2021年全球水电发展现状与开发潜力分析

杨子儒，李诚康，周兴波

(水电水利规划设计总院，北京 100120)

水电是迄今为止最重要的可再生能源，提供了世界总电力的16%和所有可再生电力的45%，且其灵活性和储能性优良，如抽水蓄能电站可在平衡太阳能和风能的不均衡供应方面发挥关键调蓄作用。水电因其可产生大量低碳电力并且能够灵活调峰的特性，必将在世界能源清洁化发展中发挥重要作用。在全球2050年实现碳中和的目标下，世界需要增加260 000万kW的水电装机容量，才有可能将全球气温上升控制到1.5℃以下，这意味着需要在未来30年内建设与前100年相同的装机总量。

目前已有多位学者对全球水电开发潜力采用多种方法进行了预估。Guya等[1-2]通过GIS和水文建模技术评估水电潜力。Coskun等[3]通过水文遥感和GIS建模测量水力发电的潜力。Mosier等[4]通过水电潜力评估工具(HPAT)评估全球陆地区域的径流资源潜力。Lehner等[5]通过水资源模型和水文评估，评估未来世界水电的潜力。Olivier等[6]通过数据统计和水电分布分析微小型水电潜力。

近年来，国内众多学者[7-13]多对国内的水电发展进行了详细研究，如李锐等[14]系统分析了中国水电发展情况，但对全球水电发展现状、水电开发市场、最新水电发展潜力变化分析不足。本文将系统性地梳理全球北美洲、南美洲、非洲、欧洲、中亚和南亚、东亚及环太平洋地区的水电发展现状和市场动态，并结合全球水电发电需求、人均发电潜力，分析水电开发潜力和未来市场，为了解全球水电发展现状、分析全球水电开发及国际水电市场发展潜力提供参考。

1 全球水电发展现状

近年来，全球水电总装机容量保持快速增长势头。2016—2020年全球水电总装机容量由124 500万kW增长至133 000万kW，2019年新增水电装机仅1 700万kW，增幅为近5年最低[15-19]。随着各国疫情防控升级和经济复苏，水电行业复苏迹象正在出现，2020年新增水电装机量为2 200万kW。从各地区发展看，东亚和太平洋地区水电总装机容量以50 100万kW依旧是高居第一，欧洲水电总装机容量25 400万kW位居第二位，北美洲20 500万kW名列第三，其他地区水电总装机容量依次为南美洲17 700万kW、中南亚15 500万kW、非洲3 800万kW。2020年东亚和环太平洋地区新增水电装机容量最大，为1 446.6万kW，其次是欧洲新增水电装机容量为303.2万kW，南美洲新增水电装机容量最小，为47.6万kW。从国家角度看，2020年中国以最大水电装机容量37 020万kW和最大增长装机容量1 376万kW居于世界首位，第二名巴西水电总装机容量为10 930万kW，美国水电总装机容量10 200万kW，加拿大水电总装机8 200万kW，印度水电总装机容量5 050万kW，日本水电总装机容量4 990万kW，俄罗斯水电总装机容量4 990万kW。

1.1 北美洲

截至2020年，北美洲水电总装机容量20 500万kW，其中美国、加拿大、墨西哥、哥斯达黎加水电总装机容量(含抽水蓄能电站)分别为10 200万kW、8 200万kW、1 261.2万kW、233.1万kW，占北美洲水电总装机容量约97%，与2019年相比略有增长，北美洲各国水电发展情况见表1。2020年北美洲年发电量7 240亿kW·h，新增装机容量53.1万kW，其中加拿大新增27.5万kW，多米尼加共和国新增12.3万kW，洪都拉斯新增10.8万kW，美国新增2.4万kW。

