中国水能资源与水电开发（4）
胡经国
㈧、中国与世界水电站排名
资料显示，1831年，法国科学家法拉第发明了第一台发电机。在47年后的1878年，还是在法国，世界上第一座水电站建成发电。在之后的100余年时间里，水力发电逐渐成为仅次于火力发电的第二大电源。在法国、瑞士等国家的水能资源利用率已经达到97%。但是，在中国开始开发水电并且有能力自主建设水电站之后，一项项水电开发世界纪录便在中国产生。时至2018年，中国水电装机容量和发电量已分别达到33211万千瓦和10518.40亿千瓦时，稳居世界第一；在世界排名前20位的水电站中，中国水电站独占11位，继桥梁之后水电站再次在世界“夺冠”。
统计资料表明，截至2016年底，中国十大水电大省（区）是：四川装机容量7246万千瓦；云南装机容量6096万千瓦；湖北装机容量3663万千瓦；贵州装机容量2089万千瓦；广西装机容量1663万千瓦；湖南装机容量1553万千瓦；广东装机容量1410万千瓦；福建装机容量1304万千瓦；青海装机容量1192万千瓦；浙江装机容量1154万千瓦。
截至2018年，中国共有水电站46758座，水电装机容量为33289万千瓦。其中，规模以上的水电站22190座，装机容量32730万千瓦；规模以下的水电站24568座，装机容量559万千瓦。
按装机容量大小，中国与世界二十大著名水电站排名如下表所示（资料来源：网络）。
中国与世界二十大著名水电站装机容量排名 国名 水电站
名称 所在
河流 最大水头（m） 装机容量
（万kW） 年发电量
（亿kWh） 开始
发电年份 中国 三峡 长江 113 2250 847 2003 巴西、巴拉圭 伊泰普 巴拉那河 126 1400 900 1983 中国 溪洛渡 金沙江 197 1386 571.2 2014 中国 白鹤滩 金沙江 -- 1250 640.95 在建 中国 乌东德 金沙江 -- 1020 387 在建 委内瑞拉 古里 卡罗尼河 146 910 510 1968 巴西 图库鲁伊 托坎廷斯河 68 837 324 1984 中国 向家坝 金沙江 -- 775 307.47 2012 加拿大 拉格兰德二级 拉格兰德 142 732.6 358 1979 美国 大古力 哥伦比亚 108 649.4 203 1942 俄罗斯 萨扬舒申斯克 叶尼塞河 100.5 600 204 1967 中国 龙滩 红水河 -- 630 187 2007 俄罗斯 克拉斯诺雅尔斯克 叶尼塞河 100.5 600 204 1967 中国 糯扎渡 澜沧江 -- 585 239.12 2012 加拿大 丘吉尔瀑布 丘吉尔河 322 542.8 345 1972 中国 锦屏二级 雅砻江 -- 480 242 2012 俄罗斯 布拉茨克 安加拉河 -- 450 226 1967 中国 小湾 澜沧江 -- 420 185.4 2009 中国 拉西瓦 黄河 -- 420 102.23 2009 中国 二滩 雅砻江 -- 330 170 1998 ㈨、中国水电开发规划目标
资料显示，中国可再生能源中长期发展规划确定的中国水电开发目标为：至2010年水电装机容量达到190000MW，至2020年水电装机容量达到300000MW。其具体规划目标如下：
1、至2010年具体目标
经初步规划测算，至2010年全国水电装机容量达到190000MW时，水能资源开发利用率为35%。其中：
东部地区水电开发总规模达到27000MW，占全国的15%，其水电开发程度达到90%，水能资源基本开发完毕。
中部地区水电开发总规模达到58000MW，占全国的30%，其水电开发程度达到75%，开发条件较好的水电资源点开发完毕。
