【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(shè)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(shí)間里，從石龍壩水電站僅僅480 千瓦的裝機(jī)容量，到如今位居世界第一的3.7億千瓦裝機(jī)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(huì)聽到一些關(guān)于水電的消息，但對(duì)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(diǎn)和我國水電的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)幾個(gè)方面，來簡(jiǎn)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(shí)就是將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。通俗點(diǎn)說就是利用流動(dòng)的河水使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，而一條河流或其一段流域所蘊(yùn)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(shí)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(jí)水電站。

水電的特點(diǎn)

水電的優(yōu)點(diǎn)主要包括環(huán)?？稍偕⒏咝ъ`活、維護(hù)成本低等幾個(gè)方面。

環(huán)?？稍偕鷳?yīng)該是水電最大的優(yōu)點(diǎn)了，水電只利用水中的能量，并不消耗水量，也不會(huì)造成污染。
水力發(fā)電主要?jiǎng)恿υO(shè)備的水輪發(fā)電機(jī)組，不僅效率高，而且啟動(dòng)、操作靈活。可以在幾分鐘內(nèi)由靜止?fàn)顟B(tài)迅速啟動(dòng)運(yùn)行，在幾秒鐘內(nèi)完成增減負(fù)荷任務(wù)?？梢岳盟姵袚?dān)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻、負(fù)荷備用和事故備用等任務(wù)。
水力發(fā)電不消耗燃料，不需要開采和運(yùn)輸燃料所投入的大量人力和設(shè)施，設(shè)備簡(jiǎn)單運(yùn)行人員少，廠用電少，設(shè)備使用壽命長，運(yùn)行維修費(fèi)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(dá)85%以上，而火電站燃煤熱能效率只有40%左右。

水電的缺點(diǎn)主要包括受氣候影響大、受地理?xiàng)l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(xì)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(guān)于豐水期、枯水期南北方差異較大，但通過統(tǒng)計(jì)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(shí)我們也可以看到，在裝機(jī)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(dāng)。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(shí)）

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(shè)，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(guān)系而一直沒能通過，直至今年再次出現(xiàn)在兩會(huì)提案中，何時(shí)能開始建設(shè)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(fèi)用；而且前期投入不光體現(xiàn)在資金上，時(shí)間上的投入同樣驚人。因?yàn)樾枰泼癜仓?、需要協(xié)調(diào)各個(gè)部門的配合，很多水電站建設(shè)周期都會(huì)比計(jì)劃延遲很多。
以當(dāng)前在建的白鶴灘水電站為例，該項(xiàng)目1958年開始立項(xiàng)，1965年被列入“三五計(jì)劃”，但幾經(jīng)周折，直到2011年8月才正式開工，時(shí)至今日，白鶴灘水電站尚未完工，刨除前期設(shè)計(jì)規(guī)劃，其實(shí)際建設(shè)周期也至少需要10年的時(shí)間。
大型水庫造成大壩上游大面積淹沒，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(qū)周邊的水生生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)魚類，水鳥和其他動(dòng)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(shí)，同比增長3.9% 。但在十三五期間，風(fēng)電、光電“十三五”期間發(fā)展迅猛，均超額完成規(guī)劃目標(biāo)，而水電則僅完成規(guī)劃目標(biāo)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(rèn)為一方面是小水電的關(guān)停，“十三五”規(guī)劃中明確提到關(guān)停小水電，保護(hù)、修復(fù)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?yàn)樵摰貐^(qū)涉及地質(zhì)構(gòu)造、自然保護(hù)區(qū)環(huán)境管控、以及與周邊國家的關(guān)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(guān)聯(lián)，顯示出“隔年一漲”的狀態(tài)，會(huì)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(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(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?dú)w功于其他清潔能源，如風(fēng)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(jì)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(dāng)?shù)氐乃Πl(fā)電，造成了能源的浪費(fèi)。全國主要流域棄水電量的2/3來自于四川省，高達(dá)202億千瓦時(shí)，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(dòng)全球水電增長，全球水電消費(fèi)增長量近80%來自于我國，我國水電消費(fèi)量占全球水電消費(fèi)量的30%以上。

但如此巨大的水電消費(fèi)量在我國一次能源消費(fèi)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(dá)國家相比，在水電消費(fèi)量占比中也遠(yuǎn)不及同為發(fā)展中國家的巴西。而我國水能資源蘊(yùn)藏量達(dá)6.8億千瓦位居世界第一，至2020年水電裝機(jī)容量為3.7億千瓦，從這個(gè)角度來看，我國水電事業(yè)仍然較大的發(fā)展空間。