水能基本知識

作者:[] 發(fā)布時間：2010-6-21

一、水能資源

人類開發(fā)利用水能資源的歷史源遠(yuǎn)流長。根據(jù)《中華人民共和國可再生能源法釋義》（全國人大常委會法工委編）對水能的定義是：風(fēng)和太陽的熱引起水的蒸發(fā)，水蒸氣形成了雨和雪，雨和雪的降落形成了河流和小溪，水的流動產(chǎn)生了能量，稱為水能。

當(dāng)代水能資源開發(fā)利用的主要內(nèi)容是水電能資源的開發(fā)利用，以致人們通常把水能資源（Water power resources）、水力資源（hydraulic power resources）、水電資源（hydroelectric power resources）作為同義詞 ，而實際上，水能資源包含著水熱能資源、水力能資源、水電能資源、海水能資源等廣泛的內(nèi)容。

（一）水熱能資源

水熱能資源也就是人們通常所知道的天然溫泉。在古代，人們已經(jīng)開始直接利用天然溫泉的水熱能資源，建造浴池，沐浴治病健身。現(xiàn)代人們也利用水熱能資源進(jìn)行發(fā)電、取暖。如冰島，該國2003年水電發(fā)電量為70.8億千瓦時，其中利用地?zé)幔此疅崮苜Y源）發(fā)電就達(dá)14.1億千瓦時，全國86%的居民已利用地?zé)幔ㄋ疅崮苜Y源）取暖。我國西藏地區(qū)已建成裝機(jī)2.5萬千瓦的羊八井電站，也是利用地?zé)幔ㄋ疅崮苜Y源）發(fā)電，據(jù)專家預(yù)測，我國近百米內(nèi)土壤每年可采集的低溫能量（以地下水為介質(zhì)）可達(dá)15000億千瓦。目前我國地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)3.53萬千瓦。

（二）水力能資源

水力能包括水的動能和勢能，中國古代已廣泛利用湍急的河流、跌水、瀑布的水力能資源，建造水車、水磨和水碓等機(jī)械，進(jìn)行提水灌溉、糧食加工、舂稻去殼。18世紀(jì)30年代，歐洲出現(xiàn)了集中開發(fā)利用水力資源的水力站，為面粉廠、棉紡廠和礦山開采等大型工業(yè)提供動力?，F(xiàn)代出現(xiàn)的用水輪機(jī)直接驅(qū)動離心水泵，產(chǎn)生離心力提水，進(jìn)行灌溉的水輪泵站，以及用水流產(chǎn)生水錘壓力，形成高水壓直接進(jìn)行提水灌溉的水錘泵站等，都是直接開發(fā)利用水的力能資源。

（三）水電能資源

19世紀(jì)80年代，當(dāng)電被發(fā)現(xiàn)后，根據(jù)電磁理論制造出發(fā)電機(jī)，建成把水力站的水力能轉(zhuǎn)化為電能的水力發(fā)電站，并輸送電能到用戶，使水電能資源開發(fā)利用進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時期。

現(xiàn)在我們所說的水電能資源通常稱為水能資源。在水能資源中，除河川水能資源外，海洋中還蘊(yùn)藏著巨大的潮汐、波浪、鹽差和溫差能量。據(jù)估計，全球海洋水能資源為760億千瓦，是陸地河川水能理論蘊(yùn)藏量的15倍多，其中潮汐能為30億千瓦，波浪能為30億千瓦，溫差能為400億千瓦，鹽差能為300億千瓦。當(dāng)前人類對海洋水能資源的利用只有對潮汐能的開發(fā)利用技術(shù)達(dá)到了可以大規(guī)模開發(fā)的實用性階段，其他的能源的開發(fā)利用，都還需進(jìn)一步研究，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性上取得突破性成果，達(dá)到實用的開發(fā)利用程度。我們通常所提到的開發(fā)利用海洋能，最主要是開發(fā)利用潮汐能。月球和太陽對地球海水面吸引力引起海水水位周期性的漲落現(xiàn)象，稱為海洋潮汐。海水漲落就形成了潮汐能。從原理上講，潮汐能是一種利用潮位漲落產(chǎn)生的機(jī)械能。

公元11世紀(jì)出現(xiàn)了潮汐磨坊，20世紀(jì)初，德國和法國開始建造小型潮汐電站。

據(jù)估算，全世界可開發(fā)利用的潮汐能為10億～11億千瓦，年發(fā)電量約12400億千瓦時。我國潮汐能可開發(fā)資源裝機(jī)容量為2158萬千瓦，年發(fā)電量為300億千瓦時。

目前世界上最大的潮汐電站是法國的朗斯潮汐電站，裝機(jī)容量為24萬千瓦。我國第一個潮汐電站量1958年建成的廣東雞州潮汐電站，裝機(jī)40千瓦。1985年建成的浙江江廈潮汐電站，總裝機(jī)容量3200千瓦，居世界第三位。

