国外水电发展概况及对我国水电发展的启示（二）

中国水利水电科学研究院 中国大坝协会 贾金生

一、主要国家水电开发历程与发展趋势

1.美国

(1）水资源概况及电力结构

美国国土面积937万km2，2006年人口为2.991亿。其水能资源主要分布于中西部地区。美国的水能资源开发利用主体为隶属于国防部的陆军工程师兵团（USACE）、隶属于内务部的垦务局（USBR）和田纳西流域管理局（TVA）。

美国没有官方的水能理论开发量的数据。1979年美国陆军工程师兵团曾经做过研究，认为如果将美国的全部水能资源利用，可装机512000MW，发电量为4485000GWh/年，技术可开发量为146700MW，相当于528500GWh/年，经济可开发电量约376000GWh/年（编者注：中国理论可开发量为608300MW，技术可开发量为541000MW，发电量为2474000GWh/年，大约为美国的4倍）。

美国2005年水电装机78200MW，年发电量为300000GWh/年（装机容量和年发电量分别占技术可开发量53.3%和56.8%，发电量占经济可开发量79.8%），占全国发电量约7%。美国是世界上最大的水电生产国之一，年发电量排在中国、加拿大（355000GWh）和巴西（351300GWh）之后。

美国共有各类坝82000多座，15米以上的大坝有6191座（按ICOLD统计标准），按主要功能分，1685座坝以防洪为主，1022座坝以供水为主，1033座坝以娱乐为主，886座坝以灌溉为主，543座坝以发电为主，105座坝以航运为主，其功能统计，如图1。

陆军工程师兵团负责开发建设的水利水电工程有609座坝、257座船闸、75座水电站（占全美水电量的24%，占全国发电量3%）。

垦务局共建设5 8座水电站，装机容量14808MW，年发电量38.1GWh，是仅次于陆军工程师兵团的美国第二大水电开发者及供电者。上世纪30～60年代为垦务局水电建设高峰，期间共建设43座电站；这段期间装机容量14034MW，占其总装机容量的94.8%。

(2）电力结构

美国2006年电力装机总容量为687000MW，其中煤电40%，天然气发电21%，核电13%，水电13%，燃油9.3%，除水电以外的可再生能源占2.8%。发电量的比例为：煤电50%、核电19.9%、燃气发电18.1%，水电只占7%，如图2。

图1 美国大坝功能统计（按ICOLD统计标准）

尽管美国水电总装机容量和发电量在国家电力总量中所占的比例不高，但水电的“黑色启动”能力在电力系统中的作用不容忽视。2003年8月，美国的东北部地区发生了大面积的电网断电事故，严重影响了从纽约市到密执根州范围内的5000万人口的工作和正常生活。总装机容量为4316MW的水电机组直接由联邦能源委员会调度，迅速投入到电力恢复工作中，包括有著名的尼亚加拉水电站和圣劳伦斯水电站。

美国的水电发电量占到全国可再生能源发电量的96%，即相当于每年节省5.3亿桶石油。

(3）上世纪美国水电的发展建设

美国第一座水电站建于1892年，位于威斯康星州的Appleton，为当地工业提供直流电。19世纪末，美国和加拿大共建起了40～50座水电站。

垦务局于1902年开始介入水电的开发，但当时主要是解决西部干旱地区用水的水资源问题，剩余的电力向电网出售，用以支付建设和运行费用，以促进农业灌溉的发展。陆军工程师兵团早在18世纪就开始介入水利工程，那时主要是负责国内重要河流的河道整治和航运管理，在19世纪末和上世纪初开始大规模地介入水电的开发利用。

在上世纪30年代的美国经济大萧条时期，西部还同时发生了洪水和干旱等自然灾害，这也促使美国政府通过建设具有综合服务功能的水利水电工程，开发西部，拉动国内经济，在这个时期，又称为美国的大坝时代，廉价的水电拉动了西部城市建设和工业的发展。这个时期，垦务局建设了位于哥伦比亚河中游的大古里坝（Grand Coulee Dam），装机容量为6809MW，为全美最大的水电站，1936年建成；加利福尼亚州的中央河谷工程（the Central Valley Project），科罗拉多河的胡佛坝（Hoover Dam），装机容量为2078.8MW，为全美第二大水电站，1941年建成。陆军工程师兵团于上世纪30年代开始在西部哥伦比亚下游河段进行水资源综合开发建设，包括建设了大量的水电站。

