火力發電行業用水計劃核定下達方法研究

李 敏，陳雅芬

(水利部珠江水利委員會珠江水利綜合技術中心，廣東 廣州 510611)

《中華人民共和國水法》(以下簡稱《水法》)《取水許可和水資源費征收管理條例》等法律法規，明確規定中國實行計劃用水管理制度，且由水利部印發了《計劃用水管理辦法》[1]。《計劃用水管理辦法》第十五條用水單位具有下列情形之一的，管理機關應當核減其年計劃用水總量：“(一)用水水平未達到用水定額標準的；(二)使用國家明令淘汰的用水技術、工藝、產品或者設備的；(三)具備利用雨水、再生水等非常規水源條件而不利用的”，上述內容僅為核定用水單位用水計劃的原則，不是用水計劃的核定標準；另外相關水行政主管部門也沒有出臺相關文件進一步明確和細化用水計劃的核定標準。

目前，不同省市縣的水行政主管部門結合各自實際情況研究制定了相應的用水計劃核定下達的規定，并執行用水計劃核定工作。現行水行政主管部門年度用水計劃核定下達，大多數以取用水戶上報數據和前3年實際用水量為依據，在不超過原審批取水量的前提下直接下達；另外國內部分學者也開展了用水計劃核定下達方法方面的類似或相關研究，并提出多元回歸法和定額法[2-5]、聚類算法和用水預測算法[6]、水平衡法測試方法[7]等多種方法，但大部分方法并未充分考慮用水定額與實際用水水平，不太符合當下節水優先、限額管理的要求。

本研究在分析流域內外部分省(區)市水行政主管部門用水計劃核定下達現狀和部分學者相關研究的基礎上，針對用水計劃核定下達方法體系不完善的現狀，歸納、總結、提煉已采用或提出的用水計劃核定下達方法的優缺點，結合火力發電行業的特點，研究提出火力發電行業用水計劃核定下達的“前三年平均效率值法”，并建立數據計算模型，進一步完善用水計劃核定下達方法體系，同時促進了用水計劃核定下達的合理性。另外，將已有的以及新研究提出的核定下達方法應用于火力發電行業的實際案例中進行適用性分析，并提出適用方法和結論。

1 用水計劃核定下達現狀

對水利部珠江水利委員會(以下簡稱為珠江委)、珠江流域內外部分省(自治區)市以及國內學者關于對用水計劃核定下達方法的現狀情況進行梳理。

1.1 珠江委

珠江委根據各取用水單位的報送材料，統計近3年各個用水項目實際用水量，并結合用水單位報送的本年度用水計劃量、近3年實際平均用水量和取水許可批復水量，若申請下一年度用水量不超過前3年實際用水量120%的，直接核定下達；超過120%的，理由充分且合理的，采用申請用水量下達，但不能超過取水許可批復水量；理由不充分的采用近3年實際平均用水量的120%下達。對于水電站、灌區等用水項目，采用業主上報用水計劃量。對于未上報下一年度用水計劃的，依據審批的取水許可量和近3年實際用水量綜合核定后下達。

1.2 流域內各省(區)市

云南省結合年度取用水總量控制指標、企業實際年度用水情況、用水定額、水平衡測試結果等，核定下達用水計劃。貴州省主要根據取用水戶前3年實際產品產量、用水量和當年計劃產品產量核定用水計劃。廣西壯族自治區根據本行政區域年度用水總量控制指標、用水定額和用水單位近1～3年的實際用水量，核定用水單位的用水計劃。廣東省根據用水總量控制指標、用水定額、供水單位的供水能力，結合用水單位的用水計劃建議、用水項目情況、前3年同期抄表計費水量等用水情況核定用水計劃。海南省根據本行政區域年度用水總量控制指標、用水定額和用水單位的用水記錄核定用水單位的用水計劃，取用水單位年計劃取用水量最多不超過前3年平均值1.2倍，并小于許可取用水量。福建省將水平衡測試結果作為重要依據。江西省將用水定額作為主要依據，并結合實際情況進行核減。湖南省根據本行政區域用水總量控制指標、用水定額、供水單位的供水能力等，結合重點用水單位的用水計劃建議、用水項目情況、前3年同期抄表計費水量等用水情況核定用水計劃。其中廣西、江西有核減制度，但無具體的核減標準。

