清江流域的水电开发与运营创新*注13
从1987年清江隔河岩水电站的开工兴建，到2008年清江水布垭电站建成，以及此后装机容量332万kW流域梯级电站的成功运行，在开发建设和经营管理上积累了丰富的经验，并不断拓展创新，为我国流域水电开发运营和管理作出了积极探索。
一、清江流域水电开发概况
清江是长江出三峡后的第一条一级支流，发源于湖北利川，流向自西向东，于长江葛洲坝下游约30km处的宜都市汇入长江。流域面积17 039km2，干流全长423km，总落差1 430m，全流域水能理论蕴藏量4 300MW，可开发装机容量达3 620MW以上，并且95%集中在恩施以下的干流河段。
从20世纪50年代起，长江流域规划部门就开始对清江流域(见图1)的开发进行勘探论证，并制定了初步开发方案。1986年，国家和湖北省委、省政府决定着手进行清江流域的开发。规划目标是要在清江流域建设水布垭—隔河岩—高坝洲三座大型梯级水电站(其位置见图1)，提出用20年左右的时间完成清江干流三个梯级的开发工作，并确定了“首战隔河岩，再战高坝洲，会战水布垭”的战略构想。1987年1月，负责清江干流梯级水电站开发建设和经营管理的业主单位——清江公司正式组建，流域开发的首个工程隔河岩水电站正式开工建设。流域开发的启动工程——隔河岩水电站由国家和地方合资，地方控股，是湖北省组织建设的第一个大型水电工程。电站1988年1月开始主体工程施工，1993年6月第一台机组发电，1994年全部建成投产。隔河岩电厂1998年成为我国第一家常规“一流水力发电厂”，并于2000年被评为我国第一个整体荣获“鲁班奖”的水电工程。
流域开发的第二个梯级工程——高坝洲水电站是隔河岩电站的反调节工程。电站于1996年10月大江截流，1999年四季度实现首台机组发电，主体工程于2000年全部建成。流域开发的第三个梯级工程——水布垭水电站是国家“十五”计划重点工程项目，也是中央确定的西部开发在湖北最大的能源项目。大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高233m，为目前世界同类坝型之最。2002年10月26日水布垭工程顺利实现大江截流，主体工程建设全面展开，2007年7月首台机组投产发电，2008年8月四台机组全部投产。
图1 清江流域及清江三座电站布置图
二、清江流域水电开发与电力生产的创新特点
创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程。在社会学中，创新的本质就是突破，即突破旧的思维定势、旧的常规戒律，是人类特有的认识能力和实践能力，是推动进步和发展的不竭动力。
清江流域开发这样一个时间跨度长、投资大、涉及面广的系统工程之所以能取得成功，是因为创新是其最鲜明的特征，并形成了基于体制、运用技术、注重管理的三位一体的创新内涵。
(一)体制创新
通过清江流域的水电开发，清江建设者不断创新，摸索出了一套既有鲜明特色，又符合时代发展潮流的“清江体制”，在全国水电建设管理领域树立了品牌。“清江体制”的核心内涵包括两个方面。
(1)水电工程建设管理体制。在20世纪80年代，隔河岩工程开工之初，清江建设者冲破重重阻力，大胆引入市场竞争机制，在国内首次实行了业主负责制、项目招标制和工程监理制。通过公开招标和契约，建立新型的甲乙方关系，走出了一条权责挂钩、效益驱动的新路，为快速、优质、低价建设隔河岩工程发挥了决定性作用。形成的水电工程建设管理体制已经在全国水电流域梯级开发中得到广泛应用。