1933年，罗斯福总统签署了田纳西河谷开发法案（the Tennessee Valley Authority Act(TVA)），随后建设了一系列的大坝。TVA开发法案的目的在于改善田纳西河的航运、提供防洪、恢复植被、改善耕种的土地，建设化工厂，出售剩余能源，促进该流域内的工业和农业发展，以及加强国防安全。在建设的46座水库大坝中有29座大坝安装了水轮发电机组（常规机组装机容量3360MW，抽水蓄能机组1532MW，大多数为上世纪30～40年代建设），提供了全流域10%的电力；16座火电站总装机为15075MW，其中11座为骨干电站，为该流域提供了60%的电力；3座核电站装机6900MW，提供了该流域30%的电力）。TVA的成功实施为在全世界范围内开展流域水资源综合开发管理提供了示范作用，并冠以TVA模式的称号，在以后的数十年里，世界上许多流域的开发管理都采用了这种模式。

图2 2006年美国电力结构

表1 上世纪美国水电发展的里程碑

第二次世界大战期间，国家对能源的需求增长了3倍，主要是造船工业、钢铁企业、飞机和汽车业、以及化工厂的快速发展。1942年内务部对电力需求预测结果表明，每年需要有154000GWh的电力用于飞机、坦克、武器、战争物资设备的生产。这个需求超过了当时美国电厂的发电能力。西部水电站的建设为国防建设提供了大量的电力，1941年仅垦务局拥有的水电站年发电量就达5000GWh，这些电量使铝业产量增加了25%。到了1944年，垦务局的水电量增加了4倍，其水电站共发电47000GWh，足以生产69000架飞机、79000架机关枪、5000艘舰艇、5000辆坦克、7000000颗飞机炸弹和3100万颗炮弹的战略物资。

战争结束后，美国进入了一个和平的快速工业发展时期，这些水电站又迅速地转向为和平时期的工业发展提供丰富的电力，用于西部地区的开矿或农业生产，这期间水库大坝的功能更多是为灌溉和城市用水服务。

美国能源部提供了该国上世纪水电发展的重要里程碑，见表1，由此表可以看出，水电在美国上世纪前半叶的国家经济建设中发挥了重要作用。

(4）水电发展趋势

美国联邦能源调节委员会（FERC）的研究认为，目前全美国还可以在5677座水库大坝上安装水轮发电机组，其总容量可达30000MW，其中57%容量的机组（17052MW）可安装在已建水库大坝上，14%容量的机组（4326MW）为扩机，只有8000MW的机组容量需要通过新建工程安装水轮机组来实现。

水电协会预测，在未来的20年里，如果美国的工业以每年8%的速度增长，全国的水电装机将增加27%，只需要在少部分坝中进行机组增容改造，就可增加20195MW的装机容量。

美国水电的发展面临着生态环境的挑战，水电站的运行必须服从严格的环境调度规定，如《清洁河流法》、《濒危物种保护法》等。该国的水电站运营实行许可证制度，上一次颁发的运行许可证有效期为50年，近年来大部分已建工程需要通过重新评估换发许可证。在新一轮的许可证换发评估工作中，将工程的环境影响评价与大坝安全评估列为同等重要的位置，只有两者都通过评估，才能获得新的运营许可证。已建电站面临的主要问题是对洄游性鱼类的保护和河道生态调度与修复。为此，电站业主需要投入数十亿美元的巨资进行技术改造，以减免对生态环境的负面影响。

经正常离心后得到的微粒体有部分为微粒体小囊泡，UGT酶的活性位点被封闭在其中，因此需要将其与适量的丙甲菌素混合，并通过在冰浴中孵育（15 min）来为内质网膜“打孔”，以释放肝微粒体中的UGT酶[14]。

(5）小结

①水电是美国上世纪前半叶的主要电能，早期的国家工业和经济发展为水电发展提供了契机。水电在西部经济大开发、在国家出现经济大萧条时期拉动国家经济建设、在二战期间为战略物资生产提供动力等方面起到了重要和不可替代的作用。

②美国的水能开发建设的高峰期在上世纪20～70年代，曾是世界水电开发利用第一强国，也是该时期的水电开发技术第一强国。

③上世纪后半叶，国家经济的快速发展需要有更多的电力提供支持和保障，一大批燃煤发电、核电、燃气发电站随着技术的不断进步得到了快速开发，其装机容量均超过了水电装机，成为当今美国电力的主体。但水电在调峰、黑色启动等方面发挥了其他能源形式所不具有的功能。

④美国的水电开发是该国水资源综合开发利用的形式之一，工程多具有防洪、发电、航运、供水、灌溉、生态环境保护等多种功能，水电只是工程开发效益的一种，其他的工程效益，包括社会效益是核电、燃煤发电和燃气发电所不具有的。

⑤在水电开发的同时就考虑到对生态环境的保护，如哥伦比亚河下游河段上的水利水电工程都建有过鱼设施，但是真正对环境生态保护的重视是在上世纪70年代以后。对过鱼效果的提高、结合生态调度的水电站运行方式的调整、与生态环境保护和修复有关的工作成为近30年来美国后水电时期的一项重要工作。

