【原】水電知多少

找煤網(wǎng) 2021-05-24

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自1910年我國開工建設了第一座水電站――石龍壩水電站,，至今已有111年，在這一百多年的時間里,，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，我國的水電事業(yè)取得了令人囑目的成就,。我們身處煤炭行業(yè)中也多多少少會聽到一些關于水電的消息,，但對水電行業(yè)卻又并不十分了解。

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

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水電的發(fā)電原理

水力發(fā)電其實就是將水的勢能轉(zhuǎn)化為機械能，再由機械能轉(zhuǎn)化為電能的過程,。通俗點說就是利用流動的河水使電機轉(zhuǎn)動進行發(fā)電,，而一條河流或其一段流域所蘊含的能量大小則取決于水量及落差。

河流的水量是無法人為控制的,，而落差則可以,，所以在建水電站時可以選擇筑壩、引水兩種方式集中落差,，提高水資源利用率,。

筑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,；引水即通過引水道把上游水庫的水引到下游，比如錦屏二級水電站,。

水電的特點

水電的優(yōu)點主要包括環(huán)?？稍偕⒏咝ъ`活,、維護成本低等幾個方面,。

環(huán)保可再生應該是水電最大的優(yōu)點了,，水電只利用水中的能量,，并不消耗水量，也不會造成污染,。
水力發(fā)電主要動力設備的水輪發(fā)電機組,，不僅效率高，而且啟動,、操作靈活,。可以在幾分鐘內(nèi)由靜止狀態(tài)迅速啟動運行,，在幾秒鐘內(nèi)完成增減負荷任務,。可以利用水電承擔電力系統(tǒng)的調(diào)峰,、調(diào)頻,、負荷備用和事故備用等任務。
水力發(fā)電不消耗燃料,，不需要開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,，運行維修費用低,，所以水電站的電能生產(chǎn)成本低廉，只有火電站的1/5～1/8,，且水電站的能源利用率高,，可達85%以上，而火電站燃煤熱能效率只有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,、破壞生態(tài)環(huán)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、省份來看還算穩(wěn)定,，但具體細化到月份,、季度、區(qū)域就要看“天”了,，并不能像火電一樣提供穩(wěn)定,、可靠的電力。
關于豐水期,、枯水期南北方差異較大,，但通過統(tǒng)計2013-2021年各月份水電發(fā)電量，整體來看我國的豐水期大約在6－10月,，枯水期大約在12－2月,，兩者之間發(fā)電量可以相差一倍以上。同時我們也可以看到,，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(wěn)定”性。

2013-2021年各月份水電發(fā)電量（億千瓦時）

受客觀條件限制,。并不是有水就的地方就可以建水電站,，地質(zhì)、落差,、流速、居民搬遷甚至行政區(qū)劃等方方面面都限制著一座水電站的建設,，比如1956就在人大上提及的黑山峽水利工程,，因甘肅和寧夏協(xié)調(diào)不好利益關系而一直沒能通過,，直至今年再次出現(xiàn)在兩會提案中，何時能開始建設仍未可知,。
水電所需投入較大,。興建水電站土石方和混凝土工程巨大，還要支付巨額移民安置費用,；而且前期投入不光體現(xiàn)在資金上,，時間上的投入同樣驚人。因為需要移民安置,、需要協(xié)調(diào)各個部門的配合,，很多水電站建設周期都會比計劃延遲很多。
以當前在建的白鶴灘水電站為例,，該項目1958年開始立項,，1965年被列入“三五計劃”，但幾經(jīng)周折,，直到2011年8月才正式開工,，時至今日，白鶴灘水電站尚未完工,，刨除前期設計規(guī)劃,，其實際建設周期也至少需要10年的時間。
大型水庫造成大壩上游大面積淹沒,，有時會破壞低地,、河谷森林和草原。同時也會影響廠區(qū)周邊的水生生態(tài)系統(tǒng),。對魚類,，水鳥和其他動物產(chǎn)生很大的影響。

我國水電發(fā)展現(xiàn)狀

近年來水電發(fā)電量保持增長,，但近5年增速較低

2020水電發(fā)電量13552.1億千瓦時,，同比增長3.9% 。但在十三五期間,，風電,、光電“十三五”期間發(fā)展迅猛，均超額完成規(guī)劃目標,，而水電則僅完成規(guī)劃目標的一半左右,。20年以來，水電在發(fā)電總量中占比較為穩(wěn)定,，維持在14%-19%之間,。

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

增速放緩的原因我認為一方面是小水電的關停,，“十三五”規(guī)劃中明確提到關停小水電，保護,、修復生態(tài)環(huán)境,，僅四川省需要整改和退出的小水電就有4705座；

另一方面是我國的大水電開發(fā)資源不足,，我國已經(jīng)修建了三峽,、葛洲壩、烏東德,、向家壩,、白鶴灘等諸多水電站，再建大型水電站的資源可能只有雅魯藏布江的“大拐彎”,，但因為該地區(qū)涉及地質(zhì)構(gòu)造,、自然保護區(qū)環(huán)境管控、以及與周邊國家的關系等問題,，之前一直難以解決,。

同時，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(lián)，顯示出“隔年一漲”的狀態(tài),，會有這樣的情況雖然有火電占比過高的原因,，但也一定程度上從側(cè)面反映了水電的不穩(wěn)定性。

各發(fā)電方式發(fā)電量堆積圖（億千瓦時）

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(yè)快速發(fā)展,，2020年水電發(fā)電量是2001年的5倍，但在總發(fā)電量中的占比并沒有明顯變化,。

火電占比下降的過程中,，水電并未發(fā)揮太大的作用，雖然發(fā)展速度很快,，但在全國發(fā)電量大增的背景下,，也只能維持住自身在總發(fā)電量中的比重?；痣姳戎氐慕档椭饕€是要歸功于其他清潔能源,，如風電、光伏,、天然氣,、核能等。

各發(fā)電方式發(fā)電量占比

水電資源過于集中

四川、云南兩省合計水電發(fā)電量占全國水電發(fā)電量近一半,，而由此帶來的問題是水電資源豐富的地區(qū)未必能夠消納當?shù)氐乃Πl(fā)電,，造成了能源的浪費。全國主要流域棄水電量的2/3來自于四川省,，高達202億千瓦時，而四川省棄電量的一半以上來自于境內(nèi)大渡河干流,。

在世界范圍來看,，近10年來我國水電快速發(fā)展，我國幾乎以一已之力帶動全球水電增長,，全球水電消費增長量近80%來自于我國,，我國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一次能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)達國家相比,，在水電消費量占比中也遠不及同為發(fā)展中國家的巴西,。而我國水能資源蘊藏量達6.8億千瓦位居世界第一，至2020年水電裝機容量為3.7億千瓦,，從這個角度來看,，我國水電事業(yè)仍然較大的發(fā)展空間。