水力发电行业的现状和未来

水力发电行业的现状与未来水力发电是利用水的流动，尤其是利用从高处不断倾泻下来的水力，推动水轮机所发出的电力。早期的水轮是应用流动的河水，但河水一枯竭就没有水力，人们就把水轮附装在停留的驳船上，水稍浅时仍可使用,但局限很大。人们为了保持河水盈满，获得持续不断的水力，逐步发展了近代水坝。十九世纪涡轮机发明，1882年美国在威斯康星州首次使用水力发电机发出了电力，使水电开始成为电力和机械力的来源之一。以后，乔治·威斯汀豪斯第一次把水力发电机应用纽约的尼亚加拉瀑布，1901年又应用变压器把水电输送较远的地区，水力发电行业就此开始发展。一、水力发电的特点与水力发电厂的类型1.1水力发电的特点（1）能源的再生性。由于水流按照一定的水文周期不断循环，从不间断，因此水力资源是一种再生能源。所以水力发电的能源供应只有丰水年份和枯水年份的差别，而不会出现能源枯竭问题。（2）发电成本低。水力发电只是利用水流所携带的能量，无需再消耗其他动力资源。而且上一级电站使用过的水流仍可为下一级电站利用。另外，由于水电站的设备比较简单，其检修、维护费用也较同容量的火电厂低得多。（3）高效而灵活。水力发电主要动力设备的水轮发电机组，不仅效率较高而且启动、操作灵活。它可以在几分钟内从静止状态迅速启动投入运行；在几秒钟内完成增减负荷的任务，适应电力负荷变化的需要，而且不会造成能源损失。（4）工程效益的综合性。由于筑坝拦水形成了水面辽阔的人工湖泊，控制了水流，因此兴建水电站一般都兼有防洪、灌溉、航运、给水以及旅游等多种效益。另一方面，建设水电站后，也可能出现泥沙淤积，淹没良田、森林和古迹等文化设施,库区附近可能造成疾病传染，建设大坝还可能影响鱼类的生活和繁衍，库区周围地下水位大大提高会对其边缘的果树、作物生长产生不良影响。大型水电站建设还可能影响流域的气候，导致干旱或洪水。特别是大型水库有诱发地震的可能。（5）一次性投资大。兴建水电站土石方和混凝土工程巨大；而且会造成相当大的淹没损失，须支付巨额移民安置费用；工期也较火电厂建设为长，影响建设资金周转。即使由各受益部门分摊水利工程的部分投资，水电的单位千瓦投资也比火电高出很多。1.2水力发电相比于其他发电的优势（1）与风力发电相比，水力发电所具有的明显优势风能作为一种清洁能源，随着近年风力发电事业的发展，风力发电技术也越发成熟。尽管风能自身具有多种发展优势，但与同样作为清洁能源的水能相比，风能还存在一定的缺陷。如风能发电主要受动力能风的影响，而风受天气环境变化的影响极为明显。另外，与水力发电相比，风力发电成本明显高于水力发电成本。同时我国风力发电技术还不够成熟，仍有很多技术性问题需要攻克。（2）与核电相比，水力发电所具有的明显优势与核电相比，水电所具有的优势主要体现在所排放的能源都是清洁的，不会对环境造成污染。但是水电和核电相比的话，水电的开发成本更低，其运营所需要的费用也明显比核电低。同时，核电会存在核泄漏的危险，并且其原材料非常有限，如果仅依靠进口，则需要承担更多的风险。（3）与火电相比，水力发电所具有的优势将水电和火电比较，从其发电量所创造的售电利润来看，水力发电具有很大的优势。水力发电可以循环进行，每年发电的次数很多，同时，水能能够将所有的能源都转化成为电能。（4）与光电相比，水力发电所具有的优势目前，光电上网电价还是比较高的，从我国的现状来看，到目前为止，我国的光电中，真正投入运营的装机容量都还没有达到两百万千瓦，因此，可以预测，在未来，光电也不可能像水电一样，可以实现大规模的开发。1.3水力发电厂的类型（1）堤坝式水电厂在河床上游修建拦河坝,将水积蓄起来,抬高上游水位,形成发电水头的方式称为堤坝式,堤坝式水电厂又可分为坝后式、河床式等。（2）引水式水电站水电厂建筑在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地方,由引水渠道造成水头,一般不需修坝或只修低堰。