⑥美国水电今后的发展主要是建设一些具有调峰功能的抽水蓄能电站、在已建工程上扩机以增加装机容量和发电量，包括建设一些新工程。这些新装机容量虽然不能从整体上改变美国的电力结构，但在可再生能源的开发利用方面占有重要的地位。

2.挪威

(1）挪威水资源及开发利用概况

挪威王国位于斯堪的纳维亚半岛的西部，国土面积32.4万km2，人口470万。挪威水资源丰富，年平均降雨量1380mm，约4470亿m3，其中3710亿m3形成径流，主要分布于西部和中北部地区。2005年该国对水电资源进行了重新评估，总的理论蕴藏量为600000GWh/年，技术和经济可开发量为205100GWh/年，目前的开发度已经达到了60%。

挪威电力99.1%来自于水电，常规火电占0.5%，其他可再生能源占0.4%，是世界上以水电为主要能源的少数国家之一。到2007年底，全国水电装机容量29040MW，年发电量122000GWh，主要由336座水电站提供。挪威是世界上人均拥有电量最多的国家，上世纪80年代就达到了20000kWh/人年，此后虽有增加，但幅度不大，2005年人均拥有电量为25600kWh/人年，如图3。

北欧四国电网相连，根据年径流变化和季节变化进行电力互补，挪威年度平均进出口电量在10%左右，2006年向瑞典、芬兰和丹麦三国出口电量达9787GWh，从电网进口电量达8946GWh。

挪威的电量有1/3用于耗电工业，如炼铝业耗费13%的电力，居民及农业用电占1/3，其余的1/3用于服务和制造业。除了向其他斯堪的纳维亚国家出口电力外，通过炼铝也是能源出口的一种方式。

图3 挪威水电装机、年发电量及人均拥有量统计

(2）水电发展历程及未来趋势

挪威的水电发展始于19世纪末，规模开发是在第二次世界大战以后直至上世纪90年代中期，该国家的水电发展持一个比较稳定的增长趋势，50年里水电总装机容量由1946年的2200MW增加到1995年的27797MW，年平均增长6%。上世纪60年代为挪威水电开发高峰期，年增装机容量年平均增长超过10%，进入80年代增长速度逐渐减慢（3%～4%），90年代后期新增装机容量很少，趋于稳定。

在已有水电站装机容量中，1336MW为抽水蓄能机组的容量，2006年吸收电网电量为463GWh，未来还将计划开发1000MW的抽水蓄能装机容量。

挪威水电开发在上世纪末已进入饱和阶段，2007年在建工程只有2座，总装机容量为401MW，年发电量755GWh。另有总装机容量达859MW的水电站已获批准，以小水电为主。该国的小水电总的规模为22400GWh/年，目前已建成的701座小水电站总装机容量为1366MW，年发电量达6200GWh（占年度发电量的4.7%）。

近期水电的工作重点：一是，进一步开发抽水蓄能电站，改善电网的调节性能；二是，对已建工程进行更新改造，增加发电出力；三是，开发小水电。

未来的水电发展工作。2008年1月起，制订了一个新的支持可再生能源发展的计划，即从2001-2016年增加30000GWh的电能，用于提高能源效率和地区供热。

(3）小结

①水电为挪威经济发展提供了重要的电力。在北海油田发现之前，挪威除了水能资源丰富外，其他能源相对缺少，因此第二次世界大战以后，挪威的电力发展以水电为主，经过了近半个世纪的发展，为该国的工业发展提供了充足的电力，使其经济快速发展，人均拥有电量达到了世界第一，该国也成为欧洲经济发展强国。

②水电是挪威经济发展中不可替代的能源之一。上世纪70年代发现了北海油田，挪威成为主要的开发者之一，拥有深海平台技术和海底输油及陆地储油（气）技术，为此也带动了石油化工业的发展，但仍然改变不了挪威电力结构至今保持99%的水电比例，其最主要原因是该国有着丰富的水能资源，其次，水电是清洁可再生能源。

③挪威的水库大坝在提供电力外，还兼有防洪、供水等功能，后者是其他能源开发所不具有的功能和属性。

④进入后水电时代，挪威的水电工作向着开发抽水蓄能和小水电、对已建工程更新改造和加强大坝安全管理等方面发展，积极开发风能等其他可再生能源。尽管挪威目前的可再生能源比例还相对比较小（0.5%），但是在进入本世纪后得到了高度重视，发展的速度比较快。

⑤水电发展中对环境生态的保护越来越得到高度重视，国家颁布了水资源法，以法律的形式确保水资源开发中对环境生态的保护，这是国际趋势。

（未完待续）