美國水電近況及其發展

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戰略與規劃

美國水電近況及其發展

摘要：從幾個不同的方面對美國水電行業的發展狀況作了一般性介紹。這幾個方面分別是：水電資產的分布狀況、需要實施改造的3類主要工程、水電設施制造業現狀及美國的貿易對象與貿易規模的轉變、未來水電的發展目標、拓展水電范圍和利益相關主題、美國水電應對措施、續簽諒解備忘錄、與其他一些團體和利益相關者等合作達成的一致目標、用于開發新水電工程的研發資金，以及為了促進水電波能實施技術創新而設立的“波能轉換器獎”等。

關鍵詞：水電發電工程；水電設施；制造業現狀；美國

1概述

最近，美國能源部(DOE)對美國的水電行業作了一個最全面的描述。為了了解這個已建立了100多年的水電行業的復雜性及其未來的發展趨勢，并進一步地利用好77 GW尚待開發利用的水電資源，2015年4月，DOE首次發布了水電市場報告(Hydropower Market Report),這也是美國水電行業最全面的報告之一。

美國能源效率與可再生能源辦公室(Energy Efficiency and Renewable Energy)部長助理大衛·丹尼爾森稱，這份報告概述了美國水電“艦隊”的多樣性，表明了水電“艦隊”對美國清潔能源結構的巨大貢獻，同時也指明了未來的發展前景。同時表示，隨著工業的不斷擴張和持續性的投資，水電仍然是美國成本效益好、可靠性強的再生能源之一，為促進美國清潔可再生能源的供應提供了一個重要的基地。

這份報告提供了原來難以獲得的信息和分析資料。美國水電協會執行理事琳達·丘奇·喬齊對此表示贊賞，認為這份報告強調了水電在美國可再生能源供給增長的行政目標中扮演了一個非常重要的角色。同時他還認為，這份報告也證明了美國水電行業一直在致力于減小環境污染。

2水電“艦隊”

人們擔憂系統文檔中有關國家最大的可再生能源方面的電力資源的資料會缺失，其內容包括每年削減約2億t的碳排放量，然而能源部正試圖扭轉這一局面。在其報告中指出：有關國家水電行業的分布、特征及其發展趨勢的重要數據和資料，均由美國橡樹嶺國家實驗室收集準備，并提供給相關行業、決策者和其他一些利益相關者。

經歷了一個世紀的發展，美國水電行業資產具有多樣化(按照位置、規模、所有權和運行模式)的特性。報告中也提到，美國現有2 198座運行的電站，總裝機容量為79.64 GW。其中有一半的裝機容量位于華盛頓州、加利福尼亞州和俄勒岡州。西北部地區的裝機容量最大，東南部地區發電設備的數量名列第一。大部分裝機容量來自建于1930~1970年的大型工程。

聯邦機構，比如美國陸軍工程師團、墾務局和田納西河流域管理局擁有176座電站，其裝機容量大約占總裝機容量的49%。公用事業實體、州級政府和電力合營機構擁有24%的裝機容量，其余的則為私營企業所擁有。有超過84%的水電站創造了一種或多種附加效益(如休閑娛樂、防洪、灌溉、航運或供水)。

市場狀態分析結果表明，與歷史發展狀態形成鮮明對比的是，在過去的10 a,水電行業的發展速度已經減緩。20世紀70，80年代，美國水電行業市場和相關立法發生了改變，宣告了“大壩修建”熱潮的終結，在此之前，已經修建了一大批大型水電項目。然而，80年代，“大壩熱潮”仍未徹底減退，全美修建了600多座小型水電站。從此以后，美國的水電工程開發開始走下坡路。

在過去的10 a，美國放緩了水電行業的發展速度。由于工程規模縮小或老水電站退役而損失了近432 MW的裝機容量。為使其能夠持續增長，水電站業主正在試圖對現有資產實施優化和升級改造。2005~2013年，增加的 1.5 GW裝機容量中，86%來自于對現有水電站水輪發電機組實施的升級和更新改造。從經濟角度來看，自2005年起，有6億美元投資于水電站的翻修、更換和升級改造。2005~2013年，在100多項所建的水電工程中，除4個項目外，其他都依托原有的水電設施進行了改造。

裝機容量的增長主要來源于以下3類工程：

(1) 對現有設施，增加其機組數量。

(2) 對一些非發電用大壩和輸水管道工程，增加了發電功能。

(3) 在一些環境影響較小的新河段進行了水電開發。

非發電用大壩的開發項目、輸水管道以及一些新的大型抽水蓄能電站，將作為主要的項目進行開發。自2014年12月起，已有331項工程(裝機容量為4.37 GW)正在規劃中，有407 MW的裝機規模處于建設中，另外還有263 MW的裝機規模已經獲得了批準。

