當一條河流的全長（從河源到河口）超過一個開發段所能達到的最大長度時，就必須將全河段分成若干個河段來開發利用。在一條河流上，自上而下，建造一個接一個的水利樞紐，成為一系列的梯級樞紐，這種開發方式稱為河流的梯級開發。梯級開發中的一系列水電站，稱為梯級電站。
基本介紹
- 中文名：水電梯級開發
- 外文名：Hydropower cascade development
- 學科：電力工程
- 領域：能源
- 範圍：電力系統
- 別稱：梯級電站
簡介,河流梯級電站的原則,基於生態系統健康的生態承載力,建立評價指標體系,水電梯級開發對怒江州生態承載力的影響分析,調控措施建議,總結,
簡介
為應對全球氣候變化，我國政府向世界承諾到2020年單位國內生產總值CO2排放比2005年下降40%～45%，並將其作為約束性指標納入國民經濟和社會發展中長期規劃。同時決定通過大力發展可再生能源、積極推進核電建設等行動，到2020年我國非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右。水電是最有效、最成熟和最有代表性的可再生清潔能源，在全球能源供應中占有重要地位。多利用1kW·h水電，可少燃燒約0.5kg 的煤炭、減少0.8kg 的CO2排放；多1m3的水庫庫容，就會多1m3的防洪庫容或多1m3的枯水期供水能力。
因此，水電梯級開發不但可以充分利用水力資源，還直接關係到國家節能減排目標的實現和能源可持續發展戰略。對水電發展的環境影響的分析與評價存在一些偏頗，並已直接影響到政府的決策。基於生態系統健康的生態承載力理念，以怒江中下游水電梯級開發為例，建立科學的評價指標體系，套用投影尋蹤技術建立區域生態承載力的評價模型，初步對怒江水電梯級開發對怒江州區域生態承載力的影響進行分析，通過分析評價，探討水電效益最大化與環境影響最小化之間的最佳平衡點，為水電這一可再生能源的發展提供理論和實踐依據。科學地評價水電發展對區域生態承載能力的影響是水電開發決策和設計的前提。由於生態系統健康和生態可承載能力評價的複雜性，對其評價方法的研究顯得格外重要。
河流梯級電站的原則
河流梯級電站的原則是：
（1）在地形、地質、和淹沒條件限制等條件許可時，儘可能使各樞紐首尾銜接，以充分利用落差；
（2）不允許淹沒的河段，儘可能採用低壩河床或引水式開發；
（3）最上游一般要有較大的水庫，以提高其調節控制性能；
（4）優先建設比較關鍵且開發條件較優的工程。
河流中上游有修較大水庫的條件時，最好首先建設，這樣對下游工程的施工和運行管理有利。
基於生態系統健康的生態承載力
基於生態系統健康的生態承載能力(Ecological Carrying Capacity，ECC)以自然生態系統為研究對象，即在一定社會經濟條件下，自然生態系統維持其服務功能和自身健康的潛在能力，由3部分組成：
(1)資源環境承載力( resources and environ-mental carrying capacity)；
(2) 自然生態系統的恢復力( 彈性力) ( resilience)；
(3)人類支持能力，即與承載能力有關的人類影響因子，如資源、能源利用率的提高作用於承載體，所帶來的自然生態系統承載能力( human potential)。
人類支持能力從管理和建設水平、技術進步水平和社會經濟進步3個方面展開，側重人類對資源利用、污染排放控制、污染治理以及生態建設的支持。這些能力的提高，既能降低污染物排放、提高資源供給能力，也能提高相同環境納污和資源供給狀態下的人類活動總量。
一定的生態承載力水平對應一定的生態系統健康等級。人類活動的雙重性對健康狀態下生態承載力的作用集中體現在對健康臨界點的影響上，人類經濟活動對生態系統的壓力將導致健康臨界點的下降使原有相同生態承載力水平對應的生態系統健康等級下降，直至降為零。相反，人類活動對生態系統的改善作用和系統間的交流能使健康臨界點上移，生態系統的發展及其健康狀態更加合理化，健康區域擴大，使原有相同生態承載力水平對應的生態系統健康等級上升。
建立評價指標體系