此外，在我國海洋中，波浪能蘊(yùn)藏量約1285萬千瓦，潮流能蘊(yùn)藏量約1394萬千瓦，鹽差能蘊(yùn)藏量約1.25億千瓦，溫差能約13.21億千瓦。綜上，我國海洋能總計約15億千瓦，超過陸地河川水能理論蘊(yùn)藏量6.94億千瓦1倍多，具有廣闊的開發(fā)利用前景?，F(xiàn)在，世界各國都大量投入，競相研究如何開發(fā)利用蘊(yùn)藏在海洋中的巨大能源的技術(shù)途徑。

二、水電能資源

水電能資源一般是指利用江河水流具有的勢能和動能下泄做功，推動水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電產(chǎn)生的電能。煤炭、石油、天然氣和核能發(fā)電，需要消耗不可再生的燃料資源，而水力發(fā)電，并不消耗水量資源，而是利用了江河流動所具有的能量。

（一）全球水電能資源

全世界江河的水能資源蘊(yùn)藏量總計為50.5億千瓦，年發(fā)電量可達(dá)44.28萬億千瓦時；技術(shù)可開發(fā)的水能資源為22.6億千瓦，年發(fā)電量可達(dá)9.8萬億千瓦時。

1878年法國建成世界上第一座水力發(fā)電站，裝機(jī)25千瓦。迄今為止，全世界水電裝機(jī)容量已超過7.6億千瓦，年發(fā)電量達(dá)3萬億千瓦時。

（二）我國水電能資源

我國是世界上水電能資源最豐富的國家之一。根據(jù)最新的水能資源普查結(jié)果，我國江河水能理論蘊(yùn)藏量6.94億千瓦、年理論發(fā)電量6.08萬億千瓦時，水能理論蘊(yùn)藏量居世界第一位；我國水能資源的技術(shù)可開發(fā)量為5.42 億千瓦、年發(fā)電量2.47萬億千瓦時，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量為4.02億千瓦、年發(fā)電量1.75萬億千瓦時，均名列世界第一。

1905年7月中國第一座水電站臺灣省龜山水電站建，裝機(jī)500千伏安。1912年，中國大陸第一座水力發(fā)電站云南昆明石龍壩水電站建成發(fā)電，裝機(jī)480千瓦。1949年，全國的水電裝機(jī)為16.3萬千瓦；至1999年底發(fā)展到7297萬千瓦，僅次于美國，居世界第二位；到2005年，全國的水電總裝機(jī)已達(dá)1.15億千瓦，居世界第一位，占可開發(fā)水電容量的14.4%，占全國電力工業(yè)總裝機(jī)容量的20%。

（三）水電能源的特性

水電能源是隨自然界的水文循環(huán)而重復(fù)再生的，可周而復(fù)始供人類持續(xù)利用。人們常用“取之不盡、用之不竭”來生動描述水電能源的可再生性。

水電能源在生產(chǎn)運行中，不消耗燃料，不排泄有害物質(zhì)，其管理運行費與發(fā)電成本以及對環(huán)境的影響遠(yuǎn)比火力發(fā)電低的多，是成本低廉的綠色能源。

水電能源調(diào)節(jié)性能好、啟動快，在電網(wǎng)運行中擔(dān)任調(diào)峰作用，快捷有效，在非常情況和事故情況下減少電網(wǎng)的供電損失，可確保供電安全。

水電能源與礦物質(zhì)能源同屬資源性一次能源，轉(zhuǎn)換為電能后稱為二次能源，水電能開發(fā)是一次能源開發(fā)和二次能源生產(chǎn)同時完成的能源，兼有一次能源建設(shè)與二次能源建設(shè)的雙重功能；不需要一次能源礦產(chǎn)開采，運輸、儲存過程的費用，大大降低了燃料成本。

水電開發(fā)修建水庫，會改變局部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，一方面需要淹沒部分土地，造成移民搬遷；另一方面，它可修復(fù)該地區(qū)的小氣候，形成新的水域生態(tài)環(huán)境，有利于生物生存，有利于人類進(jìn)行防洪、灌溉、旅游和發(fā)展航運。因此，在水電工程規(guī)劃中，統(tǒng)籌考慮，把對生態(tài)環(huán)境的不利影響減少到最低程度，水電開發(fā)是利大于弊。

正因為水電能源的優(yōu)點，現(xiàn)在世界各國都采取優(yōu)先開發(fā)水電的政策。如上世紀(jì)九十年代，巴西的水電占總裝機(jī)容量的93.2%，挪威、瑞士、新西蘭、加拿大等國水電比重都在50%以上。

1990年世界上部分國家水電發(fā)電量占可開發(fā)電量的比率：法國為74%、瑞士為72%、日本為66%、巴拉圭為61%、美國為55%、埃及為54%、加拿大為50%、巴西為17.3%、印度為11%，同期中國為6.6%。