水力發(fā)電的原理是什麼(me)？我國(guó)水電發(fā)展現狀分析

發(fā)布時(shí)間：2021-08-09  人浏覽

自1910年我國(guó)開(kāi)工建設了第一座水電站――石龍壩水電站，至今已有111年，在這(zhè)一百多年的時(shí)間裡(lǐ)，從石龍壩水電站僅僅480 千瓦的裝機容量，到如今位居世界第一的3.7億 千瓦裝機容量，我國(guó)的水電事(shì)業取得了令人囑目的成(chéng)就(jiù)。我們身處煤炭行業中也多多少少會(huì)聽到一些關于水電的消息，但對(duì)水電行業卻又并不十分了解。

今天就(jiù)讓我們從水電的原理、特點和我國(guó)水電的現狀及發(fā)展趨勢幾個方面(miàn)，來簡單了解一下水電。

01

水電的發(fā)電原理

水力發(fā)電其實就(jiù)是將(jiāng)水的勢能(néng)轉化爲機械能(néng)，再由機械能(néng)轉化爲電能(néng)的過(guò)程。通俗點說(shuō)就(jiù)是利用流動的河水使電機轉動進(jìn)行發(fā)電，而一條河流或其一段流域所蘊含的能(néng)量大小則取決于水量及落差。

河流的水量是無法人爲控制的，而落差則可以，所以在建水電站時(shí)可以選擇築壩、引水兩(liǎng)種(zhǒng)方式集中落差，提高水資源利用率。

築壩即在落差較大的河段修建水壩，建立水庫蓄水提高水位，比如三峽水電站；引水即通過(guò)引水道(dào)把上遊水庫的水引到下遊，比如錦屏二級水電站。

02

水電的特點

水電的優點主要包括環保可再生、高效靈活、維護成(chéng)本低等幾個方面(miàn)。

環保可再生應該是水電最大的優點了，水電隻利用水中的能(néng)量，并不消耗水量，也不會(huì)造成(chéng)污染。

水力發(fā)電主要動力設備的水輪發(fā)電機組，不僅效率高，而且啓動、操作靈活。可以在幾分鍾内由靜止狀态迅速啓動運行，在幾秒鍾内完成(chéng)增減負荷任務。可以利用水電承擔電力系統的調峰、調頻、負荷備用和事(shì)故備用等任務。

水力發(fā)電不消耗燃料，不需要開(kāi)采和運輸燃料所投入的大量人力和設施，設備簡單運行人員少，廠用電少，設備使用壽命長(cháng)，運行維修費用低，所以水電站的電能(néng)生産成(chéng)本低廉，隻有火電站的1/5——1/8，且水電站的能(néng)源利用率高，可達85%以上，而火電站燃煤熱能(néng)效率隻有40%左右。

水電的缺點主要包括受氣候影響大、受地理條件限制、前期投入大、破壞生态環境。

水電受降水影響大，是否處于枯水期、豐水期是火電廠電煤采購的重要參考因素，水電發(fā)電量按年度、省份來看還(hái)算穩定，但具體細化到月份、季度、區域就(jiù)要看“天”了，并不能(néng)像火電一樣提供穩定、可靠的電力。

關于豐水期、枯水期南北方差異較大，但通過(guò)統計2013-2021年各月份水電發(fā)電量，整體來看我國(guó)的豐水期大約在6——10月，枯水期大約在12——2月，兩(liǎng)者之間發(fā)電量可以相差一倍以上。同時(shí)我們也可以看到，在裝機量不斷增加的背景下，今年1——3月相較前幾年發(fā)電量明顯偏低，3月發(fā)電量甚至和2015年相當。如此，足以讓我們看到水電的“不穩定”性。

2013-2021年各月份水電發(fā)電量（億 千瓦時(shí)）

受客觀條件限制。并不是有水就(jiù)的地方就(jiù)可以建水電站，地質、落差、流速、居民搬遷甚至行政區劃等方方面(miàn)面(miàn)都(dōu)限制著(zhe)一座水電站的建設，比如1956就(jiù)在人 大上提及的黑山峽水利工程，因甘肅和甯夏協調不好(hǎo)利益關系而一直沒(méi)能(néng)通過(guò)，直至今年再次出現在兩(liǎng)會(huì)提案中，何時(shí)能(néng)開(kāi)始建設仍未可知。

水電所需投入較大。興建水電站土石方和混凝土工程巨大，還(hái)要支付巨額移民安置費用；而且前期投入不光體現在資金上，時(shí)間上的投入同樣驚人。因爲需要移民安置、需要協調各個部門的配合，很多水電站建設周期都(dōu)會(huì)比計劃延遲很多。

以當前在建的白鶴灘水電站爲例，該項目1958年開(kāi)始立項，1965年被列入“三五計劃”，但幾經(jīng)周折，直到2011年8月才正式開(kāi)工，時(shí)至今日，白鶴灘水電站尚未完工，刨除前期設計規劃，其實際建設周期也至少需要10年的時(shí)間。

大型水庫造成(chéng)大壩上遊大面(miàn)積淹沒(méi)，有時(shí)會(huì)破壞低地、河谷森林和草原。同時(shí)也會(huì)影響廠區周邊的水生生态系統。對(duì)魚類，水鳥和其他動物産生很大的影響。