廣州市規定水行政主管部門每半年下達1次月度用水計劃，用水計劃根據城市供水能力、以用水戶近3年同期抄表計費水量為基數計算的加權平均值、用水戶用水量增長趨勢確定。取月度抄表計費水量加權平均值、最近12個月內月度用水計劃峰值兩者中的最大值作為月度用水計劃，其中月度抄表計費水量加權平均值=[(1×大前年同月抄表計費水量+2×前年同月抄表計費水量+3×去年同月抄表計費水量)/6]×(1+增長系數)。

深圳市用戶年度計劃用水總量根據水量平衡測試確定的合理用水水平系數、用水平均增長率以及最近3年年度實際用水總量的平均值確定。用戶有3年以上用水數據的：用戶年度計劃用水總量=合理用水水平系數×(1+前3年用水平均增長率)×前3年實際用水總量的平均值。

1.3 流域外部分省(區)市

江蘇省按照不低于用水定額的用水水平核定其年用水計劃總量，未制定用水定額的，根據該計劃用水戶近1～3年實際用水量的加權平均值并考慮適當的增減系數核定其年用水計劃總量。山東省根據年度用水總量控制指標、用水定額、取用水戶近1～3年實際取用水量和繳費情況、取用水戶生產計劃等確定。吉林省根據用水定額、經濟技術條件以及水量分配方案確定的可供本行政區域使用的水量，制定年度用水計劃，超計劃用水的，按照上一年度用水計劃核減其用水量。甘肅省根據本行政區域年度用水總量控制指標、用水定額和用水單位的用水記錄，按照總量控制、統籌協調、綜合平衡、留有余地的原則，核定用水單位的用水計劃。

上海市以用水定額為基礎核定用水計劃并進行月度考核，尚無行業用水定額的，用水計劃指標參照用水單位上年度產值單耗和近3年實際用水量以及發展需求核定；未滿3年的，參照上年度產值單耗和實際用水量核定[8-9]。北京市根據區域年度用水計劃、相關行業用水定額、用水單位的生活、生產經營需要輔以調整系數綜合核定[10-11]。天津市根據當年水資源總量，參照區(縣)節水辦上報的匯總平衡結果、非生活用水戶的用水定額和上一年度實際用水量確定。德州市根據各用水戶近3年取用水情況、行業用水定額、用水效率情況以及取水許可水量綜合確定[12]。

1.4 國內學者

孫明[2]2004年提出可采用用水定額和水平衡測試法編制和核定取用水單位的用水計劃，同時指出即使采用用水定額下達用水計劃，水平衡測試也是其有益的必要的補充。賀娟[3]2013年采用定額法與多元回歸法對三亞市計劃用水進行了計算，并確定了規劃年限內各年度內各行業的計劃用水量。秦毅等[4]2000年提出現行用水定額在實際運用中存在的問題，并將城市用水定額分為規劃設計用水定額和計劃管理用水定額，并以此對計劃管理用水定額提出了計算方法。江亞菲[5]2014年通過構建合理的數學模型，借鑒同類型城市的用水定額成果進行了調整，提出秦皇島市關于城市生活和工業生產的計劃用水定額，通過編制便于應用的計劃用水指標體系，指導城市節制用水。陳興[6]2016年通過對各行業用水特點的了解分析，最后確定用水計劃的核定采用2個方向，一是與其他相似企業用水的對比，二是與企業自身歷史用水的對比；2個方向引用的方法分別為聚類算法和用水預測算法;聚類算法主要是利用SPSS19.0版中K-means分析模塊，找出同行業同類別中用水不合理的用水戶。胡海軍等[7]2014年選取中國長城葡萄酒有限公司作為測試對象，對企業水平衡測試方案、方法、測試時間及過程進行說明，最后得出測試結果，水平衡測試成果可為相關企業節水管理以及水利等相關部門合理管理水資源提供參考依據。韓國華等[13]2012年運用BP人工神經網絡的計算機模擬得出供水量與最高、最低、平均溫度等因素關系，并應用該方法對未來一個月的供水量進行了預測。

2 已有核定下達方法的歸納和總結

經對目前流域內外省、市已采用和部分研究學者提出的用水計劃核定下達方法的分析和歸納，對已有的方法主要總結為3種，分別為實際用水量平均值法、用水定額法和水平衡測試法，本研究明確提出3個方法的概念、計算公式，設計各種方法計算表格，并分析各個方法的適用條件和優缺點。

2.1 實際用水量平均值法

實際用水量平均值法，即計算前3年實際用水量的算數平均值或者加權平均值作為取用水戶當年的用水計劃，以2種方法計算的大值為最終確定值。

確定的加權平均值計算公式為：3年加權平均用水量=(大前年用水量+2×前年用水量+3×去年用水量)/6，其中加權平均系數的選取參照流域內廣州市月度用水計劃計算公式確定。2種方法的計算表格見表1、2。

