水能

廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源；

狹義的水能資源指河流的水能資源。是常規能源，一次能源。狹義的水能是指河流水能。人們目前最易開發和利用的比較成熟的水能也是河流能源。.

水的落差在重力作用下形成動能，從河流或水庫等高位水源處向低位處引水，利用水的壓力或者流速衝擊水輪機，使之旋轉，從而將水能轉化為機械能，然後再由水輪機帶動發電機旋轉，切割磁力線產生交流電。

—而低處的水通過陽光照射，形成水蒸氣，循環到地球各處，從而恢復高位水源的水分佈。

水不僅可以直接被人類利用，它還是能量的載體。太陽能驅動地球上水循環，使之持續進行。地表水的流動是重要的一環，在落差大、流量大的地區，水能資源豐富。隨著礦物燃料的日漸減少，水能是非常重要且前景廣闊的替代資源。世界上水力發電還處於起步階段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水運動均可以用來發電。也有部分水能用於灌溉。

水能資源最顯著的特點是可再生、無污染。開發水能對江河的綜合治理和綜合利用具有積極作用，對促進國民經濟發展，改善能源消費結構，緩解由於消耗煤炭、石油資源所帶來的環境污染有重要意義，因此世界各國都把開發水能放在能源發展戰略的優先地位。

不利方面有：水能分佈受水文、氣候、地貌等自然條件的限制大。水容易受到污染，也容易被地形，氣候等多方面的因素所影響。

1、生態破壞：大壩以下水流侵蝕加劇，河流的變化及對動植物的影響等。不過，這些負面影響是可預見並減小的。如水庫效應。

2、需築壩移民等，基礎建設投資大，搬遷任務重。

3、降水季節變化大的地區，少雨季節發電量少甚至停發電。

4、下游肥沃的沖積土減少。

其優點是成本低、可連續再生、無污染。

1、水力是可以再生的能源，能年復一年地循環使用，而煤炭。石油、天然氣都是消耗性的能源，逐年開採，剩餘的越來越少，甚至完全枯竭。

2、水能用的是不花錢的燃料，發電成本低，積累多，投資回收快，大中型水電站一般3～5年就可收回全部投資。

3、水能沒有污染，是一種乾淨的能源。

4、水電站一般都有防洪啟溉、航運、養殖、美化環境、旅遊等綜合經濟效益。

5、水電投資跟火電投資差不多，施工工期也並不長，屬於短期近利工程。

6、操作、管理人員少，一般不到火電的三分之一人員就足夠了。

7、運營成本低，效率高。

8、可按需供電。

9、控制洪水泛濫。

10、提供灌溉用水。

11、改善河流航動。

12、有關工程同時改善該地區的交通、電力供供應和經濟，特別可以發展旅遊業及水產養殖。美國田納西河的綜合發展計劃，是首個大型的水利工程，帶動著整體的經濟發展。

世界上水能分佈也很不均。據統計，已查明可開發的水能，我國占第一位，以下為俄羅斯、巴西、美國、加拿大、扎伊爾。

世界上工業發達的國家，普遍重視水電的開發利用。有些發展中國家也大力開發水電，以加快經濟發展的速度。

世界上水能比較豐富，而煤、石油資源少的國家，如瑞士、瑞典，水電佔全國電力工業的60%以上。水、煤、石油資源都比較豐富的國家，如美國、俄羅斯、加拿大等國，一般也大力開發水電。美國、加拿大開發的水電已佔可開發水能的40%以上。水能少而煤炭資源豐富的國家，如德國、英國，對僅有的水能資源也盡量加以利用，開發程度很高，已開發的約佔可開發的80%。

水、煤、石油資源都很貧乏的國家，如法國、義大利等，開發利用程度更高，已超過90%。委內瑞拉盛產石油，水電比重也佔50%。由此可見，許多國家發展電力工業，都優先發展水電。

河川徑流蘊藏著一定的水能。現代的水能利用，主要是利用水能進行發電，也就是水力發電。水電站的產品是電能，出力和發電量是水電站的兩種重要的動能指標。確定水電站的出力和發電量這兩種動能指標的計算稱為水能計算。

在水電站建設和運行的不同的階段，水能計算的目的和任務是不同的。在規劃設計階段，主要是選定和水電站及其水庫的有關參數，比如水電站裝機容量、正常蓄水位、死水位等。在運行階段，不同的運行方式，水電站的出力及發電量不同，產生的效益不同。這個時候進行水能計算的目的主要是為了確定水電站在電力系統中的最有利運行方案。按照水流能量的有關因素，考慮能量轉化當中發生的損失，可以推出水能計算的基本公式：

N=9.81ηQ電H凈。

式中 N——水電站的出力，kW；

η——水電站的效率係數；

Q電——發電引用流量，m/s；

H凈——水電站凈水頭，m。

水電站保證出力及其計算

水電站利用水能來發電，因此它的工作受到河川徑流的制約。為了衡量水電站承擔發電任務的能力，引入保證出力這樣一個動能指標。

保證出力是指水電站相應於設計保證率的枯水時段的平均出力，可以簡寫為N保。

1）N保雖然是功率，但是它是時段的平均出力，因此，N保是表示水電站提供電能的能力的指標，而不表示提供瞬時出力的能力。

2）由於河川徑流具有隨機性，使得一定時期內水電站能夠提供的電能也是隨機的，並且相應於一定頻率。

N保相應於設計保證率。

3）N保實際上應當是水電站發電受限的時段的平均出力。在大多數情況下，水電站發電主要是受水量限制，所以說N保是相應於設計保證率的枯水時段的平均出力。

4）設計保證率是在多年工作期間，用水部門正常工作得到保證的概率。因為N保相應於設計保證率，所以，如果水電站的時段平均出力達到了N保，就屬於正常工作。換句話說，N保即為正常工作狀況下，最小的時段平均出力。

