水力發(fā)電(hydropower)是運(yùn)用水的勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電方式，其原理是利用水位的落差(勢(shì)能)在重力作用下流動(dòng)(動(dòng)能)，例如從河流或水庫等高位水源引水流至較低位處，流的水流推動(dòng)輪機(jī)使之旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。高位的水來自太陽熱力而蒸發(fā)的低位的水分，因此可以視為間接地使用太陽能。由于技術(shù)成熟，是目前人類社會(huì)應(yīng)用最廣泛的可再生能源。

2016年全球水力發(fā)電僅占全球一次能源消費(fèi)的6.9%，但全球水力發(fā)電占再生能源發(fā)電的67.8%，遠(yuǎn)高于光伏、風(fēng)電。

中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，必然伴隨著水力發(fā)電發(fā)展。中國占據(jù)全球水力發(fā)電總量的28%;但是發(fā)展并沒有達(dá)到頂峰。根據(jù)世界能源理事會(huì)發(fā)布的《World Energy Resources 2016》報(bào)告，中國尚有47%的水力資源沒有開發(fā)。

水力發(fā)電有四種形式：大壩式水力發(fā)電、抽水蓄能式水力發(fā)電、川流式水力發(fā)電和潮汐發(fā)電。本文反映截至2016年底全球水力發(fā)電的最早、最大和最多。這個(gè)加到后面一段后面

世界上最大的水電站——三峽大壩

大壩式水力發(fā)電

大壩式水力發(fā)電(Conventional hydroelectricity)，又稱水庫式水力發(fā)電。是以堤壩儲(chǔ)水形成水庫，其最大輸出功率由水庫容積及出水位置與水面高度差距決定。此高度差稱為揚(yáng)程又叫落差或水頭，而水的勢(shì)能與揚(yáng)程成正比。

▲世界上第一個(gè)水電項(xiàng)目是1878年英格蘭諾森伯蘭郡拉格塞德(Cragside)鄉(xiāng)村酒店用于點(diǎn)燈照明。四年后，美國威斯康星州開設(shè)了第一家私營發(fā)電站，隨后有數(shù)百家水力發(fā)電站投入運(yùn)行，供當(dāng)?shù)卣彰鳌?/p>

▲石龍壩水電站是中國第一座水電站，位于云南省昆明市郊螳螂川上。1910年(庚戌年)7月開工，1912年5月28日發(fā)電，最初裝機(jī)容量為480 kW。2006年05月25日，石龍壩水電站被國務(wù)院批準(zhǔn)列入第六批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位名單。

▲2016年全球水力發(fā)電裝機(jī)容量為1096GW，其中中國占28%，高于巴西、美國和加拿大的9.0%。

▲世界上電力生產(chǎn)最多的國家是中國。根據(jù)BP統(tǒng)計(jì)，2016年全球發(fā)電量為24816.4TWh，中國發(fā)電量為6142.5 TWh，占全球總量的24.8%。

▲水力發(fā)電是全球電力生產(chǎn)的主要再生能源。2016年全球水力發(fā)電占全球電力生產(chǎn)的16.6%，占再生能源發(fā)電的67.7%。

▲2015年中國水力發(fā)電占中國再生能源電力的79.3%。占據(jù)再生能源的主導(dǎo)地位。

▲根據(jù)國際水力發(fā)電協(xié)會(huì)(International Hydropower Association，iha)報(bào)告，2017年全球水力發(fā)電裝機(jī)容量為1245GW，中國為331.1GW，占全球總量的26.6%，居世界第一;其次美國102.5GW，巴西98.0GW。

▲按照兆瓦小時(shí)每平方公里(MWh/km2)計(jì)算，奧地利460.2 MWh/km2，居世界第一，挪威達(dá)373 MWh/km2，居第二。

▲按照人均MWh計(jì)算，人均發(fā)電量依次為加拿大10.46 MWh ，巴拉圭9.27 MWh ，不丹8.87 MWh。中國人均發(fā)電量為0.86 MWh。

▲世界上最大的發(fā)電站是中國三峽水電站(Three Gorges Dam)，該發(fā)電站采用了32臺(tái)混流式水輪機(jī)(弗蘭西斯水輪機(jī)Francis turbines)，每臺(tái)700MW，另外還有兩臺(tái)50MW渦輪機(jī)發(fā)電，裝機(jī)容量共計(jì)22500MW，年發(fā)電量達(dá)98.8TWh。

▲世界上水電站裝機(jī)容量在2000MW以上的有70個(gè)水力發(fā)電站中，其中中國占據(jù)了22座，居世界之首。在中國22座水力發(fā)電站之中，長(zhǎng)江流域就占有17座。