表1 北美洲主要国家和地区水电发展情况

目前，美国的水电装机总容量(包括抽水蓄能)仍然保持在10 202.4万kW，美国水电行业和相关协会在保护河流开发水电能源方面达成共识协议，预估有5 000万kW的水电潜力待开发。为加拿大水电占总装机总量一半，但产生的电力约占年度发电总量的60%。2020年，加拿大魁北克政府批准了阿巴拉契斯-缅因州互连线项目，该项目每年将为美国提供约94.5亿kW·h的清洁水电，并计划未来3年在水电项目建设持续投入3.315亿美元，以达到2030年90%的电力生产零排放和2050年碳中和的目标。哥斯达黎加在2020年达到了100%可再生能源发电的目标，其中72%的发电来自水电，较2019年水电发电量增长了约6%。墨西哥在大于1 000万kW装机容量电站中有85%是30年前投入使用的，因此其水力发电维护改造潜力巨大。墨西哥政府已制定了升级现有18座水电站的计划，预计到2030年达到2 600万kW的水力发电能力，墨西哥未来水电市场发展前景广阔。洪都拉斯获得一笔来自美洲开发银行的1 800万美元贷款投资，用于对其境内最大的水电站莫拉桑水电站的升级改造项目。为了达到可再生能源替代燃料能源的目标，波多黎各、牙买加政府都制定了相应的水电、抽蓄电站项目建设的发展计划。

1.2 南美洲

截至2020年，南美洲水电总装机容量达到17 700万kW，水电总装机容量(包括抽水蓄能电站)排名为巴西10 927.1万kW、委内瑞拉1 539.3万kW、哥伦比亚1 194.1万kW、阿根廷1 134万kW、巴拉圭881万kW、智利694.5万kW，各国水电发展情况见表2。2020年，南美洲水电新增装机47.6万kW，其中巴西新增装机21.3万kW，智利新增装机20.5万kW，阿根廷新增3万kW，哥伦比亚新增2.4万kW，秘鲁新增0.235万kW。

表2 南美洲主要国家和地区水电发展情况

南美洲是水电需求和发展最快的地区之一，尽管由于新冠疫情导致2020年的能源需求有所降低，但是为了加快经济复苏，减少化石燃料依赖，水电仍旧是南美洲最好的选择。巴西此前正在经历长期干旱，由于巴西国家电力供应的60%以上来自水电，干旱直接导致巴西能源危机。巴西政府在拥有5.2万kW装机的巴塔勒哈水电站策划一个水光互补项目，其中光伏电站装机为3万kW。哥伦比亚的水力发电约占本国发电量的70%。哥伦比亚的地理特征在小型水电开发方面具有优势，2020年9月，装机容量19.9万kW的圣安德烈斯德库尔基亚水电站(San Andres de Cuerquia)正式运行，此外政府还公布了丽池I(Retiro I)、丽池II(Retiro II)和乔雷里塔斯(Chorreritas)3个水电站开发计划，其总装机容量约6万kW。秘鲁的可再生能源投资进一步扩大，在计划新增200万kW装机的项目中大部分是水电项目，投资成本总计超过22亿美元，其中包括2021年投产的8.4万kW的拉维尔根(La Virgen)水电项目，预计2022年后投产的电站有装机容量5.62万kW的图卢马尤Ⅳ(Tulumayo Ⅳ)、8.32万kW装机的图卢马尤V(Tulumayo V)、装机容量10.21万kW的安托鲁伊斯Ⅲ(Anto Ruiz Ⅲ)以及装机容量10.38万kW的安托鲁伊斯Ⅳ(Anto Ruiz Ⅳ)。此外还有在阿雷基帕(Arequipa)的Lluclla(28.8万kW)和瓦努科的Huallag I(39.2万kW)。

1.3 非洲

水电是非洲主要的可再生能源，截至2020年，非洲水电总装机容量3 800万kW，约占总电力份额的16%，实现低碳能源转型后预计到2040年将增加到23%。埃塞俄比亚总装机容量407.4万kW，安哥拉总装机容量383.6万kW，南非总装机容量359.6万kW，非洲主要国家水电发展情况见表3。2020年新增水电装机容量93.8万kW，其中安哥拉新增40.1万kW，埃塞俄比亚新增25.4万kW，几内亚新增22.5万kW。