西部地区水电开发总规模达到105000MW，占全国的55%，其水电开发程度达到24%。其中，四川省、云南省两省的水电开发总规模分别达到32000MW、21000MW，其开发程度分别为27%、20%。四川省、云南省水电开发潜力较大。
2、至2020年具体目标
经初步规划测算，至2020年全国水电装机容量达到300000MW时，水能资源开发利用率为55.4%。其中：
东部地区水电开发总规模达到28000MW，占全国的9%，水能资源基本开发完毕。
中部地区水电开发总规模达到70000MW，占全国的23%，水能资源基本开发完毕。
西部地区水电开发总规模达到202000MW，占全国的68%，其水电开发程度达到46%。其中，四川省、云南省两省的水电开发总规模分别达到76000MW、63000MW，其开发程度分别为63.3%、61.6%。
根据西藏电力发展规划，西藏2020年水电装机容量达到2100MW。西藏水电开发程度很低（仅为15%）。因此，从西藏水能资源量和2020年开发程度上看，西藏在中国未来能源资源开发中将占有十分重要的战略地位。
六、世界若干国家水电开发概况
㈠、地球水能资源概况
资料显示，整个地球水能资源十分可观。据最新统计，目前全世界已估算出的水能资源理论蕴藏量大约为40000～50000TWh/年；其中大约13000～14000TWh/年在技术上具有开发可行性。从理论上讲，这种可以依赖当今技术水平开发的水能资源完全可以满足当前全球的用电需求。
TWh（太瓦时）是高能量发电站的发电量单位。其中：
T是1兆兆（太），即1012。1TWh=1000GWh=106MWh=109KWh。
下面，据有关资料介绍世界若干国家水电开发概况，供参考。
㈡、美国水电开发概况
1、水能资源
美国国土面积为937.2614万平方公里。其全国平均年降水量为760毫米，河流年径流量总计为30560亿立方米。技术可开发水电装机容量为146700亿兆瓦，年发电量为5285亿千瓦时，经济可开发3760亿千瓦时/年。但是，美国水能资源分布很不均匀。太平洋沿岸及哥伦比亚河流域共5个州的水能资源占全国总量的55%；其余46个州只占45%。
2、水电开发
美国的水电开发已有100多年的历史。据统计，1920年美国水电装机容量为4800兆瓦，至1950年发展到18674兆瓦；1998年达到94423兆瓦，其中常规水电站75525兆瓦，抽水蓄能电站18898兆瓦。
1950年美国水电发电量为1010亿千瓦时，1998年达到3088亿千瓦时，分别为技术可开发水能资源的19.1%和58.4%。
1933-1945年，美国在田纳西河流域进行了集中的水能综合开发。该河流域面积为10.6万平方公里；在流域内建成了38座水能综合利用工程，共装机3300兆瓦，开发利用程度达87%。
美国水电开发最集中的河流为哥伦比亚河；其干流上游在加拿大境内，中下游在美国境内。在美国境内的干流上已建成11座大型水电站，总装机容量为19850兆瓦；在各支流上已建成水电站242座，总装机容量为11070兆瓦。干流及支流合计装机容量30920兆瓦，占美国全国水电总装机容量的33%。美国已建成1000兆瓦以上的大型常规水电站11座，其中6座在哥伦比亚河支流上。
3、水电发展趋势
美国近期水电发展趋势为：
⑴、扩建原有水电站
对原有水电站进行扩建，增大装机容量，使原来担负电力系统基荷的改变为担负峰荷。例如，哥伦比亚河的大古力水电站由过去的装机容量1974兆瓦，在1979年扩建至6494兆瓦，1998年又增容至6809兆瓦。