中國投產(chǎn)的水力發(fā)電站的世界排行

▲世界上2023年前在建的2000MW以上的18個(gè)水力發(fā)電站中，中國占據(jù)了5座，居世界之首。

中國在建的水力發(fā)電站

▲從葛洲壩逆行而上，經(jīng)由三峽大壩過長(zhǎng)江支流，這是中國西電東輸?shù)闹髁?，也是世界上最大的梯?jí)發(fā)電站：長(zhǎng)江主流有葛洲壩和三峽兩個(gè)、烏江有10座、嘉陵江有16座、岷江有21座、雅礱江有21座、金沙江有20座等約90座水電站。

▲世界上儲(chǔ)水量最多的大壩是津巴布韋和贊比西的贊比西河(Zambezi River)上的卡里巴大壩(Kariba Dam)，1959年建成，儲(chǔ)水量為180.6km3，其次為俄羅斯安加拉河上的布拉茨克大壩(Bratsk Dam)和加納沃爾特湖阿科松博壩(Akosombo Dam)。

▲中國儲(chǔ)水量最多的是丹江口大壩(Danjiangkou Dam)，1962年建成，位于長(zhǎng)江支流——漢水，儲(chǔ)水量為51.6km3，居世界第21位。

▲水力發(fā)電在一次能源消費(fèi)中最多的國家是挪威，2016年占挪威一次能源消費(fèi)的66.7%。

▲挪威是世界上水力發(fā)電生產(chǎn)最多的國家。2016年水力發(fā)電占挪威電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的97.9%。

▲世界上最高的大壩在中國雅礱江上流的錦屏-I大壩(Jinping-I Dam)，混凝土高拱壩，壩高305米，2013年建成。

▲2018年中國最高的大壩將是大渡河上的雙江口大壩(Shuangjiangkou Dam)，壩高312米。

▲2018年建成的羅貢水壩(Rogun Dam，壩高335米)將超越中國雙江口大壩(壩高312米)成為世界上最高的大壩。羅貢水壩位于塔吉克斯坦瓦赫什河，裝機(jī)容量6×600MW，發(fā)電量13.1TWh 。

▲世界上最大的壩體是巴基斯坦塔貝拉大壩(Tarbela Dam)，1976年建成，構(gòu)筑物高達(dá)143米，大壩體積為153百萬立方米，裝機(jī)容量3478MW。

▲中國最大的壩體是三峽大壩(Three Gorges Dam)2008年建成，構(gòu)筑物高達(dá)181米，大壩體積為27.4百萬立方米，裝機(jī)容量22500MW。世界排名第21位。

▲擬建的英戈大壩(Grand Inga Dam)位于剛果民主共和國剛果河英戈瀑布。壩高205 m，預(yù)計(jì)裝備52臺(tái)水輪機(jī)，每臺(tái)750MW，裝機(jī)總?cè)萘?9000 MW。投資800億美元，預(yù)計(jì)開工時(shí)間2020-2025年。一旦建成，英戈大壩將是三峽水電站(22500MW)近兩倍。

▲雅魯藏布江是中國最長(zhǎng)的高原河流，位于西藏自治區(qū)境內(nèi)，也是世界上海拔最高的大河之一。理論上雅魯藏布江水電站建成后，裝機(jī)容量達(dá)50000MW，發(fā)電量將是三峽大壩發(fā)電量(98.8 TWh)的3倍，達(dá)到300TWh，將是世界上發(fā)電量最大的發(fā)電站。

抽水蓄能式水力發(fā)電

抽水蓄能式水力發(fā)電(Pumped-storage hydroelectricity)，是一種儲(chǔ)能方式，但并不是能量來源。 當(dāng)電力需求低時(shí)，多出的電力產(chǎn)能繼續(xù)發(fā)電，推動(dòng)電泵將水泵至高位儲(chǔ)存，到電力需求高時(shí)，便以高位的水作發(fā)電之用。此法可以改善發(fā)電機(jī)組的使用率，在商業(yè)上非常重要。

▲世界上最大的抽水蓄能電站是美國巴斯縣抽水蓄能電站(Bath County Pumped Storage Station)，裝機(jī)容量達(dá)3003MW。

▲中國最大的抽水蓄能電站是(Huizhou Pumped Storage Power Station)，裝機(jī)容量為2448MW。

▲中國第二大的抽水蓄能電站是廣東抽水蓄能水電站(Guangdong Pumped Storage Power Station)，裝機(jī)容量為2400MW。

▲中國在建的抽水蓄能電站居世界第一。裝機(jī)容量在1000MW以上有三座：豐寧抽水蓄能電站(Fengning Pumped Storage Power Station，裝機(jī)容量3600MW，2019-2021年建成)、績(jī)溪抽水蓄能電站(Jixi Pumped Storage Power Station，裝機(jī)容量1800MW，2018年建成)和荒溝抽水蓄能電站(Huanggou Pumped Storage Power Station，裝機(jī)容量1200MW，2019年建成)。