表3 非洲主要国家水电发展情况

安哥拉政府将水电开发作为2025总体战略的重点，随着国内装机容量最大的劳卡(Lauca)水电站全部机组投产发电，安哥拉已经成为非洲第二大的水电生产国。几内亚取得中国“一带一路”倡议支持，苏阿皮蒂(Souapiti)水电站已于2020年11月投产发电，预计2021年底全部机组投产发电。埃塞俄比亚水电装机容量是非洲地区最多的，Genale-Dawa Ⅲ项目(25.4万kW)于2020年2月并入埃塞俄比亚电网，635万kW的复兴大坝项目于2020年7月完成水库第一阶段蓄水工作，预计将于2023年投产运行。乌干达政府计划到2030年将电力产能增加1倍以上，其中水电份额占近70%，60万kW的卡鲁玛(Karuma)水电项目于2021年已投产运行。尼日利亚制定了到2030年电网装机容量增加到3 200万kW，其中水电装机容量1 400万kW，正在筹建尼日利亚最大的305万kW曼比拉(Mambila)水电项目。摩洛哥可再生资源丰富，水电装机容量177万kW，预计到2030年总装机容量增加1 010万kW，正在建设有35万kW的阿卜杜勒穆门(Abdelmoumen)抽水蓄能电站和30万kW的伊法萨(Ifahsa)抽水蓄能项目。赞比亚截至2020年水电装机240万kW，正在建设一座75万kW的卡富埃峡谷下游水电项目，同时和津巴布韦共同建设240万kW巴托卡峡谷水电项目，该项目预计发电量超过100亿kW·h。

1.4 欧洲

水电是欧洲可再生能源的主要来源，截至2020年，欧洲水电总装机容量达到25 400万kW，占总发电量的13%，其中挪威、土耳其、法国、意大利、西班牙水电总装机容量(包括抽水蓄能电站)分别为3 299.5万kW、3 098.4万kW、2 550.8万kW、2 259.3万kW、2 040.9万kW。2020年新增水电装机容量303.2万kW，主要有土耳其新增248.1万kW、挪威新增32.4万kW、阿尔巴尼亚新增19.7万kW、塞尔维亚新增2.5万kW、芬兰新增0.6万kW，欧洲主要国家水电发展情况见表4。

表4 欧洲主要国家水电发展情况

2020年，欧盟可再生能源的总发电量首次超过化石燃料，水力发电总量比2019年增加了4%，主要来自北欧和伊比利亚的发电量增加。挪威是世界水电比重最高的国家，在欧洲国家中水电装机容量最多，近几年通过Nedre Otta (7.8万kW)、Leikanger(7.7万kW)和Østerbo(4.8万kW)等中小规模开发继续增加其水电装机容量。2020年，土耳其的水电装机容量增加了248.1万kW，增长了近10%，投产了122.4万kW的伊利苏(Ilisu)水电站、42.9万kW的切廷(Cetin)水电站、12万kW的阿尔帕斯兰二期(Alpaslan Ⅱ)水电站和50万kW的下卡莱克(Lower Kaleköy)水电站。法国的9.7万kW罗曼什-加韦(Romanche-Gavet)项目投产作为之前罗曼什河沿岸运营的6座水电站和5座水坝的代替品，大大减少了周边地区的环境和社会影响。葡萄牙的Tmega河上新建Gouvães、 Daivões和Alto Tmega水电站，该河上将增加115.8万kW电力装机，包括88万kW的Gouvães抽水蓄能电站。阿尔巴尼亚2020年新建成投产一座莫格利采(Moglice)水电站，位于德沃尔河上，装机容量为19.7万kW。

1.5 中亚和南亚

中亚和南亚地区水电资源分布不均，大部分水电潜力仍未开发，电力基础设施建设是中南亚国家当前的重要任务之一。截至2020年，中亚和南亚国家水电总装机容量达15 400万kW，印度和俄罗斯水电装机容量均在5 000万kW左右，伊朗水电装机容量1 216.9万kW，巴基斯坦近年来的水电开发逐见成效，已经接近1 000万kW，中亚和南亚国家水电发展情况见表5。2020年，中亚和南亚水电新增装机160.9万kW，其中印度新增47.9万kW，俄罗斯新增38万kW，以色列新增30万kW，格鲁吉亚新增17.9万kW，巴基斯坦新增10.2万kW。