⑵、发展抽水蓄能电站
在缺乏常规水能资源的地区发展抽水蓄能电站，配合电站的高压温火电机组在电力系统中担负填谷调峰任务。美国的抽水蓄能电站装机容量1960年为87兆瓦，至1998年已发展到18890兆瓦。其中，装机容量1000兆瓦以上的抽水蓄能电站8座；最大的是巴斯康蒂抽水蓄能电站，装机容量达2100兆瓦。
⑶、重新开发小水电
对过去为防洪、灌溉、航运而修建的坝和水库，增装水电机组发电。
㈢、俄罗斯水电开发概况
1、水能资源
俄罗斯联邦国土面积为1707.54万平方公里。其全国年降水量为600～800毫米，河流平均年径流总量为42620亿立方米。技术可开发水能资源为16700亿千瓦时。其中，亚洲部分14900亿千瓦时，欧洲部分1800亿千瓦时。
2、水电开发
1997年，俄罗斯水电装机容量为43940兆瓦，水电比重为20.4%；水电年发电量1575亿千瓦时，水电比重为19.4%。水电装机容量与水电年发电量分别居世界第6位和第5位。
俄罗斯在欧洲部分主要开发伏尔加河及其支流卡马河，已建梯极水电站11座，装机容量共计为11320兆瓦；在亚洲部分主要开发叶尼塞河及其支流安加拉河、汉泰河，已建大型水电站7座，装机容量共计为22970兆瓦。
俄罗斯已建若干座装机容量1000兆瓦以上的大型水电站。此外，在建的大型水电站还有：安加拉河的鲍古昌水电站，装机容量为3000兆瓦；远东地区的布列亚水电站，装机容量为2000兆瓦等。
㈣、加拿大水电开发概况
1、水能资源
加拿大国土面积为997.6万平方公里，1998年人口为2840万人。其技术可开发水能资源为9810亿千瓦时，按人口平均每人3.454万千瓦时，相当于全世界平均每人约2400千瓦时/年的14倍。
加拿大的水能资源，在一次能源总消费的构成中占25%，在世界各国中是比较高的。
加拿大的水能资源以东部的魁北克省和西部的不列颠哥伦亚省为最多，共占全国12个省区的56%。这2个省的水电比重一直在90%以上。它们都与美国的相邻地区联网，并且向美国售电。
2、水电开发
加拿大开发水电较早。过去其水电比重在90%以上。1998年，水电比重按装机容量计为56.6%，按年发电量计为62%，长期以水电为主。1998年，水电装机容量为65726兆瓦，居世界第2位；水电年发电量为3500亿千瓦时，居世界首位。其水能资源开发利用程度为35.7%。
加拿大的水电开发，早期主要在人口较多和经济发达的南部地区；近期转向北部边远地区，如魁北克省东部的马尼夸根河和乌塔尔德河、纽芬兰省的丘吉尔河、马尼托巴省的纳尔逊河、不列颠哥伦比亚省的哥伦比亚河上游和皮斯河等。
20世纪70年代起，在詹姆斯湾地区集中开发拉格郎德河。该河位于北纬53。以上的严寒地区，居民稀少，交通不便，建设条件困难。从1973年开始，陆续开工流水作业兴建3座大型水电站，装机容量分别为5330兆瓦、2300兆瓦和2640兆瓦；至1985年即12年内完成全部10270兆瓦的装机容量。其后，转而进行该河第2期工程的5座水电站的建设。此外，还将开发该区附近的2条河流。
加拿大在一些河流开发中所建水库较大，库容系数为0.63～1.28，调节性能很好。
㈤、巴西水电开发概况
1、水能资源
巴西国土面积为854.74万平方公里。其平均年降水量为1954毫米，河流平均年径流总量为69500亿立方米，居世界各国之冠。其全国理论水能蕴藏量为30204亿千瓦时/年，技术可开发水能资源为13000亿千瓦时/年，经济可开发水能资源为7635亿千瓦时/年。
巴西水能资源主要分布在三大水系：东南地区的巴拉那河水系，占27.2%；东北的圣弗朗西斯科河水系，占8.6%；北部的亚马孙地区，占46.3%；其他小支流占17.9%。