（3）混合式水电站混合式水电站是由坝和引水道两种建筑物共同形成发电水头的水电站，可以充分利用河流有利的天然条件，在坡降平缓河段上筑坝形成水库，以利径流调节，在其下游坡降很陡或落差集中的河段采用引水方式得到大的水头。（4）潮汐水电站潮汐发电是一种水力发电的形式，利用潮汐水流的移动，或是潮汐海面的升降，自其中取得能量。（5）抽水蓄能水电厂抽水蓄能水电厂,具有上池(上部蓄水库)和下池(下部蓄水库),在低谷负荷时水轮发电机组可变为水泵工况运行,将下池水抽到上池储蓄起来,在高峰负荷时水轮发电机组可变为发电工况运行,利用上池的蓄水发电。、图1抽水蓄能电站示意图二、国内外水力发电的应用情况和发展趋势2.1国内外水力发电的应用情况我国水能资源丰富,不论是水能资源蕴藏量,还是可能开发的水能资源,在世界各国中均居第一位。但是截止至2003年我国水能的利用率仅为13%,水力发电前景广阔。图2中国河川水能资源按地区分布图图32010-2018年中国水力发电装机容量及增长排名发电站年发电量/千瓦时排名发电站年发电量/千瓦时1三峡水电站约988亿7拉格朗德二级水电站约358亿2伊泰普水电站约900亿8向家坝水电站约307.5亿3溪洛渡水电站约640亿9萨扬—舒申斯克水电站约235亿4白鹤滩水电站约602.4亿10图库鲁伊水电站约228亿5古里水电站约510亿11大古力水电站约202亿6乌东德水电站约389.1亿12龙滩水利枢纽工程约187亿表2世界水电站发电量排名全世界可开发的水力资源约22.6亿kW,分布不均匀,各国开发的程度亦各异。世界上最大的发电站是三峡水电站。2002年底,全世界已经修建了49700多座大坝(高于15m或库容大于100万m3),分布在140多个国家,其中中国的大坝有25000多座。世界上有24个国家依靠水电为其提供90%以上的能源,如巴西、挪威等国;有55个国家依靠水电为其提供50%以上的能源,包括加拿大、瑞士、瑞典等国;有62个国家依靠水电为其提供40%以上的能源,包括南美的大部分国家。全世界大坝的发电量占所有发电量总和的19%,水电总装机容量为728.49GW。发达国家水电的平均开发度已在60%以上。三峡水电站，即长江三峡水利枢纽工程，又称三峡工程。中国湖北省宜昌市境内的长江西陵峡段与下游的葛洲坝水电站构成梯级电站。三峡水电站是世界上规模最大的水电站，也是中国有史以来建设最大型的工程项目。伊泰普水电站，位于巴拉那河流（世界第五大河，年径流量7250亿立方米）经巴西与巴拉圭两国边境的河段。是目前世界第二大水电站，由巴西与巴拉圭共建，发电机组和发电量由两国均分。目前共有20台发电机组（每台70万千瓦），总装机容量1400万千瓦，年发电量900亿度，其中2008年发电948.6亿度。是当今世界装机容量第二大，发电量第二大水电站，仅次于我国三峡电站。溪洛渡水电站是国家“西电东送”骨干工程，位于四川和云南交界的金沙江上。工程以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善上游航运条件等综合效益，并可为下游电站进行梯级补偿。电站主要供电华东、华中地区，兼顾川、滇两省用电需要，是金沙江“西电东送”距离最近的骨干电源之一，也是金沙江上最大的一座水电站。装机容量与原来世界第二大水电站——伊泰普水电站（1400万千瓦）相当，是中国第二、世界第三大水电站。在众多的水力发电站中，抽水蓄能电站是具有削峰、填谷、调频、调相、事故备用及“黑启动”等多种作用的特殊电力装置，是电力系统运行和管理的重要工具。抽水蓄能电站于1882年问世，至今已有百余年的历史。世界各国尤其是美国、日本、欧洲等发达国家和地区，都曾大力开发抽水蓄能电站，在建设和运营中积累了大量经验。