美國(guó)水電產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述

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戰(zhàn)略與規(guī)劃

美國(guó)水電產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述

摘要：綜合介紹了美國(guó)的水電產(chǎn)業(yè)活動(dòng)，重點(diǎn)研究了該國(guó)水電站的裝機(jī)容量與所有制狀況、水電裝機(jī)增長(zhǎng)及發(fā)電總量發(fā)展趨勢(shì)、水電產(chǎn)業(yè)的分布及其所創(chuàng)造的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。從裝機(jī)容量上看，公共部門(mén)占主導(dǎo)地位，但私營(yíng)部門(mén)擁有的水電站在數(shù)量上更多；水電裝機(jī)呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，目前的水電建設(shè)以小型水電項(xiàng)目為主，抽水蓄能電站具有較大開(kāi)發(fā)潛力；水電產(chǎn)業(yè)促進(jìn)了就業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。結(jié)果表明，水電在美國(guó)的電力系統(tǒng)中占有重要地位，并仍將是重要的可再生能源。

關(guān)鍵詞：水電資源開(kāi)發(fā)規(guī)劃；小型水電項(xiàng)目；水電站裝機(jī)容量；美國(guó)

美國(guó)能源部(DOE)最近公布了一份報(bào)告，對(duì)本國(guó)的水電資產(chǎn)組合進(jìn)行了評(píng)估，并預(yù)測(cè)了未來(lái)水電行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。報(bào)告指出，雖然關(guān)于抽水蓄能電站潛能和河流系統(tǒng)的研究一直在進(jìn)行，但目前的水電建設(shè)仍然以小型水電項(xiàng)目、水電項(xiàng)目的維修及升級(jí)為主。

鑒于美國(guó)目前的水電資產(chǎn)組合和未來(lái)項(xiàng)目中均缺乏系統(tǒng)的文件資料，DOE首次在其系列報(bào)告中推出了《2014年水電市場(chǎng)報(bào)告》，并稱(chēng)該報(bào)告“填補(bǔ)了空白”，為所有水電站維護(hù)和水電潛能開(kāi)發(fā)的參與者提供了參照標(biāo)準(zhǔn)。

報(bào)告指出，盡管水電是最古老的電力來(lái)源之一，且一直處于發(fā)展和擴(kuò)張之中，仍然有很多人沒(méi)有注意到現(xiàn)有的水電基礎(chǔ)設(shè)施，因?yàn)槿藗兏雨P(guān)注新型的、身邊顯而易見(jiàn)的、可再生能源，如風(fēng)電。

該報(bào)告由橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)負(fù)責(zé)，該實(shí)驗(yàn)室屬于國(guó)家研究機(jī)構(gòu)，位于美國(guó)田納西州。報(bào)告稱(chēng)，水電依然在美國(guó)的電力系統(tǒng)中占有重要位置。經(jīng)歷了一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展進(jìn)程，美國(guó)現(xiàn)有的水電資產(chǎn)，根據(jù)規(guī)模和型式可劃分為多種類(lèi)型，且許多項(xiàng)目都具有多種功能。

1水電站裝機(jī)容量與所有制

水電(抽水蓄能電站除外)約占美國(guó)總裝機(jī)容量的7%，即 80 GW。水電裝機(jī)容量排在前五位的分別是華盛頓州、加利福尼亞州、俄勒岡州、紐約州和阿拉巴馬州。公共部門(mén)所有的水電站幾乎占了總裝機(jī)容量的75%，因?yàn)樵擃?lèi)水電站傾向于采用較大的設(shè)施、大型水壩以及土建工程基礎(chǔ)設(shè)施。

在公共部門(mén)所有的水電站中，60%以上屬于聯(lián)邦政府設(shè)施，且大部分由美國(guó)陸軍工程師團(tuán)(USACE)和美國(guó)墾務(wù)局(USBR)管理。其中，USACE負(fù)責(zé)21 GW的裝機(jī)容量，USBR負(fù)責(zé)14.2 GW，聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)田納西河流域管理局(TVA)負(fù)責(zé)3.6 GW。其他公有水電站分別由公共事業(yè)機(jī)構(gòu)(12.8 GW)和州政府機(jī)構(gòu)(5 GW)運(yùn)營(yíng)。合營(yíng)機(jī)構(gòu)所有的裝機(jī)容量略大于1.1 GW。

