全球各大洲水力发电的历史与发展现状及未来发展潜力分析

2005年，水力发电占全球一次能源供给的比例为2.2%，比过去的30年增加了0.4%^[1]。相比之下，石油占全球一次能源供给的比例为35%，煤是25.3%，天然气是20.7%，这些不可再生能源一共占了将近80%的份额，而所有的可再生能源仅仅只有10%的比例。在发电方面，可再生能源占了大约20%，其中主要来自于水力发电。图11.1所示为2005年全球终端能耗和电力生产的燃料份额的总结。终端能耗不同于那些国际海洋运输、储量改变和转换造成的一次能源损耗。详情查阅参考文献[1]。

图11.1 2005年全球能耗和电力生产的燃料份额

事实上，在1970年，水力发电在全球电力生产中所占的份额就超过了20%。这说明在过去，其他能源技术与水力发电相比有着更高的增长率。特别是核能与天然气的增长比例尤为明显。在过去的一个世纪，欧洲，北美洲和中美洲已经可以很好地利用了它们可开发的水电资源。对于那些缺乏其他能源的国家来说，水电是最重要的也是惟一可以用来大规模发电的资源。人类利用水电能的历史已经有2000多年。最早的水车轮可能是在远东的水文协会里用来将水提升到更高的灌溉渠道中。从中世纪水车技术才传递到西方，之后发展很缓慢。在那个时期，人们没有多大的兴趣来开发新技术；而且，使用那些笨重的、效率低下的水与复杂的连接装置在原始石磨上碾谷的经济优势微乎其微。19世纪，一些欧洲国家水力发电的发展推动了纺织业的发展。纺织工厂沿着主要河流而建，从而可以利用流动水流的机械能。到19世纪快要结束时，这种水车技术已经具有很高的效率。人们通过利用皮带和滑轮的水力发电系统，或像日内瓦的加压水系统来给大规模的工业企业和城镇提供电能。但是，这种工业化形式并没有持续很长时间。电的发现开辟了一个新的发展阶段。在发明长距离运输电力之后，水力发电行业蓬勃发展。充分利用远程水电资源中产生的电能已经成为可能。因此，在19世纪末期，第一个水力发电厂建成了，电力成为一种现代的，灵活的能源载体。

今天，大部分的装机容量在亚洲，北美和欧洲，后者已经开发了其大部分水电潜能。表11.1列出了全球各大洲现有的水力发电的情况，其中亚洲和北美的实际生产规模最大，其次是南美和欧洲，规模最小的是非洲和澳大利亚，生产规模小了大约10倍。

表11.1 各大洲实际的水电生产，装机容量和潜力^[2，3]

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对各大洲尚未开发的水力发电潜能进行了比较，可以看出未来水力发电发展潜力最大的是亚洲、南美洲和非洲。这三个地区未来总的发展潜力将是目前全球水力发电容量的两倍。图11.2对此进行了总结^[2]，给出了每个区域已开发潜能的百分比。今天，大部分正在建设中的水力发电容量是在中国（约为80000MW），其次是尼泊尔，印度，巴基斯坦，越南和缅甸（一共大约为50000MW），南美（约35000MW）。另外，还有非洲（约9000MW），加拿大，墨西哥，中美洲和土耳其（每个的规模大约为5000MW）^[4]。

全球用来发电、灌溉、提供生活用水和防洪的大坝（高于15m）将近有45000个。其中，一半坐落在中国，10000个位于其他的亚洲国家，有将近8000个坐落在中美洲和北美洲，将近5000个坐落在西欧，而非洲，东欧和澳大利亚每个地区有1000～1500个大坝。其中大部分建设于20世纪50年代到80年代之间，在1970年达到了一个高峰期。从这之后，全球大坝的建设速度急剧下降，尤其是在欧洲和美国，因为大坝的大部分潜力已经被开发完。目前，很多国家已经出台了对现存大坝的整修和优化措施。位于印度（约800个）、中国（约280个）、土耳其（约200个）、韩国（约130个）、日本（约100个）和伊朗（约50个）的工程项目正在建设当中。据经世界水坝委员会估计，全球范围内这些巨大的水坝中有一半专门或主要用来进行灌溉，尤其是在亚洲和非洲^[5]。在将来，这个比例有望继续增加，因为需要灌溉庄稼来满足不断增长的人口需要，同时也是气候变化的结果^[6]。在大部分地区，20%～30%的水坝有多重用途，而在欧洲和南美洲1/3的水坝是专门用来发电的。

水力发电系统与具体位置有着强烈关系。因此，许多水电系统的重要经济和环境状况存在很大差别，即技术参数、具体投资成本、生产总成本、峰值负载生产的可能性以及外部影响等存在不同。例如，小型水力发电站和中国的三峡巨型大坝有很大的不同，径流式系统与抽水蓄能式系统有很大不同，南美洲雨林系统与近东干旱地区或者瑞士阿尔卑斯山的系统也有所不同。有时候，水电系统是根据装机容量来分类的，可分为微型（＜100kW）、迷你型（＜1MW）、小型（＜10MW）、大型（＞10MW）的水力发电厂^[7]。然而，这种定义方式因国家而异。水力发电系统的这种强烈异质性使得水电的定义和特征的表达变得复杂化^[8]。与其他性质相近、仅规模不同的电力生产技术相比，水力发电技术要复杂得多^[9]。

图11.2 目前各大洲已开发水力发电潜能的百分比