【推荐阅读】高被引频次论文｜谢遵党等：双碳目标下黄河流域水土风光资源一体化开发模式研究

实现碳达峰、碳中和，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择，是构建人类命运共同体的庄严承诺。

据研究，实现碳中和要求减排CO2 109亿t，其中能源生产需减排87亿t，占总减排量的80%，电力生产需减排38亿t，占能源生产减排量的44%［1］。实现双碳目标，能源是主战场，电力是主力军，能源结构调整是实现双碳目标的核心，大力发展风能、太阳能等新能源是关键。预计我国2030年一次能源需求总量为60亿t标煤，2060年低于60亿t标煤。考虑电力替代和电力制氢需求，预测2030年、2060年我国电能占终端能源消费比例分别为33%、66%。预测我国2030年能源总装机容量为38.0亿kW，其中清洁能源装机容量25.7亿kW、占比67.6%，清洁能源发电量5.8×104亿kW·h、占比52.5%；2060年能源总装机容量为80亿kW，其中清洁能源装机容量77亿kW、占比96%。2060年，光伏和风电装机容量占比78.6%，发电量占比70.0%；水电（含抽水蓄能）装机容量7.6亿kW、占比9.5%，发电量2.4×104亿kW·h、占比15%［2］。在以新能源为主体的新型电力系统中，水电将为新能源大规模消纳发挥不可替代的支撑作用，为实现双碳目标、保障国家能源安全做出重要贡献。

黄河流域是我国的“能源流域”，贡献了全国80%的原煤、33%的石油、35%的天然气和32%的发电量，是国家能源安全的支柱，有力地支撑了京津冀和华北华中地区的发展。2019年9月18日，习近平总书记主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会，黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略；2021年10月，国务院印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》提出支持风能、太阳能丰富地区构建风光水多能互补系统，到2030年黄河流域可再生能源装机容量在全国占比大于13%的目标。由此，黄河流域2030年风电、光伏、常规水电、抽水蓄能等可再生能源装机容量至少3.33亿kW，其中水电装机容量0.34亿kW，风光等装机容量2.99亿kW。截至2020年，黄河流域可再生能源总装机容量为1.12亿kW，与2030年预测结果相比，装机容量缺口为2.21亿kW。

能源的低碳、零碳转型是实现双碳目标的核心，以风电、光伏为代表的可再生能源必须在未来能源供给中承担主体作用，但其波动性和消纳问题的解决是关键。水电依托高坝大库，具有长周期调节与储能作用，既是一种主要的可再生能源，也是消纳风光等间歇式能源并网、电网稳定运行的重要保障。为达到双碳目标，梯级水电的功能亟待调整，实现由电量为主、调节为辅，向电量、调节并重及调节为主、电量为辅的格局转变。综合考虑零碳电力需求，梯级电站扩容增效和后续水电开发，黄河流域常规水电装机容量2025年可达0.21亿kW，2030年为0.22亿kW，2060年应超过0.34亿kW。围绕水电梯级主要从以下4方面提出黄河流域水风光再生能源一体化方案。

水风光一体化能源综合开发基地是以已（在）建和规划的黄河干流梯级水电为依托，规划配置一定规模的风光电，通过水风光一体化建设，由梯级水电站带动周围风光资源开发，借助水电灵活调节能力平抑新能源发电出力波动，更大程度上促进新能源消纳。一体化基地建成后，将持续输送大规模清洁能源，在能源增量替代、存量替代中发挥重要作用，是我国能源转型的重要支撑。

黄河干流玛曲—花园口河段，河道长度3 514 km，平均比降0.094%，规划水电梯级42座，总装机容量34 443 MW，其中已（在）建33座、装机容量22 243 MW。考虑到尼那、河口、天桥三电站调节能力有限，三盛公、桃花峪水库不进行水电开发，尔多、大河家、直岗拉卡、积石峡附近风光资源条件一般，可纳入黄河水风光一体化基地的水电梯级33座，2025年生效电站27座、装机容量20 689 MW，2035年生效电站33座、装机容量31 529 MW。综合考虑水电送出通道限制、水电站周边风光资源禀赋、生态红线及地类限制、水电站在电力系统中的作用、水电站的调节性能和互补能力、基地建设经济指标等，开展水风光一体化配置。

2025年情景及价格水平下，利用黄河干流已（在）建的存量水电站开展水风光基地建设，基地总装机容量45 213 MW，其中：水电站27座、装机容量20 689 MW，风电装机容量4 962 MW，光伏装机容量19 562 MW，水电与风光配比为1∶1.19。

2035年情景及价格水平下，黄河流域水风光基地总装机容量70 770 MW，其中：水电站33座、装机容量31 529 MW，风电装机容量9 131 MW，光伏装机容量30 110 MW，水电与风光配比为1∶1.24。