表1 前3年用水量算數平均值計算建議用水計劃下達量

表2 前3年用水量加權平均值計算建議用水計劃下達量

此方法要求有歷史數據即可，預測的用水計劃下達量較貼近實際，但根據實際用水年份、地區發達程度、不同行政級別等確定的加權系數具有較大的不確定性。當用水戶年度用水變化較大，或因年內設備檢修或停產時間較長，造成用水量明顯下降時，加權平均法計算數據則不能代表取用水戶實際用水情況。

2.2 用水定額法

用水定額法，即根據本行政區域內的行業用水定額乘以用水戶近3年的實際生產能力平均值或者用水戶下一年的計劃生產能力，得到取用水戶用水計劃下達量。

確定的用水定額法計算公式為：用水計劃下達量=用水定額通用值×前3年平均產品產量或下一年的計劃產品產量，用水定額通用值取國家和地方標準中的小值。設計的計算表格見表3，2種方法計算結果根據取用水戶實際情況選定。

表3 用水定額法計算建議用水計劃下達量

此方法要求用水定額標準完善且需及時更新，這是由于一方面隨著社會的進步，人民生活水平不斷提高，用水定額標準不斷調整；另一方面，用水涉及到方方面面，新的用水方式不斷涌現，因此該方法適用于生產和用水工藝合理、產品品種穩定、計量完善、具有相應用水定額標準的行業。當取用水戶用水水平較低，超出定額標準時，可利用定額限制取用水量，倒逼企業改造工藝，實現節水的目的。

2.3 水平衡測試法

水平衡測試法，即按最新的水平衡測試成果和近3年的平均生產能力，推算本項目年用水量。

確定的水平衡測試法計算公式為：下一年度用水計劃下達量=電廠滿發時每小時用水量×近3年平均年利用小時數或下一年計劃發電利用小時；或下一年度用水計劃下達量=單位發電量用水量×近3年平均發電量或下一年計劃產量。針對不同規模機組，分別計算并相加。計算表格見表4、5。

表4 水平衡測試發電利用小時數計算建議用水計劃下達量

表5 水平衡測試單位平均發電用水量計算用水計劃下達量

此方法適用于定期開展水平衡測試并有相關數據的取用水戶，根據DL/T 606.5—2009《火力發電廠能量平衡導則 第5部分：水平衡試驗》，水平衡測試必須在機組的常規運行工況下進行，且機組的發電負荷應占全廠總裝機容量的80%以上，最好為滿發工況。未按期完成水平衡測試工作，或水平衡測試條件不滿足相關要求的取用水戶，均不適用于此方法。

3 “前三年平均效率值法”

火電行業既是高耗水行業，也是高能源供給行業，對生活、工農業生產有非常重要的作用。大部分火力發電用戶企業建立較早，用水工藝有待改進，具有較大的節水空間，同時火力發電取用水戶用水過程梳理和用水統計工作相對成熟，用水對象相對單一，用水數據來源準確，便于數據分析。

在分析、歸納、總結已采用或提出的用水計劃核定下達方法基礎上，結合火力發電行業用水特點，研究提出火力發電行業用水計劃核定下達的“前三年平均效率值法”。“前三年平均效率值法”，即與實際用水效率和生產規模等因素相關的延伸預測法，是以過去“3年”的數據平均值作為下一年預測值的一種方法，具體數學計算模型為：

(1)

式中V——年度計劃用水量，萬m3；Q——下一年計劃產量或前3年平均發電量，MW·h；Vui——單位發電量用水量，m3/(MW·h)；Vui1、Vui2、Vui3——大前年、前年、去年的單位發電用水量。

經分析研究，該方法具有較好的普適性，既適用于單一規模及混合規模機組，也適用于產品缺乏定額標準、或具有多種產品但未分開統計水量的取用水戶，對用水水平條件沒有明確限制。當取用水戶年度用水或產量差異較大時可采用此方法，適用范圍較廣，有利于促進取用水戶提高用水水平，減少單位產品用水量。同時該方法的計算成果更符合實際用水情況，避免出現實際用水量和核定下達水量差距較大的情況，且更符合當前“節水優先”的相關要求。但當取用水戶用水水平較低，單位產品用水量超出定額標準時，不適用于此方法。

另外，鑒于數據獲取的難易程度，以及數據年份過長時，會涉及到取用水戶工藝改造，用水效率及用水水平變化較大的實際情況，綜合考慮認為數據計算系列不宜過長，故計算方法研究主要以前3年相關數據為主，具體計算年份可以取用水戶實際情況加以調整。