私營(yíng)部門(mén)所有的水電資產(chǎn)占比25%。目前，私營(yíng)水電站主要由私人投資機(jī)構(gòu)所有，裝機(jī)容量為15.2 GW。其他還有電力批發(fā)市場(chǎng)(4.2 GW)和非公共事業(yè)機(jī)構(gòu)(1.8 GW)等主要私營(yíng)部門(mén)。

到目前為止，私營(yíng)部門(mén)的水電裝機(jī)容量較小，而其在聯(lián)邦政府設(shè)施中占有的裝機(jī)容量尤其小，但其擁有的水電站數(shù)量卻最多(占總數(shù)的62%)。私營(yíng)部門(mén)中，非公共事業(yè)機(jī)構(gòu)擁有水電站552 座，私人投資機(jī)構(gòu)擁有水電站486座。公共部門(mén)中，公共事業(yè)機(jī)構(gòu)擁有水電站516座，是公有水電站的主要所有者。

2水電裝機(jī)增長(zhǎng)與發(fā)電總量發(fā)展趨勢(shì)

美國(guó)的水電裝機(jī)呈穩(wěn)定但緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，2002年約為76.5 GW，到2014年接近80 GW，過(guò)去12 a,增長(zhǎng)不到3.5 GW。盡管這一增長(zhǎng)量顯而易見(jiàn)，但與亞州、非洲和拉丁美洲的水電開(kāi)發(fā)規(guī)模、數(shù)量和速率相比，美國(guó)的裝機(jī)增長(zhǎng)量卻顯得非常小。當(dāng)然，能源部的報(bào)告中并未包含裝機(jī)小于1 MW的水電站。

由于大部分可利用的壩址已被使用，可以認(rèn)為美國(guó)的水電行業(yè)已進(jìn)入成熟期。因此，人們近期更多地將目光轉(zhuǎn)向了小水電開(kāi)發(fā)，這些項(xiàng)目集腋成裘，將合理增加美國(guó)的水電資產(chǎn)。在大型水電工程中，抽水蓄能電站則是主要的研究對(duì)象。

雖然水電裝機(jī)在逐步增長(zhǎng)，但水電站出力卻不穩(wěn)定，而且近年來(lái)水文環(huán)境也愈加脆弱。2002年，水力發(fā)電總量接近265 TW·h，盡管發(fā)電總量上下波動(dòng)，到2007年，發(fā)電量只是略高于245 TW·h。在4 a內(nèi)，發(fā)電總量先上升至320 TW·h/a，隨后卻降至270 TW·h/a以下。

報(bào)告指出，研究期的最近3 a(2011～2014年)，年均水力發(fā)電總量(不包括抽水蓄能電站)約占該國(guó)年均發(fā)電總量的7.1%。

2005～2013年期間，水電裝機(jī)凈增長(zhǎng)1.5 GW，其中包括通過(guò)電站的翻修和升級(jí)所增加的裝機(jī)容量。最近10 a 投入了約60億美元用于增加裝機(jī)容量。增加的容量中，大部分(超過(guò)580 MW)已并入太平洋西北地區(qū)電網(wǎng)。

大多數(shù)新建及正在開(kāi)發(fā)籌備中的工程，都屬于在現(xiàn)有的非發(fā)電用大壩、灌渠和輸水管道基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的小型工程。報(bào)告指出，盡管不同的方案可選用，但中型工程的規(guī)模小于10 MW。

一些在聯(lián)邦政府設(shè)施(分別由USACE和USBR管理)上開(kāi)發(fā)的小型工程已經(jīng)由非聯(lián)邦機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)者建造完成，更多項(xiàng)目正在規(guī)劃之中，其中大部分在美國(guó)西部地區(qū)進(jìn)行。