表5 中亚和南亚国家水电发展情况

2020年，中亚和南亚国家有超过160万kW的水电容量投入运行，主要来自印度、俄罗斯、以色列、格鲁吉亚和巴基斯坦的新增产能。印度启动了30万kW卡蒙(Kameng)、288万kW迪邦(Dibang)、50万kW菩提伽耶(Bodhghat)、16.3万kW阿提拉皮利(Athirappilly)、2.4万kW北科尔(North Koel)、24万kW库特尔(Kutehr)等水电项目。俄罗斯水力资源十分丰富，2020年投产了34.6万kW萨拉马格卡亚一期(Zaramagskaya I)、1万kW上巴尔卡尔斯卡亚(Verkhnebalkarskaya)、0.56万kW乌斯季-杰古金斯卡娅(Ust-Dzhegutinskaya)和扩建增加2.29万kW伊尔库茨克(Irkutsk)水电项目。乌兹别克斯坦有着75%以上的潜在水电容量未开发，因此制定了到2030年将水力发电量增加一倍的国家能源战略，2020年，乌兹别克尼德罗能源公司新建和改造投产了6个水电站，总装机容量7.14万kW，可发电量541亿kW·h。巴基斯坦2020年投产了庞奇河附近的10.2万kW古尔普尔(Gulpur)水电站，同时获得了亚洲开发银行3亿美元贷款用于昆哈尔河上一座30万kW水电站的建设。尼泊尔约有88%的潜在水电资料待开发，2020年，因受新冠疫情影响有3座水电站投产时间推迟，但也有2座装机容量7.4万kW的水电项目投产。不丹近年来着重落实国家能源政策，计划到2030年达到500万kW水电装机容量，目前正在与印度政府谋划建设60万kW的孔隆楚(Kholongchhu)项目，是不丹东部地区首个水电合资项目。格鲁吉亚一直在可持续能源发展方面致力建设，2020年新增17.8万kW水电装机容量。

1.6 东亚及环太平洋地区

截至2020年，东亚和环太平洋地区水电总装机容量50 149万kW，占全球总装机容量的37.7%，主要归功于中国贡献了其中的27.8%。2020年，东亚和环太平洋地区新增装机容量1 446.6万kW，其中中国新增水电装机容量1 376万kW，占东亚和环太平洋地区的95.1%；印度尼西亚新增23.6万kW，老挝新增17.6万kW，日本新增11.1万kW，马来西亚新增10.1万kW，东亚和环太平洋国家水电发展情况见表6。

表6 东亚和环太平洋国家和地区水电发展情况

中国作为全球水电装机容量最大的国家，2020年水电年发电量13 552亿kW·h，占总发电量的31%，中国致力于绿色可持续能源开发，并宣布计划于2025年实现煤炭消费峰值，于2060年实现碳中和；2020年新增了绩溪抽水蓄能电站最后4台机组投产发电，2021年6月16日，乌东德水电站12台机组全部投产发电，总装机容量1 020万kW，是中国第四、世界第七大水电站。同时，国家能源局印发《2021年能源工作指导意见》开展了全国新一轮抽水蓄能中长期规划，加快长龙山、荒沟等抽水蓄能电站建成投产。东盟区域政府提出到2025年实现23%可再生能源计划，旨在促进区域互联和经济发展。老挝继续推出到2030年出口2 000万kW的计划，并宣布了72.8万kW的Phou Ngoy项目。马来西亚将大型水电作为其可再生能源发展的一部分，加大了这方面的投入，正在建设128.5万kW的Baleh项目，沙捞越州正在筹建Limbang 2(13万kW)、Belaga(16万kW)、Linau(18.2万kW)、Trusan 2(24万kW)、Baram 3(30万kW)、Pelagus(46.5万kW)以及 Kota 2(1.2 万kW)项目。泰国政府决定能源转型，计划到2030年将煤炭产能份额减少至5%，已建成投产Klong Tron项目，正在建设1.4万kW的Pha Chuk项目。菲律宾截至2020年水电装机容量438.5万kW，为促进可再生能源发展，政府暂停新建燃煤电厂，并放开了外资和私人对水电等项目的投入。巴布亚新几内亚水电市场开发前景广阔，正在建设的18万kW的Ramu 2水电项目，是该国最大的能源基础设施投资。澳大利亚加强绿色能源开发，截至2020年水电装机容量879万kW，塔斯马尼亚州政府宣布到2040年实现200%可再生能源目标，并与澳大利亚联邦政府签署了双边减排和能源减排协议。

2 全球水电开发潜力分析

由于地理环境和气候环境的影响，全球水能资源分布很不均匀。从技术可开发量分布看，亚洲占比为50%，南美洲18%，北美洲14%，非洲9%、欧洲8%和大洋洲1%。全球水电开发潜力理论分布情况如图1所示[20]。依据各类研究估算，全球水电理论蕴藏量为(36～128)万亿kW·h/a，技术可开发量为(8～26)万亿kW·h/a，经济可开发量(8～21)万亿kW·h/a。