進行綜合評價，首先要確定評價的指標體系，指標選擇的好壞，對分析對象常有舉足輕重的作用。生態承載力水平與生態系統健康狀態息息相關，基於生態系統健康的生態承載力的理念，以怒江州生態環境現狀為研究對象，選取的生態承載力評價指標來自流域生態系統健康指標，並著重考慮了水電開發在節能減排、應對全球氣候變化的貢獻，增加每年減少排放CO2、CO、SO2、NOx量和減少產生粉煤灰量等指標作為環境資源承載力考核內容。
水電梯級開發對怒江州生態承載力的影響分析
根據構造類間距離、類內密度和投影指標函式。在滿足約束條件下，最佳化求解，採用遺傳算法將最佳化得到的最佳投影方向。
(1) 環境資源承載力隨著開發的進展而變化，環境資源承載力在第一階段增加緩慢，第二階段和第三階段增加較快，主要貢獻是飲用水安全保證率、城鎮供水保證率、灌溉用水保證率、人均清潔能源占有率、節約標煤率、每年減少排放CO2量、每年減少排放CO 量、每年減少排放SO2量、每年減少排放NOx量和每年減少排放粉煤灰量。特別是水電開發對應對氣候變化的貢獻，符合清潔能源發展機制(CDM) ，獲得經過核准的減排量(CERs) ，並通過出售CERs信用額度獲得額外收益，從而提高項目的經濟效益、增強項目的財務和經濟競爭力。
(2) 生態彈性力在開始階段下降，主要原因是由於水庫的修建使水生生物多樣性指數下降、水溫分層、土著水生動物存活狀況變差，森林覆蓋率下降;隨開發的進行，生態彈性力緩慢增加，特別在開發的第三階段增幅較大，原因是生態群落結構在新的條件下達到了新的平衡，通過水庫分層取水、增加庫區植被的維護、提高枯水期下游水量、增加生態旅遊和提高人群的健康水平等一系列措施，可以提高生態彈性力。
(3) 人類支持能力不斷增加。原因是水電開發帶來的經濟效益，使污水處理率、城市垃圾無害化處理率、環境治理指數、生態保護指數方面的投入增加，在第三階段人類支持能力甚至超過了環境資源承載力和生態彈性力對生態承載力的貢獻。可見依靠技術進步和經濟發展，人類生態環境保護的潛力可以不斷發揮。
(4) 生態承載力在開發的三個階段持續增加，說明水電開發的長處大於短處。
調控措施建議
針對第一、二階段生態彈性力下降，根據木桶效應，可以通過分力間聯合調控和分力內部調控。具體調控建議：
(1) 通過提高森林的覆蓋率，降低水土流失面積，增加枯水期下游水量，不斷提高生態旅遊率和人群的健康水平來增加生態彈性力。
(2) 通過一定的工程措施，如施跡工地恢復、渣場邊坡綜合治理、廢水處理、壩肩邊坡治理等，提高水電工程的環境友好程度。
(3) 把水電開發的負面影響通過人類支持力的提高，進行彌補。在建設前或期間，對污染源進行治理，把大多數不利的影響減小到最低程度。
(4) 根據電站每年核准的溫室氣體減排量，通過清潔能源發展機制(CDM) ，得到新的資金源，用於水電開發的可持續發展。
(5) 儘快理順電價，實現國家早已提出的同網同質同價。全國水電平均上網電價與燃煤火電相比約少0.1元/ kW·h，實為不合理，按2007年全國水電發電量和燃煤火電平均上網電價計，水電可增加收入470億元，對全國總的平均電價影響僅為0.014元/ kW·h。水電增加的收入可以有效地用於進一步做好移民安置、環境保護和促進所在地的經濟社會發展。
總結
(1) 基於生態系統健康的生態承載力由資源環境承載力、生態系統彈性力和作為調控因子的人類潛力三者的合力構成，可衡量一定社會經濟條件下，自然生態系統維持其服務功能和自身健康的潛在能力。該概念將生態承載力與生態系統健康狀態有機聯繫起來，體現了生態承載力的可調控性。
(2) 建立的基於生態系統健康的生態承載力評價指標體系，指標的獲取方法相對簡便，具有可操作性；投影尋蹤評價模型不僅可以對區域生態承載力進行綜合評價，同時可把最佳投影方向作為生態承載力相應評價指標的權重。
(3)研究表明，除對初級階段的生態彈性力為負面影響外，水電梯級開發規劃實施的不同階段對怒江州區域生態承載能力均為正面影響。梯級開發規劃全面實施後，通過生態承載力的調控，將使怒江州的生態承載力綜合特徵值上升約8. 6%。
(4) 應對氣候變化是當前全球最大的環境問題。水電開發過程中面臨的移民、環保等問題可以通過工程技術的進步和政策法規的完善予以解決。要在高度重視、妥善解決移民、環保等問題的基礎上，加速水電開發建設。