(2)水电企业运营体制。随着工程建设进展不断加快和国企改革的不断深入，流域开发遇到了新问题:清江形成的巨额国有资产和利润以及对清江的再投入问题由谁来管理?这就必须要使投资主体人格化，通过明晰产权关系，规范公司制度，实现由以经济办法为主的业主负责制向适应市场经济要求的现代企业制度转变。清江建设者通过组建投资主体公司，将清江所有者主体与经营者主体相对分离又在一定程度和范围内融合，实行“两权分离、两体融合”，形成了投资主体和经营主体相互依存、相互约束、共同发展的辩证关系；通过“筹资—投资—建设—经营—收益—再投资”的资金循环和资本运营体系及国有资产保值增值的良性运作机制，实现了流域滚动开发所需资金的良性循环和国有资产的保值增值。清江流域滚动、综合开发的模式至此真正建立起来，清江公司因此被国务院确定为我国第一家“流域、梯级、滚动、综合”开发试点单位。
(二)技术创新
为优质、高效完成流域开发的艰巨任务，清江建设者紧紧围绕质量、工期和投资进行技术创新，积极采用国内外水电施工的新技术、新材料、新工艺，对工程进行优化设计、优化施工，加强科技攻关，以保证工程质量、节约投资、提前发电。
隔河岩大坝在国内首次采用“上重下拱”且封拱高程不同的特殊坝型，与水平封拱相比，最大拉应力减小25%～30%，与重力坝相比，节省混凝土约70万m3；大坝泄洪消能采用不对称宽尾墩，表孔、底孔双层射流入池的新型消能防冲方式；厂房基础软弱夹层页岩和大坝底部拱座施工、厂房高边坡采用光面预裂爆破新工艺；4条引水隧洞施工采用环型预应力衬砌技术；发电机组采取引进、吸收、消化国外先进技术的办法。这些新技术、新工艺的采用，创造了我国大型水电工程当年开工、当年截流的新水平，并使4台机组共提前52个台月发电，创造直接经济效益14亿元。
在高坝洲工程建设中，先后进行了20余项专题研究，如二期大坝碾压混凝土、厂房预应力钢筋混凝土防渗、厂房宽槽提前回填，其研究成果直接运用于工程建设，使工程从截流到首台机组投产发电仅用了2年10个月，创造了国内同类型水电工程新纪录。
水布垭面板堆石坝作为目前世界最高面板堆石坝，其工程技术难度不言而喻。自1993年水布垭水电站进行坝址选择，拟采用混凝土面板堆石坝开始，围绕水布垭高面板堆石坝开展了长达10年的前期研究和5年的建设期反馈优化研究，取得了多项系统性的创新成果，形成了较为完整的设计和施工理论，从本质上改变了面板是经验坝的现状。在坝料性能及试验方法研究、坝体变形控制集成技术、大坝防渗系统结构和材料改进、大坝施工技术、大坝性状及施工质量监控技术等5个方面取得了丰硕成果。提出面板坝虽然为当地材料坝，适宜大规模机械化施工，但施工技术要求精细；指出大坝变形控制的关键是确定合理的坝料参数和选择恰当的面板浇筑时机，提出浇筑面板时应保证面板顶部高程对应部位坝体大变形过程已经完成。研究成果已在水布垭面板堆石坝中成功应用并经工程蓄水运行检验。水布垭超高面板坝的成功建设，极大地拓展了面板坝的建设适用范围。随着我国综合国力的增强和西部大开发战略的深入，在建设资源节约型、环境友好型社会的大环境下，特别是在进一步开发西部偏远山区水电资源的过程中，面板坝以其特有的优点，成为未来高坝建设中重要的选择坝型之一。水布垭工程中应用的这些新理念、新技术、新材料和新工艺为今后200m以上超高面板坝的发展提供了有益参考和借鉴，并有力推动了面板坝的科研、设计、施工及安全监测水平上升到一个前所未有的新高度。正是这些突出的成果，水布垭面板堆石坝筑坝技术先后荣获湖北省科技进步特等奖、中国土木工程詹天佑奖和国家科技进步二等奖。水布垭工程被国际大坝委员会誉为世界坝工领域的“里程碑”工程。水布垭放空洞工作闸门设计水头为世界第二(152m)、操作水头为世界第一(110m)，采用的偏心铰弧形工作门型式，其设计、制造、安装水平均已迈入世界前列。
(三)管理创新