4 案例分析

4.1 案例基本情況

選取火力發電行業的1個取用水戶作為案例分析對象。大唐貴州發耳發電有限公司(以下簡稱貴州發耳電廠)位于貴州省六盤水市水城縣，成立于2005年8月24日，是國家實施“西電東送”戰略重要的后續電源，為亞臨界燃煤機組，總裝機容量4×600 MW，屬于典型坑口電廠。項目設計年利用小時數為6 000 h，設計年發電量為144億kW·h。

4.2 案例實際取用水情況

項目取水水源為北盤江大渡口河鄧家寨段，取水地點為貴州省六盤水市水城縣發耳布依族苗族彝族鄉鄧家寨河段，取水方式為提水(發耳電廠泵站)。項目年最大取水許可量為3 154萬m3，取水用途為發電取水，水源類型為地表水，機組冷卻形式為循環冷卻，取水許可有效期為2013年1月1日至2022年12月31日。貴州發耳電廠發證以來取用水情況見表6。從表6看出，電廠近幾年計劃下達量均等于申請用水量，年實際用水量未超計劃和許可水量，用水量先減少后增加并趨于平穩，年發電量未超設計發電量；電廠用水水平變化處于穩定階段，單位發電用水量基本不變，接近貴州省用水定額先進值。

表6 貴州發耳電廠2013—2020年取用水情況統計

4.3 案例適用方法及結論

貴州發耳電廠2017—2019年逐月用水情況分析見表7，2017—2019年均出現月度實際用水量超計劃量的情況，除2018年年實際用水量超計劃下達量外，其余年份兩者之間差異不大；電廠用水水平較穩定，逐月單位發電用水量均未超定額標準，且接近先進值標準。電廠近3年裝機年利用小時數分別為4 085.15、4 774.81、4 728.01 h。該電廠2019年9月進行了水平衡測試，測試結果為每小時實際取水量為2 538.0 m3/h，全廠實際平均單位發電量用水量為1.98 m3/(MW·h)。本次采用實際用水量平均值法、用水定額法、水平衡測試法和“前三年平均效率值法”的計算結果對比見表8。

表8 貴州發耳電廠建議用水計劃下達量不同方法計算成果對比 單位：萬m3

電廠為單一裝機規模取用水戶，從表7、8看出，近3年用水、產量變化不明顯，用水水平穩定，因此前3年實際用水量算術平均值以及“前三年平均效率值法”計算的結果接近，實際用水量加權平均方法計算結果偏大；由于單位發電用水量小于定額標準較多，因此采用用水定額法計算結果偏大。由于水平衡試驗期間，2臺機組的發電總負荷平均約為設計總負荷的71.2%，小于80%，不太滿足相關規范要求，且水平衡測試報告中每小時實際取水量不是滿發工況的數值，因此利用發電小時數的水平衡測試法計算結果嚴重偏小，但利用單位發電用水量的水平衡測試法計算結果相差不大。

表7 貴州發耳電廠2017—2019年逐月取用水情況分析

綜上，針對此類產品產量和用水水平均較穩定的取用水戶，為進一步落實“節水優先”的方針，經比較，采用反映電廠實際用水水平的“前三年平均效率值法”計算的結果更合理，由于未上報下一年度計劃產量，則用水計劃下達量為前3年平均單位發電用水量乘以前3年平均發電量，用水計劃下達量為2 200.84萬m3。

續表7 貴州發耳電廠2017—2019年逐月取用水情況分析

5 結論與建議

a)通過對珠江流域內外部分省市水行政主管部門用水計劃核定下達現狀，以及國內部分學者的相關研究進展分析可知，目前水行政主管部門計劃用水管理中的用水計劃核定下達方法體系不完善。

b)在分析目前水行政主管部門采用或眾多國內學者研究提出的用水計劃核定下達方法優缺點的基礎上，結合用水定額標準、實際用水水平、生產計劃和火力發電行業特點等，研究提出火力發電行業用水計劃核定下達“前三年平均效率值法”，進一步完善了用水計劃核定下達方法體系，促進了流域用水計劃核定下達的合理性。

c)通過實際案例分析，進一步驗證了火力發電行業“前三年平均效率值法”的適用范圍更廣，計算成果更貼合實際，避免出現實際用水量和核定下達水量差距較大的情況，且更符合當前“節水優先”的相關要求。

希望相關主管部門進一步研究該方法的實際應用效益，并進行推廣。