽能或風力發電場都大。本質上，處理好水電對當地自然水體環境的影響將會增加工程成本。相對而言，徑流式水電站影響較小，因而可能更易實施。當實施部分河流恢復項目時，也許是對美國許多現有的大壩進行升級改造的最佳時機，而不應一味反對。