2、水电开发
巴西1950年仅有水电装机容量1540兆瓦，居世界第12位。1998年发展到56481兆瓦，跃居世界第4位，仅次于美国、加拿大、中国。在1950～1998年的48年中，水电装机容量平均年增长率达到7.8%，成为水电发展很快的国家之一。1998年，水电年发电量为3012亿千瓦时，相对其可开发水能资源的开发利用程度为23.2%。
巴西的电力工业历来以水电为主。1998年，水电比重按装机容量计为92.1%，按年发电量计为93.5%。巴西的电力在能源总消费量中的比重，1974年为20.4%，1984年增加到32.3%，使石油和天然气消费量的比重大幅度降低，减少了对外来能源的信赖性。这是巴西长期坚持的能源和电力发展政策。
巴西的水电开发，早期是在经济比较发达的东南地区开发沿海的一些小河流，以中小型水电站为主。从20世纪60年代开始，开发巴拉那河流域；先支流后干流，先上游后下游。巴拉那河干流已建大型水电站4座，总装机容量为19030兆瓦；各支流已建水电站27座，总装机容量为27900兆瓦；干支流装机容量合计为46930兆瓦。
圣弗朗西斯科河已建大型水电站5座，共计装机容量为11450兆瓦。
亚马孙河是世界上最大的河流，流域大部分在巴西境内，干流河道很宽，比降较缓，没有考虑建水电站；而各支流的水能资源则很丰富，但是位于人口稀少的边远丛林地区，水电开发很少，仅仅在其小支流上建了一些中小型水电站。在20世纪70年代以后，巴西有意转向开发边远地区，在亚马孙地区东部的托坎廷斯河上兴建图库鲁伊水电站，并且利用当地丰富的铁矿和铝矾土矿等资源，发展北部地区的经济。
巴西大力开发水电能源。自1963年在巴拉那河支流格兰德河上游建成具有龙头水库作用的第1座装机容量1216兆瓦的福尔纳斯水电站以来，已建成装机容量1000兆瓦以上的大水电站23座。1975年，同时开工建设2座规模巨大的水电站。其中1座在南部，与巴拉圭合建世界最大的伊泰普水电站，装机容量达12600兆瓦；另1座是图库鲁伊水电站，设计装机容量8000兆瓦，初期装机4245兆瓦。这2座水电站都于1984年开始发电。其中，伊泰普水电站于1991年建成，1998年进行二期装机1400兆瓦，2002年投入运行，总装机容量达14000兆瓦。图库鲁伊水电站于1992年建成，1999年扩建第二厂房，装机4125兆瓦，2002～2004年投入运行，总装机容量可达8370兆瓦。
㈥、挪威水电开发概况
1、水能资源
挪威国土面积为38.69万平方公里，1998年人口433万人。其平均年降水量1380毫米，降雪较多；山地和高原面积占全国国土面积的2/3，高原湖泊众多，地形高差大，水能资源较丰富。理论水能蕴藏量5600亿千瓦时/年，技术可开发水能资源2000亿千瓦时/年，按人口平均每人46189千瓦时/年，相当于世界人均数约2400千瓦时/年的19倍，是世界最高的。
2、水电开发
挪威于1885年建成第1座小水电站。到1950年，水电装机容量为2900兆瓦；1998年增加到27410兆瓦。1998年水电装机容量占电力总装机容量的98.9%，水电发电量1163亿千瓦时，占总电量的99.4%。水能资源开发利用程度达58.2%。挪威的电力开发特点：①、水电在电力工业中的比重长期维持在99%左右，几乎全部靠水电。②、1998年总消费电量按人口平均每人达27864千瓦时，为美国的2倍多，为日本的3.3倍，电气化程度较高。③、水能在总能源消费量的比重相当大，1970年为37%，1998年上升到49%。