川流式水力發(fā)電

川流式水力發(fā)電(Run-of-the-river hydroelectricity，ROR)，也稱作徑流式水電，為一種雖借由水力但僅需要少量的水或不需儲(chǔ)存大量的水來進(jìn)行發(fā)電的水力發(fā)電形式。川流式水力發(fā)電幾乎完全不需要水的儲(chǔ)存，或僅需要興建極小的儲(chǔ)水設(shè)施，而在興建小型儲(chǔ)水設(shè)施時(shí)，這種儲(chǔ)水設(shè)施便被稱為調(diào)整池或是前池。由于沒有大型儲(chǔ)水設(shè)施的建置，川流式發(fā)電對(duì)于引用水源的季節(jié)性水量變化十分敏感，因此川流式發(fā)電廠通常被定義為間歇性的電力(intermittent energy source)來源。而如果川流式發(fā)電廠中建置一座可在任何時(shí)間調(diào)節(jié)水流量的調(diào)整池，將可作為一座調(diào)峰電廠或是基載電廠。

▲世界上最大的的川流式水力發(fā)電站是巴西馬德拉河上的杰瑞大壩(Jirau Dam)，壩高63m，壩長(zhǎng)1500m，裝機(jī)容量3075MW，2016年竣工。

▲世界上第二大的川流式水力發(fā)電站是美國哥倫比亞河上的約瑟夫酋長(zhǎng)大壩(Chief Joseph Dam)，壩高72m，壩長(zhǎng)1817m，裝機(jī)容量為2620MW，年發(fā)電量9780 GWh，1979年竣工。

▲中國最大的的川流式水力發(fā)電站是天生橋二級(jí)水電站(Tianshengqiao-II Dam)，位于南盤江上，壩高58.7m，壩長(zhǎng)471m，大壩體積4800000m3，裝機(jī)容量為1320MW，1997年竣工。

潮汐發(fā)電

潮汐發(fā)電(Tide power)是以因潮汐引致的海洋水位升降發(fā)電。一般都會(huì)建水庫儲(chǔ)內(nèi)發(fā)電，但也有直接利用潮汐產(chǎn)生的水流發(fā)電。全球適合潮汐發(fā)電的地方并不多，英國有八處地適合，估計(jì)其潛能促以滿足該國20%的電力需求。

▲世界上第一座潮汐電站是朗斯潮汐電站(Rance tidal power plant)，位于法國朗斯，從1960年到1966年建造了6年。裝機(jī)容量240MW。

▲世界上最大的潮汐電站是韓國華湖潮汐電站(Sihwa Lake Tidal Power Station)，裝機(jī)容量為254MW，2011年竣工。

▲北美洲第一座潮汐發(fā)電站是安納波利斯潮汐電站(Annapolis Royal Generating Station)，位于加拿大新斯科舍省安納波利斯羅亞爾，在芬迪灣的入口處。裝機(jī)容量20MW，1984年竣工。

▲中國最大的潮汐電站是江廈潮汐電站(Jiangxia Tidal Power Station )，位于杭州南邊，裝機(jī)容量?jī)H為3.2MW，1985年開始運(yùn)行。

▲北美洲巖灘潮汐發(fā)電示范工程((Race Rocks Tidal Power Demonstration Project)第一臺(tái)潮汐流能發(fā)電機(jī)(in-stream tidal current generator)2006年9月安裝在加拿大溫哥華島 (Vancouver Island)瑞斯礁巖(Race Rocks)。

▲目前世界上最大的潮汐發(fā)電項(xiàng)目—— MeyGen(MeyGen tidal energy project)在蘇格蘭北部彭特蘭灣( Pentland Firth)建造，裝機(jī)容量398MW，預(yù)計(jì)2021年竣工。

▲印度古吉拉特邦計(jì)劃建造南亞第一個(gè)商用潮汐發(fā)電站。在印度西海岸卡奇灣(Gulf of Kutch)安裝裝機(jī)容量為50MW的電站，2012年初動(dòng)工。

▲擬建中的俄羅斯勘察加半島品仁納灣潮汐電站( Penzhin Tidal Power Plant Project)，裝機(jī)容量達(dá)87100MW，年發(fā)電量可達(dá)200TWh，將成為世界上最大的潮汐電站。一旦品仁納灣潮汐電站建成將是目前三峽發(fā)電站的裝機(jī)容量的四倍。

品仁納灣潮汐電站位置

單位換算

電力單位在國外通用英文字母表示，在中國卻用文字表示，兩者的換算如下：

常用電力單位換算

【龐名立，曾在中國計(jì)量科學(xué)院(北京)和中石油(四川)工作 著有多本石油和天然氣書籍】