黄河干流已建梯级电站规划较早，以增发电量为主要目标，还存在挖掘调节潜力的空间。

一方面，可扩大梯级水电装机容量，缩减利用小时数。当前大型梯级水电站以提供电量为主，水电利用小时数总体呈增加趋势。初步分析选取黄河流域已建大型梯级（装机容量20万kW以上）龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡、苏只、积石峡、盐锅峡、八盘峡、青铜峡、班多、小浪底水电站为研究对象，分析水电年利用小时数在2010年至2020年的变化趋势。这11座电站装机容量总计1 343.3万kW，2011年至2017年平均年利用小时数在3 375 h上下浮动，2018年起稳定增长，2018年为4 225 h，2019年为4 874 h，2020年为5 139 h。目前，龙羊峡至青铜峡河段已建梯级电站多年平均利用小时数在3 300 h以上，其中龙羊峡为4 697 h，刘家峡为3 692 h，盐锅峡、八盘峡年均为5 000 h左右。通过增加水电装机容量，合理缩减利用小时数，可充分发挥水电的容量作用，更好满足电力系统调峰、新能源消纳的需求。黄河流域已建电站装机容量经扩机改造后，至少增加1 800万kW，可带动新能源消纳3 000万kW以上。

另一方面，可动态控制梯级水库水位，充分挖掘其可利用库容。在不降低防洪标准的前提下，提高洪水资源利用率，充分挖掘调度潜力、抬高发电水头以增加发电量。如：通过龙羊峡汛限水位研究，使其汛限水位提高2 m，年发电量增加0.08亿kW·h；汛限水位从2 588 m提升至2 594 m（设计汛限水位），多年平均来水情况下，龙羊峡水库年发电量可增加0.8亿kW·h，梯级电站年发电量可增加2.8亿kW·h（上游梯级增加2.2亿kW·h，中下游梯级增加0.6亿kW·h）［8］，显著提高黄河干流梯级电站发电效益。

按照黄河流域综合规划的有关成果，截至2020年，黄河干流玛曲以下河段已（在）建常规水电装机容量2 224万kW，规划未建电站装机容量1 220万kW，未建装机容量占规划总装机容量的35.4%，加上玛曲以上的5座梯级电站，尚有较大的开发潜力。

充分利用上中游具有龙头作用的电站，如上游宁木特、茨哈峡、龙羊峡、黑山峡，中游古贤、碛口、小浪底等水电站，总库容达909.81亿m3，调节库容达406.29亿m3，常规水电装机容量可达1 944万kW，考虑抽蓄装机容量可超5 674万kW，将极大地带动新能源开发消纳，发挥巨大效益。以龙头电站为依托可形成7个相对独立的清洁能源基地，总装机容量19 254万kW，总发电量超过3 200亿kW·h，相当于节约1.31亿t标煤，减少碳排放3.27亿t。

根据研究，青海河段（玛曲—积石峡）利用规划的宁木特（包括在建的玛尔挡、规划的尔多）、茨哈峡及已建的龙羊峡，构建青海省优势互补的高质量、清洁能源区，形成“一廊三区”水风光储多能互补清洁能源基地整体布局，3个基地总装机容量8 200万kW，其中水电装机容量2 710万kW、新能源装机容量5 490万kW［9］。

“几”字弯河段以黑山峡水利枢纽为中心和主电源，通过对现状及规划的水风光抽蓄边界条件分析，厘清研究区域可利用的能源特性及分布情况，提出多能互补清洁能源基地布局方案，构建“一点一廊两区”的黑山峡河段多能互补清洁能源基地格局，形成“一点”支撑“一廊”带动“两区”、多地联动（宁夏、甘肃、华中、华东）、整合区域、辐射全国的黑山峡河段清洁能源发展新态势。总装机容量6 170万kW，其中水电装机容量1 720万kW，新能源装机容量4 450万kW。

中游河段围绕碛口、古贤、小浪底打造3个千万千瓦级的水风光储清洁能源基地，总装机容量4 884万kW，年发电量894亿kW·h。

黄河流域水风光储四位一体多能互补清洁能源基地规模见表4，布局见图1。

黄河流域在进行生态建设的同时，可通过碳循环与捕集利用消除CO2，在固碳端助力双碳目标的实现，具有相当大的潜力。

南水北调西线工程是从长江上游干支流调水至黄河上游的重大跨流域调水工程，是解决我国西北地区干旱缺水的重大战略工程，是我国水资源“四横三纵”总体格局的重要组成部分。依据2002年12月国务院批复的《南水北调工程总体规划》，南水北调西线工程年调水总量170亿m3，如果80亿m3用于黄河上中游生活、工业和河道内补水，90亿m3中20亿m3用于河西走廊和新疆生活、工业用水需求，剩余70亿m3用于生态建设，那么碳储量增加1.75亿t。

有关部门还研究了南水北调西线的延伸工程即西部调水工程，从雅鲁藏布江干支流、怒江、澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河等河流自流调水，年调水量450亿m3。其中一期年调水170亿m3与西线一致，80亿m3补充黄河，40亿m3供河西走廊，50亿m3供新疆；后期年调水总量达450亿m3，分别向黄河、河西、新疆供水160亿、130亿、160亿m3。

远期450亿m3年调水量中，170亿m3满足生活和工业用水需求，剩余的280亿m3满足生态建设用水需求［10］。考虑森林、设施农业的固碳潜力［11］及用水定额等情况，宜农则农、宜林则林、宜牧则牧，优化种植结构，设施农业、农田、林、草的种植比例分别为2∶3∶2∶3，开发667万hm2，用水量280亿m3，则碳储量增加7亿t。