序号国家各年装机容量（万kW）2007年已建（万kW）1960年1970年1980年1991年1美国93691327180921892日本63411081170125493意大利241263626457544德国1032063955625625西班牙1.31292114925356法国23451604904307英国0.5761063028奥地利8289160282458共计34216014652847113500表3世界抽水蓄能电站发展状况2.2国内外水力发电的发展趋势（1）向自动化发展在水力发电厂运行的过程中，自动化控制技术主要应用于电厂系统工作状态的监督控制，内容主要是各生产环节工作数据的采集、整理以及处理，并在此基础上对水电各部件的工作状态、工作时间进行合理分配。在水力发电的过程中，自动化控制技术的应用具有以下几项积极作用：其一，提高生产工作的准确性。在应用自动化控制技术之后，电厂各类设备的运行状况将被快速、准确的采集整理，并借助自动化装置完成水力发电的各项工作，消除可能因人为因素影响出现的各类失误和故障。除此之外，自动化设备还可以对一些意外事故作出应急反应，保障生产安全。其二，提高系统运行的经济性。在应用自动化控制技术的情况下，水力发电厂可以根据电厂当前运行的实际情况，对水、电资源进行合理的调度，在满足需求的前提下最大程度避免资源损耗，与过去人工操作模式相比可以大幅度的降低生产成本。其三，提高生产效率、改善生产环境。水力发电厂一般建在地理位置较为偏远的区域，工作环境复杂性强，借助自动化控制技术可以由计算机程度操控生产工作，将人力资源从大量繁琐的工作中解放出来，不仅可以提高生产效率，还减轻了劳动强度。（2）更加的智能化智能电站是指与智能电网高度融合，以集成、高速双向通信网络为基础，以电站生产和管理活动中各种信息的数字化为前提，综合应用计算机技术、网络技术和通信技术，通过数据处理分析、智能化控制、自动化决策等手段解决现场实际问题的电站，具有智能化、系统性、信息化和经济性的特点。智能化系统的引进使得水力发电效率大幅度提高，可以产生足够的电量用于保障工业生产及居民生活的有序进行。智能化水力发电技术中第一个不可或缺的部分是利用计算机完成水电站全方位监测，操作人员利用相关软件将个人电脑或手机与监测设备连接，可以随时获取水力发电设备的运转信息或高清图像，通过软件将其转化为标准化的数据，有助于操作人员对设备进行调整或设置，使其高效、稳定运转。（3）抽水蓄能不断增长抽水蓄能电站可将电网低负荷时的多余电能转变为高负荷时的高价值电能，可用于电力系统调频调峰、调相稳压等，是电力系统最可靠、最经济、寿命周期最长、容量最大的储能装置，对提高电力系统运行效率，增强系统稳定性具有重要作用。抽水蓄能是全球装机规模最大的储能技术，也是目前发展最为成熟的储能技术，抽水蓄能是大规模电力存储具有成本竞争力的唯一形式，抽蓄系统正处于持续增长阶段，未来随着抽蓄技术提高，抽水蓄能系统有望延续增长态势。2.3国外水电发展对我国的启示（1）我国新时期能源开发应继续实施水电优先战略总览全球水电开发和国家经济发展状况，我们不难看到，今日经济发达的国家，正是昔日水电开发较好的国家。世界电力建设的经验之一就是尽早开发水能资源，优先发展水电。水电是我国目前唯一可大规模开发的可再生能源水，是基础性的自然资源和战略性的经济资源,是生态环境的控制性要素,更是经济社会发展的重要支撑和保障。积极大力开发水电无疑是比较明智的选择。（2）水电开发需要继续加强生态环境保护贯彻水电开发的生态环保法规，完善水电开发的生态环保措施，生态补偿机制是个十分复杂的问题，不仅涉及到具体的生态补偿技术的开发，还涉及到社会、经济、法律、伦理等诸多领域的问题，也是目前国内工程建设中普遍遇到的问题。该问题的解决是保证我国水利水电建设可持续发展的重要条件之一。（3）水电开发需要加强移民合法权益的保障移民以投资主体身份合法参与水电工程效益分配，以淹没范围对水电工程的综合效益确定移民的利益分享范围，以移民的积极奉献来补偿来确定移民工程效益的分享份额。（4）我国现有流域管理体制需要完善在流域统筹规划中加强环境影响评价，在保护流域生态的基础上滚动开发水电，加强科技传播，提高公众流域意识。只有提高流域内公众的意识，并让其自觉和主动地参与保护与恢复行动，才能真正实现流域管理的目标。三、水力发电行业的热点问题及解决办法3.1水电开发与生态环保的问