03

我國(guó)水電發(fā)展現狀

近年來水電發(fā)電量保持增長(cháng)，但近5年增速較低

2020水電發(fā)電量13552.1億 千瓦時(shí)，同比增長(cháng)3.9% 。但在十三五期間，風電、光電“十三五”期間發(fā)展迅猛，均超額完成(chéng)規劃目标，而水電則僅完成(chéng)規劃目标的一半左右。20年以來，水電在發(fā)電總量中占比較爲穩定，維持在14%-19%之間。

從我國(guó)發(fā)電量增速上可以看出，水電近5年來增長(cháng)速度放緩，基本維持在5%左右。

增速放緩的原因我認爲一方面(miàn)是小水電的關停，“十三五”規劃中明确提到關停小水電，保護、修複生态環境，僅四川省需要整改和退出的小水電就(jiù)有4705座；

另一方面(miàn)是我國(guó)的大水電開(kāi)發(fā)資源不足，我國(guó)已經(jīng)修建了三峽、葛洲壩、烏東德、向(xiàng)家壩、白鶴灘等諸多水電站，再建大型水電站的資源可能(néng)隻有雅魯藏布江的“大拐彎”，但因爲該地區涉及地質構造、自然保護區環境管控、以及與周邊國(guó)家的關系等問題，之前一直難以解決。

同時(shí)，從近20年來的發(fā)電量增速中也可以看到，火電增速同總發(fā)電量增速基本保持同步，而水電增速與總發(fā)電量增速顯得亳無關聯，顯示出“隔年一漲”的狀态，會(huì)有這(zhè)樣的情況雖然有火電占比過(guò)高的原因，但也一定程度上從側面(miàn)反映了水電的不穩定性。

各發(fā)電方式發(fā)電量堆積圖（億 千瓦時(shí)）

發(fā)電量增速

在發(fā)電量占比上我們也可以看到，雖然20年來水電行業快速發(fā)展，2020年水電發(fā)電量是2001年的5倍，但在總發(fā)電量中的占比并沒(méi)有明顯變化。
火電占比下降的過(guò)程中，水電并未發(fā)揮太大的作用，雖然發(fā)展速度很快，但在全國(guó)發(fā)電量大增的背景下，也隻能(néng)維持住自身在總發(fā)電量中的比重。火電比重的降低主要還(hái)是要歸功于其他清潔能(néng)源，如風電、光伏、天然氣、核能(néng)等。

各發(fā)電方式發(fā)電量占比

水電資源過(guò)于集中

四川、雲南兩(liǎng)省合計水電發(fā)電量占全國(guó)水電發(fā)電量近一半，而由此帶來的問題是水電資源豐富的地區未必能(néng)夠消納當地的水力發(fā)電，造成(chéng)了能(néng)源的浪費。全國(guó)主要流域棄水電量的2/3來自于四川省，高達202億 千瓦時(shí)，而四川省棄電量的一半以上來自于境内大渡河幹流。

在世界範圍來看，近10年來我國(guó)水電快速發(fā)展，我國(guó)幾乎以一已之力帶動全球水電增長(cháng)，全球水電消費增長(cháng)量近80%來自于我國(guó)，我國(guó)水電消費量占全球水電消費量的30%以上。

但如此巨大的水電消費量在我國(guó)一次能(néng)源消費總量中的占比卻僅比世界平均水平稍高，在2019年尚不足8%，即使不與加拿大、挪威等發(fā)達國(guó)家相比，在水電消費量占比中也遠不及同爲發(fā)展中國(guó)家的巴西。而我國(guó)水能(néng)資源蘊藏量達6.8億 千瓦位居世界第一，至2020年水電裝機容量爲3.7億 千瓦，從這(zhè)個角度來看，我國(guó)水電事(shì)業仍然較大的發(fā)展空間。

各國(guó)一次能(néng)源消耗量占比

04

未來我國(guó)水電發(fā)展趨勢

水電未來幾年會(huì)加速增長(cháng)，在總發(fā)電量占比中會(huì)不斷提升。

一方面(miàn)，“十四五”期間，全國(guó)可投産水電裝機5000萬千瓦以上，其中包括三峽集團的烏東德、白鶴灘水電站和雅砻江水電的中遊電站，而且雅魯藏布江下遊水電開(kāi)發(fā)項目被寫入“十四五”規劃，擁有7000萬千瓦的技術可開(kāi)發(fā)資源，規模相當于3個多三峽電站，這(zhè)意味著(zhe)水電再次迎來大發(fā)展；

另一方面(miàn)，火電規模的縮減是明顯可以預見的，不論是從環保、能(néng)源安全、技術發(fā)展的角度上來說(shuō)，火電都(dōu)會(huì)不斷降低自身在電力領域的重要性。

未來幾年水電發(fā)展速度仍無法與新能(néng)源相比，甚至在總發(fā)電量占比上可能(néng)會(huì)被新能(néng)源後(hòu)來者居上，而如果將(jiāng)時(shí)間再拉長(cháng)一些，可以說(shuō)必然會(huì)被新能(néng)源反超。

電規總院規劃部主任劉世宇預計“十四五”期間，全國(guó)新能(néng)源裝機規模將(jiāng)超過(guò)8億 千瓦，裝機容量占比達29%；年發(fā)電量達1.5萬億 千瓦時(shí)，超過(guò)水電。

在2020年《BP世界能(néng)源展望》中，BP能(néng)源的三種(zhǒng)預測模型（一切如常、快速轉型、淨零排放）顯示2050年中國(guó)一次能(néng)源消費上，水電占比將(jiāng)在9%-12%，而新能(néng)源則會(huì)達到34%-55%。

來源：找煤網
注：文章内的所有配圖皆爲網絡轉載圖片，侵權即删！