挪威许多水电站的调节性能很好，利用天然的高山湖泊和兴建的水库群蓄存的水能达633亿千瓦时/年，约相当于年发电量的60%，可以根据要求放水发电，供电性能良好。
挪威所建水电站的水头较高，70%水电容量的水头在200米以上，最高达1100米。水电站水头愈高，一般单位功率造价愈低。
挪威所建水电站大多地质条件较好；采用长隧洞和地下式厂房的水电站较多，80%装机容量的水电站厂房设在地下，很多隧洞不衬砌。地下工程可全年施工，不受寒暑和雨雪影响，还可避免滑坡问题，管理和维护费用也较低。
挪威所建水电站规模以中型为主，10～200兆瓦的水电站占容量的60%。大型水电站不多，已建1000兆瓦以上大型水电站2座。1座为克威尔达尔，装机容量1200兆瓦，最大水头538米，1987年建成。另1座为西玛水电站，从南北2个高山湖泊水系引水发电。南部的赛西玛水系引水80立方米/秒，水头894米，装机2台，各310兆瓦，共620兆瓦；北部的郞西玛水系引水51.7立方米/秒，水头1149米，装机2台，各250兆瓦，共500兆瓦。电站总装机容量1120兆瓦，于1981年建成。
挪威利用35%的廉价水电发展铝、镁、铁合金和碳化硅等耗电工业，将其产品的80%～90%出口，等于以水电出口赚取外汇。
挪威在北欧电力合作组织中起重要作用，与邻国瑞典和丹麦有多回输电线路相联网。当夏季邻国电能有余时以低价买进，把自己的水能尽量储存在高山湖泊和水库群中；到冬季邻国电力负荷高峰期时再以高价卖出。电力输出和输入相抵后，每年净输出几十亿千瓦小时的电量，取得显著的经济效益。
㈦、日本水电开发概况
1、水能资源
日本国土面积37.78万平方公里，其中山地和丘陵约占3/4。平均年降水量1400毫米，河流平均年径流量5470亿立方米。河流坡陡流急，水能资源比较丰富。技术可开发水能资源1356亿千瓦时/年，经济可开发1143亿千瓦时/年。按国土面积平均，每平方千米技术可开发水能资源35.9万千瓦时/年，为世界平均数10.7万千瓦时/年的3.3倍。
2、水电开发
日本燃料资源贫乏，煤、油、气都要依靠进口，水能资源是国产的主要能源。自1892年建成第1座小型水电站以来，长期执行“水主火从”的电力工业方针，过去水电比重曾达80%～90%，直至1960年还超过50%。后来利用进口廉价石油大量发展火电。20世纪70年代以来又积极发展核电，水电比重逐步下降。1998年水电装机容量为45343兆瓦（包括抽水蓄能），年发电量为1026亿千瓦时，分别占电力总装机容量和总发电量的18.1%和9.6%。日本的水能资源开发利用程序已达75.5%。
日本没有大河流，而中小河流很多，水电开发以10～200兆瓦的中型水电站为主，10兆瓦以下的小型水电站也不少，最大的常规水电站装机容量为380兆瓦。已建200兆瓦以上的大型水电站共7座，合计装机容量2150兆瓦，占常规水电总装机容量21390兆瓦的10%。
日本初期所建水电站大都为引水式径流电站，20世纪50年代以来才修建具有水库调节性能的较大水电站，但大多在山区河流的深山峡谷中建坝，所得库容不大。如已建的100米以上的高坝50多座，其中最高的黑部第四拱坝，高186米，总库容仅2亿立方米；最大的水库为奥只见水库，重力坝高157米，总库容也只有6.01亿立方米。
日本从20世纪70年代起，对一些河流进行了重新开发，废弃原有小型水电站，重建较大规模水电站，使水能资源得到更好的利用。例如手取川上原有小水电站19座，共计装机容量132兆瓦，重新开发后，新建3座较大水电站，总装机容量达367兆瓦，为原有容量的近3倍；再如新高濑川原有小水电站27.4兆瓦，改建成1座大型抽水蓄能电站后，装机容量1280兆瓦，为原有容量的47倍。