管理创新是提高企业经营效益的必然要求。清江流域生产管理模式的演进过程实际上是一个与时俱进、开拓创新的过程，是一个生产关系不断适应生产力发展需要的过程，是一个不断适应流域开发的进程、完善流域开发体制的过程。流域梯级电站实现联合调度。随着流域梯级电站相继建立，梯级电站管理格局基本形成，为发挥梯级电站的协同效益，清江经营管理者思考对电站管理机制进行创新。经过多方协调和努力，2006年10月，清江梯调中心作为我国第一家真正拥有流域梯级电站综合调度管理权的机构正式成立。在具体的调度实践中，梯调中心做到了四个结合。一是水文预报与生产计划相结合。在生产计划的编制上，充分遵循水库调度的原则，结合水库特性，在不弃水的前提下充分考虑水头效益。二是电力生产调度与防汛调度相结合。充分利用梯级水库的自身调蓄能力，分级承担防洪压力，尽可能减少弃水损失，并利用加大发电消化洪水，增加发电量。三是发电调度与设备检修计划安排相结合。综合梯级电站发电计划、设备健康状况、电网线路和负荷情况、流域水雨情以及检修技术力量配置等诸多因素，合理安排设备检修工期，保证设备健康，确保机组随时全容量参与调峰。四是市场营销与发电生产相结合。通过以市场需求为导向，根据市场调查和市场预测开展营销工作。通过梯级电站联合调度，创造了显著的经济效益。2007年，通过优化调度，全年流域电站增发电量7.17亿kW·h，减少弃水8亿m3，折合电量2.7亿kW·h。2008年，隔河岩、高坝洲两电站的发电水耗率分别较2007年下降了1%和1.4%，节约发电用水约1.6亿m3，仅此就增发电量约2 500万kW·h。2009年汛期通过优化调度，避免弃水2.1亿m3，折合电量1.65亿kW·h。
流域水库大坝管理专业化。清江经营管理者不断探索，提出了“强化集中管理、细化专业分工”的流域管理思路，于2001年9月10日在全国成立了最早的库坝中心，主要负责流域梯级电站大坝、厂房等水工建筑物的运行、巡查、维护、安全监测以及水库水质、库面、库区滑坡体与遥测地震台网的运行管理，同时承担流域生产的技术指导。如今，库坝中心已成立十多年，在计划管理、基础管理、项目管理、风险管理、软件平台建设、技术队伍建设以及水库大坝安全监控水平等方面都取得了长足进步，流域水库大坝管理处于全国先进水平。国内其他水电开发企业纷纷来到清江学习流域水库大坝管理这一经验，其中二滩公司于2011年7月正式成立了流域库坝管理机构——二滩公司大坝中心。
流域电力生产管理集约化。集约化管理是现代企业提高效率与效益的基本途径，发电企业要在激烈的市场竞争中求得生存就必须加强管理、降低成本，作为拥有多个电厂的流域电力企业就必须采取集约化的管理形式，走规模效益型之路。经过探索，清江经营管理者决定采取条块结合的管理方式。隔河岩、高坝洲、水布垭电厂是“块”的概念，仅有设备管理、运行和维护职能，是扩大了的“车间”；梯级电站的设备检修、库坝管理、后勤服务、调度管理等通过组建专业的流域机构来负责，是“条”的概念。十年左右的实践运行证明，条块结合的方式合理调配和利用了资源，达到了对人、财、物的高效运作和优化整合，实现了综合效益的最大化。
流域电力生产管理标准化。标准化、规范化、科学化是现代企业管理的基本特征，也是提高管理效率的基本要求。清江流域电力生产管理体制建立后，对公司所有的生产、经营、管理活动进行规范，用标准体系控制企业运转，对公司提升管理效能、提高管理和操作工作的规范化水平起到了极大的推动作用。
三、清江流域水电运营的创新效益
清江流域开发启动以来，清江公司立足于体制、技术和管理三位一体的创新内涵，秉持“开发清江，造福人民”的理念，不断拓展创新带来的效益外延。科学、有序地推动梯级电站建设和管理，使清江流域开发发挥了巨大的综合效益(见图2)，为促进鄂西南乃至湖北社会经济的综合发展起到了极大的推动作用。
图2 清江流域开发的综合效益
(一)发电效益