5）與水電站保證出力時段相應的發電量稱為水電站的保證電能。保證電能可以簡寫為E保，E保直接表示了水電站提供電量的能力。

開發利用水體蘊藏的能量的生產技術。天然河道或海洋內的水體，具有位能、壓能和動能三種機械能。水能利用主要是指對水體中位能部分的利用。水能開發利用的歷史也相當悠久。

早在2000多年前，在埃及、中國和印度已出現水車、水磨和水碓等利用水能於農業生產。18世紀30年代開始有新型水力站。隨著工業發展，18世紀末這種水力站發展成為大型工業的動力，用於麵粉廠、棉紡廠和礦石開採。但從水力站發展到水電站，是在19世紀末遠距離輸電技術發明后才蓬勃興起。

水能利用的另一種方式是通過水輪泵或水錘泵揚水。其原理是將較大流量和較低水頭形成的能量直接轉換成與之相當的較小流量和較高水頭的能量。雖然在轉換過程中會損失一部分能量，但在交通不便和缺少電力的偏遠山區進行農田灌溉、村鎮給水等，仍不失其應用價值。20世紀60年代起水輪泵在中國得到發展，也被一些發展中國家所採用。

水能利用是水資源綜合利用的一個重要組成部分。近代大規模的水能利用，往往涉及整條河流的綜合開發，或涉及全流域甚至幾個國家的能源結構及規劃等。它與國家的工農業生產和人民的生活水平提高息息相關。因此，需要在對地區的自然和社會經濟綜合研究基礎上，進行微觀和宏觀決策。前者包括電站的基本參數選擇和運行、調度設計等。後者包括河流綜合利用和梯級方案選擇、地區水能規劃、電力系統能源結構和電源選擇規劃等。實施水能利用需要應用到水文、測量、地質勘探，水能計算、水力機械和電氣工程、水工建築物和水利工程施工以及運行管理和環境保護等範圍廣泛的各種專業技術。

1、資源豐富，但分佈不均。中國水能資源西多東少，大部集中於西部和中部。在全國可能開發水能資源中，東部的華東、東北、華北三大區共僅佔6.8%，中南5地區佔15.5%，西北地區佔9.9%，西南地區佔67.8%，其中，除西藏外川、雲、貴三省佔全國的50.7% 。

2、我國水能資源極為豐富，理論蘊藏量為6.8億千瓦，其中可開發的約有3.8億千瓦，但分佈不均，主要分佈在西南、中南（長江三峽、西江中上游）、西北（黃河上游)地區。到1990年，全國僅開發利用了9.5%，尚未開發利用的占絕大部分。因此，我國開發水電的潛力很大。

3、大型電站比重大，且分佈集中。各省（區）單站裝機10兆瓦以上的大型水電站有203座，其裝機容量和年發電量佔總數的80%左右；而且，70%以上的大型電站集中分佈在西南四省。

4、資源的開發和研究程度較低。已開發資源約為15%左右。

5、中國氣候受季風影響，降水和徑流在年內分配不均，夏秋季4～5個月的徑流量佔全年的60～70%，冬季徑流量很少，因而水電站的季節性電能較多。為了有效利用水能資源和較好地滿足用電要求，最好建水庫調節徑流。

6、中國地少人多，建水庫往往受淹沒損失的限制，而在深山峽谷河流中建水庫，雖可減少淹沒損失，但需建高壩，工程較艱巨。

7、中國大部分河流，特別是中下游，往往有防洪、灌溉、航運、供水、水產、旅遊等綜合利用要求。在水能開發時需要全部規劃，使整個國民經濟得到最大的綜合經濟效益和社會效益。

1、水力資源總量較多，但開發利用率低，我國問題佔世界總量16.7%，居世界之首。但是目前我國水能開發利用量約佔可開發量的1/4，低於發達國達60%的平均水平。

2、水力資源分佈不均，與經濟發展不匹配，我國水力資源西部多，東部少，相對集中在西南地區，而經濟發達、能源需求大的東部地區水力資源極少。

3、大多數河流年內、年際流分佈不均，汛期和枯期差距大。

4、水力資源主要集中於大江大河，有利於集中開發和往外送。

1.環保友好型、和諧發展水電技術是未來水電利用技術的主力軍。

2.高新技術不斷提升水電工程的技術含量水電利用技術不斷創新，相應的標準、規範不斷完善。

3.流域、梯級、滾動、綜合的有序開發成為水電開發利用的重要趨勢。

4.抽水蓄能技術在未來水電中將大有作為。

5.在保護生態基礎上，科學規劃、有序開發、加強管理，促進小水電的健康發展。

針對中國水能利用的實際情況，專家建議：應制定水資源綜合利用規劃，實施流域綜合開發，建立健全流域水資源開發的決策機制，做到水能資源的合理開發、科學決策；堅持“開發中保護、保護中開發”的原則，高度重視環境保護，促進人與自然的協調發展；適當地吸納民間閑置資金來進行水電建設；加強國際間的交流與合作，引入國外資本，汲取先進的水電建設及管理經驗。在世界能源日益緊缺的大背景下，可以說，如何充分利用水能，同時更好地保護環境，實現可持續發展，已成為中國水電建設乃至能源戰略調整的必然選擇。