日本大量发展高参数火电机组和核电站，这些电站只适宜担负电力系统基荷，缺乏调峰容量，而可开发的常规水电站地址又不多，因此大量兴建抽水蓄能电站。1960年抽水蓄能电站装机容量仅72兆瓦，至1998年已发展到23953兆瓦，居世界首位。这些抽水蓄能电站装机容量大多在200兆瓦以上，其中1000兆瓦以上的有12座，最大的为奥多多良木抽水蓄能电站，初期装机1212兆瓦，1976年建成，1996年开始扩建720兆瓦，1998年建成，共达1932兆瓦。
㈧、瑞士水电开发概况
1、水能资源
瑞士国土面积41293平方公里，境内多高山，地形高差很大。山区年降水量高达2000～3000毫米，谷地600～700毫米，平均1470mm。河流平均年径流量535亿立方米。冬季积雪量大，在春末夏初的融雪季节，径流集中，流量较大。森林植被覆盖很好，河流泥沙含量很少。
瑞士的技术可开发水能资源为410亿千瓦时/年，平均每平方千米有99.3万千瓦时/年，相当于世界平均数10.7万千瓦时/年的9.3倍，是世界上水能资源最集中的国家。
2、水电开发
瑞士于1882年建成第1座小型水电站。其电力工业一直以水电为主。过去水电比重长期在90%以上，至20世纪70年代开始有所下降。1998年全国水电装机容量11980兆瓦，年发电量345亿千瓦时，分别占电力总容量和总发电量的74.3%和56.3%。瑞士水能资源开发利用程度高达84.1%，瑞士对其天赋的水能资源，不论河流的大小和落差的高低，都精打细算和千方百计地加以利用，并常常跨流域引水取得更大的水头。为了充分利用高山溪流分散的水能资源，常把许多小溪小沟的细流，通过沿山修建的长隧洞和管道集中到一个水库后引水发电。有的小溪流引水处比较低，还建水泵站抽水注入水库，而利用它发电时所得的水头比抽水扬程高出许多，仍属经济，这也是一种抽水蓄能的方式。
瑞士在高山峡谷区所建的高坝不少，坝高在100米以上的有25座，其中超过200米的有4座。最高的为大狄克逊坝，高285米，是世界上已建最高的重力坝；其总库容4亿立方米，是瑞士最大的水库，初期所建支墩坝高87，1934年建成香多林引水式水电站。水头1672米，装机容量142兆瓦。1961年建成285米高坝后，将老坝淹没并加建飞虹纳和南达连续引水式水电站，水头分别为878米和1013米，装机容量分别为321兆瓦和384兆瓦。1998年又另建通过长15.9公里的隧洞引水，水头1883米，安装3台各400兆瓦冲击式机组，装机容量1200兆瓦的克留逊水电站。前后由大狄克逊高坝水库引水的4座水电站，总装机容量达2047兆瓦。这是世界上已建水头1000米以上的最大水电站，所用400兆瓦冲击式机组，也是世界上最大的高水头机组。这种水电站主要担负峰荷，还可以在丰水期多蓄水少发电，待枯水期多发电，以补偿径流电站的不足。
瑞士在平原地区也建有不少低水头径流式电站，担负电力系统中的基荷。这些电站能提供全国水电发电量的40%左右。
瑞士的水电站，除了大狄克逊-克留逊水电站以外，最大的装机容量为380兆瓦。据1978年统计，200兆瓦以上的大水电站有12座，其装机容量占水电总容量的29%；10～200兆瓦的中型水电站152座，占66%，是主力；10兆瓦以下的小水电站2136座，占5%.
瑞士在西欧联合大电网中占据着重要的位置，与相邻的奥地利、意大利、法国、德国有29条输电线路联网。基本上是夜间低谷时输入廉价电能，白天高峰时输出高价电能，丰水期有多余电能时也输出，总计输出多于输入。
2020年12月28日编写于重庆
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