截至2010年，清江梯级电站已累计发电616亿度，源源不断输送的清洁能源，为缓解湖北乃至华中地区电力紧张、保证地方经济发展发挥了重要作用；梯级电站累计创造发电收入229亿元(含增值税)，创利税39亿元。尤为重要的是，清江梯级电站由于具有水库调节性能好、设备先进、自动化水平高、机组启停迅速、运行灵活、出力变化速度快、调峰幅度大等特点，成为湖北省电网和华中电网的主力调峰调频电厂(承担了华中电网12%～16%的调峰调频任务)，在电网中承担了核心的启停调峰、调频、调压、小负荷旋转备用的任务以及停机备用、黑启动等辅助服务功能，为电网安全稳定运行作出了贡献。
2009—2010年清江梯级水布垭、隔河岩、高坝洲三个电厂的调峰率分别为95.3%、97.8%和82.3%；2009—2010年水布垭、隔河岩单个机组年平均小出力运行时间为1 954小时和1 536小时，分别占年运行时间的46.5%和39.4%；2000—2010年，隔河岩和高坝洲水电站年均启停调峰分别为888次和816次。2009—2010年，水布垭水电站年均启停调峰为400次。清江梯级水电站凭借着优良的调节性能，在提高电网安全、稳定、经济运行水平方面发挥了突出作用。
(二)防洪效益
清江属山溪性河流，在汛期河水暴涨暴落。隔河岩水库预留5亿m3防洪库容，从根本上消除了清江中下游洪涝灾害。在为清江防洪发挥作用的同时，隔河岩电站还承担着为长江错峰的重要任务。在1998年长江抗洪中，大坝极限拦蓄洪水，水库蓄水位高程达203.94m，超出正常蓄水位3.94m，使荆江水位下降20～30cm，为避免荆江灾难性分洪“在关键时刻发挥了关键作用”，受到党和国家领导人的高度肯定。水布垭电站建成，清江梯级水库10亿m3防洪库容的联合调度，进一步提高了清江削峰、错峰能力，将为确保长江安全发挥更大作用。
(三)生态效益
清江的生态环境在大规模工程开发中不仅没有遭到破坏，反而因为精心保护而更加和谐、美丽。清江三大梯级电站可替代火电装机400万kW，每年可节约原煤750万t，减少排放1 120万t二氧化碳、12万t二氧化硫和大量的废水废渣；梯级水库库区众多的库湾成为人工湿地，为湿地动植物提供了有利的生存条件，增加了多种适合湿地环境的动植物物种，提高了局部区域的生物多样性价值；清江三大水库蓄水，形成了众多的山水景观、洞穴景观、生态景观和漂流景观，形成了江、河、湖、岛、山、林、坝神奇组合的水环境景观系统，带动了清江旅游的迅猛发展。清江流域被列为国家级森林公园和湖北省重点旅游度假区，成为省内旅游热线，每年仅隔河岩库区的旅游收入就超过1亿元。
(四)带动效益
梯级电站运营为地方政府提供了可靠的财源、税源保障，直接带动地方经济发展。水布垭电站设计年发电量近39.20亿kW·h，年产值约为15亿元，可实现工业增加值6.5亿元，每年缴纳地方的增值税约为2.18亿元，相当于恩施州财政收入的10%左右。隔河岩电站投产后，长阳县财政收入由24年前的900万元，增加到现在的2亿多元。清江梯级水库建设，形成了300km的深水航道，为鄂西南矿产、林业、渔业资源的开发提供了便利条件。公司成功实施开发性移民和环境整治，使沿江有关县市的道路交通、电力通信、市政建设等基础设施条件有了明显改善，城乡经济得到较快发展，迁建后的集镇面貌焕然一新。此外，公司还主动承担起长阳、五峰等地的定点扶贫任务，无偿投入上亿元兴建希望小学、抗灾救灾，促进了库区人民安居乐业、社会稳定。实践证明，清江梯级电站对地方经济发展的带动作用是明显的。
四、结语
流域水电开发与运营是一个需要不断探索、不断创新的课题。对于如何开创机制合理、管理规范、科技领先、效益明显的流域水电开发与运行新局面，清江的探索和实践还仅仅是一个开端，还需要在长期运营中不断完善改进，以应对区域经济社会发展和生态建设所提出的新挑战。