图1 全球水电开发潜力理论分布

预计到2030年，全球累计水电装机容量将从2020年的约13.3亿kW扩大到略高于15.55亿kW，增幅为17%约2.3亿kW。由上述及图1可知，北美洲西北部与南部、南美洲西北部与西南部、非洲的中南部、欧洲的南部、东南亚及太平洋地区水电资源较丰富。亚洲的水电发展潜力占全球的48%，根据水电开发潜力与国家人口关系，发现尼泊尔、缅甸和加蓬等国家人均水电潜力较高但发电量较低，因此这些国家的水电市场有较大潜力。

人均水电开发潜力是一个可以反映一个国家当前水电开发现状和水电潜力的重要参数，一个国家人均水电开发潜力较低的原因一般有3个，一是地势较平坦，例如荷兰；二是气候干旱水量少，如沙特阿拉伯；三是人口众多，例如孟加拉国、德国、日本等。人均水电开发潜力世界前20位国家分别为不丹(31.9万kW·h/a)、冰岛(27.5万kW·h/a)、巴布亚新几内亚(15.8万kW·h/a)、圭亚那(13.8万kW·h/a)、加蓬(10.7万kW·h/a)、苏里南(10.2万kW·h/a)、加拿大(8.9万kW·h/a)、玻利维亚(8.0万kW·h/a)、新西兰(6.2万kW·h/a)、刚果(5.5万kW·h/a)、挪威(5.1万kW·h/a)、老挝(5.0万kW·h/a)、黑山(4.6万kW·h/a)、秘鲁(3.9万kW·h/a)、赤道几内亚(3.8万kW·h/a)、哥伦比亚(3.5万kW·h/a)、赞比亚(3.1万kW·h/a)、伯利兹(3.1万kW·h/a)、尼泊尔(2.9万kW·h/a)、智利(2.8万kW·h/a)。水电潜力较大的俄罗斯、巴西、美国、中国的人均水电开发潜力分别为2.4万kW·h/a、1.8万kW·h/a、0.8万kW·h/a、0.5万kW·h/a，分居于世界第27位、第37位、第62位、第74位。玻利维亚、赞比亚、尼泊尔、缅甸和加蓬等几个电力短缺频繁的国家人均水电潜力很大，所以可以增加水电装机容量，大力开发水电。同时，在全球碳中和以及能源短缺的双重作用下，人均水电开发潜力较大的国家，尽管在目前认为是经济发展较慢的地区，未来也可能进一步扩大水电开发与生产。

3 结 语

水电作为最重要、应用最广泛的可再生能源约占全球总发电量的17%。水电仍有大约三分之二的经济可行潜力有待开发，在拉丁美洲、中非、印度和中国未开发的水利资源仍然很丰富。

截至2020年，全球水电累计装机容量达133 010.6万kW，与2019年相比增长1.6%，包括抽水蓄能电站装机容量为15 949.4万kW，全年发电量为43 700亿kW·h，与2019年同比增长1.1%。2020年新增水电装机容量2 200万kW。中国以1 376万kW位列2020年新增水电装机容量最多的国家，土耳其以新增248万kW位列第二，印度新增47.8万kW，安哥拉新增40.1万kW。根据水力资源分布以及人均水电发展潜力情况看，非洲中部、南亚及东南亚、拉丁美洲地区、美洲西北部地区未来水电开发潜力较大，不丹、冰岛、玻利维亚、刚果、挪威、老挝、缅甸等国水电市场前景广阔。

随着国际社会对保障能源安全、保护生态环境、应对气候变化等问题日益重视，能源绿色低碳发展已成为世界各国普遍共识，清洁能源开发利用也成为实现经济社会和能源可持续发展的重要选择。全球为了应对气候变暖问题，IEA的目标是要水电装机容量在未来30年的时间要增长1倍，作为最重要的清洁可靠的可再生能源，水电发展必然会成为世界各国政府未来能源发展的重点方向。由于抽水蓄能电站调峰储能以及在水、风、光多能互补中的重要作用，抽水蓄能电站具有良好市场前景。伴随着信息技术、卫星技术、民航无人机技术、5G通信技术、云计算、虚拟现实技术的进步，水电站和电厂的勘测设计、施工建设和运行维护等方面也伴随着技术革新升级。此外，全球超长运行的水电大坝也逐年增多，加上全球极端气候和自然灾害发生频率也逐年上升，水电站和水库大坝的安全管理与风险防控是全球各界关注的问题，政府和企业将投入更多资源到相关领域以探索更好地解决办法。同时，世界范围内越来越多的超长运行电站有更新重建现代化新型水电的需求。