除上述舉措外，能源部還支持小型、環(huán)保及流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的研發(fā)，以開(kāi)發(fā)河流及水道工程。目前這些河流及水道沒(méi)有也不需要大量的土建工程基礎(chǔ)設(shè)施。在太平洋西北地區(qū)和阿拉斯加州，水電開(kāi)發(fā)還是一片空白，此前這些地區(qū)的河流上還從未修建過(guò)水電工程。

DOE指出，近幾年，美國(guó)對(duì)于許多小型工程的許可和準(zhǔn)入制度已經(jīng)進(jìn)行了變革，這樣做可降低成本、節(jié)省時(shí)間，并可能引起更多私營(yíng)或公共機(jī)構(gòu)的投資興趣。然而，即使是微型項(xiàng)目要通過(guò)審批流程也并非易事。最近擬建的靠近科羅拉多州柯林斯堡的小型項(xiàng)目索爾哲(Soldier)峽谷輸水管道配套工程，不得不向美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)投訴，就一些規(guī)則的解釋進(jìn)行重新聽(tīng)證。最后，該工程勝訴。

總的來(lái)說(shuō)，約有77 GW的水電資源可待開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行工程可行性研究。另外，抽水蓄能電站正迅速增加。與現(xiàn)有大壩或河流上修建的工程不同，作為水電領(lǐng)域的一個(gè)分支，抽水蓄能電站因需要新建大量的基礎(chǔ)設(shè)施，一般規(guī)模較大。許多規(guī)劃的抽水蓄能電站方案涉及大量的隧道工程和壩工建設(shè)。修建該類(lèi)電站的動(dòng)機(jī)來(lái)自于對(duì)增加能源儲(chǔ)備和支持輸電網(wǎng)快速響應(yīng)(如調(diào)峰、調(diào)頻等)的需要。

截至2014年底，有331個(gè)水電項(xiàng)目正在考慮之中，大多考慮建在非發(fā)電用壩、輸水管道上，或建在某河段內(nèi)。

其他水電活動(dòng)密集的領(lǐng)域包括現(xiàn)有建筑物的翻新和維修，如壩體和溢洪道。近期竣工的科羅拉多州米尼多卡(Minidoka)壩(由USBR管轄)溢洪道工程就是其中之一。

3水電產(chǎn)業(yè)

該報(bào)告指出，美國(guó)水電產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了超過(guò)55 000個(gè)直接就業(yè)機(jī)會(huì)，在38個(gè)州均有水電供應(yīng)鏈企業(yè)。除了土建工程承建商和咨詢(xún)公司之外，美國(guó)有超過(guò)170家公司擁有制造設(shè)施，生產(chǎn)重要的機(jī)電設(shè)備，如水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、壓力鋼管、水閘和閥門(mén)等。

水電產(chǎn)業(yè)分布在各類(lèi)工程中，既涵蓋現(xiàn)有工程(通常是大型工程)的翻修和升級(jí)，也包括對(duì)新建小型項(xiàng)目提供產(chǎn)品和服務(wù)。雖然很多產(chǎn)業(yè)需求是由于廠(chǎng)房和基礎(chǔ)設(shè)施老化，因而需要提升效率和性能，但更重要的是為了緩解或使對(duì)環(huán)境(包括漁業(yè))的影響降至最低。在某些情況下，還存在大壩停運(yùn)或拆除的壓力。

在未來(lái)新建的大型工程中，地下工程和主電站廠(chǎng)房建設(shè)是其重要構(gòu)成，但最大的可能性來(lái)自于修建抽水蓄能電站。

該報(bào)告總結(jié)到，通過(guò)現(xiàn)有水電資產(chǎn)的優(yōu)化和升級(jí)，水電仍將是靈活性強(qiáng)、成本低、無(wú)碳、可再生的重要能源。

(杜曉宜陳紫薇編譯)

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV212

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-0081(2016)03-0001-02

收稿日期：2015-11-30