大部分抽水蓄能電站建于1960~1990年期間，其中由聯邦能源管理委員會(FERC)開發的有51座(裝機容量為39 GW)。迄今為止，美國42座抽水蓄能電站裝機達到了21.6 GW，其中包括97%的美國公用事業規模的電力儲備。

3水電設備制造

美國水電產業為55 000個就業者創造了直接就業機會。超過172家公司在35個州擁有自己的生產設施，要么是緊鄰水電裝機容量較大的地區，或是方便通過水路運輸終端產品的地區，這些終端產品可以是一種或者是多種水電設備或部件(比如水輪機、發電機、變壓器、壓力鋼管、閘門和水閥)。

自1996年以來，福伊特公司占據了美國水輪機裝機容量的主要市場份額。1996~2011年間，新設施或升級改造工程提供的9 455 MW裝機容量中，福伊特公司制造的水輪發電機總裝機容量為5 389 MW，其中包括對聯邦所屬的水電設施，即62臺水輪發電機組(裝機容量為2 683 MW)實施的更新和升級改造。阿爾斯通公司在美國水輪機設備生產市場占據第二大份額(提供的裝機容量為1 991 MW)。

在過去的15 a，美國與其他一些國家間在水輪機貿易的方向性和規模方面已經發生了改變。最近3 a，有超過50%的貿易是與北美地區的進、出口相關，占有相當大的比重(與20世紀90年代末相比)。

1996~2014年間，中國和其他一些亞洲國家發生了從向美國凈進口水輪機，到向美國凈出口水輪機及其水輪機部件貿易方向的轉變。

4應對措施及其他技術

對于制定水電改革方案，DOE下屬的能源效率與可再生能源辦公室給予了大力支持。

4.1續簽諒解各忘錄

2015年4月，DOE、美國內政部和美國陸軍下屬的土建工程部和與其合作的伙伴續簽了5 a的合作協議，以促進其水電開發。為了續簽該協議，這些機構制定了詳細、宏觀的水電開發議程，并在2010年，簽訂了有關水電合作方面的諒解備忘錄。

通過與其他一些聯邦機構、水電企業、研究團體以及利益相關者的長期協作和合作，這些機構已經達成了一致目標。

(1) 為了增加現有水電站的發電量，提高今后新建水電系統的產能，必須改進水流的測量技術，提高測量精度，降低檢測成本。

(2) 對新型超導發電技術開展評估，因為這種技術的應用，可以大大縮小新建水電工程發電機的尺寸并減輕其重量，從而降低現有設施的成本、增加發電機的出力。

(3) 進一步開發環保型、成本低的水電技術，并對其進行論證和推廣，可將該項技術運用于非發電水電站和輸水管道的建設，從而使美國的水力發電量超過17 500 GW·h/a(相當于每年150萬戶的美國家庭用電量)。

(4) 為了提高水輪機的環保性能，應當開發一些設計工具，并使其得到推廣應用。

(5) 對水力發電和水利基礎設施，由于氣候變化因素而給其造成的影響，應開展進一步的風險評估。

自2010年合作協議簽訂以來，私營機構使用聯邦設施進行水電開發的效益得到了增加。非聯邦政府工程(裝機容量33 MW)已與美國墾務局的相關設施聯網，另外有40項工程已啟動了相關工作，目前正在開發中。美國陸軍工程師團也與3個非聯邦政府工程(裝機容量19.4 MW)聯網運行，另有32項工程已啟動相關工作，目前處于開發階段。

在過去5 a中，這些機構順利地履行了諒解備忘錄的承諾。他們認為，這些續約將有助于推動美國的水電開發，進一步增進相互間的信任，同時也有助于探明可再生能源的蘊藏量。

4.2研發資金

2015年5月，DOE表示，將投資7億美元用于研究和開發水電系統的環保技術。該項投資將用于對以下方面的研究及開發：改進水電動力傳動系統，該系統是將水輪機的旋轉機械能傳遞給發電機；使基礎結構對環境造成的影響最小化、降低使用成本(主要是與新水電工程的運行和維護相關)。

該項資金還將用于對新水電開發的多種技術創新和核心領域，主要包括以下幾個方面。

(1) 創新型、可快速推廣以及可移動的水電技術，如裝配結構、蓄水建筑物和輸水系統。

(2) 用于水電設施、建筑物的創新方法和材料。

(3) 改進水電動力系統和發電機裝置，如改進復合材料的成份、研究可替代的水輪機葉片方面的技術。

4.3波能轉換器獎

為促進對波能開發技術的創新，DOE已決定開展促進波能開發技術的創新競賽，并定于2016年進行決賽。競賽目標是，在未來的2 a內，創造出該領域內世界頂尖級的2倍性能的波能轉換器。

榮獲“波能轉換器獎”的參賽者，將有機會獲得以下獎勵。

(1) 獲得貨幣獎勵。

(2) 獲得種子基金，可以將其用于建立實驗用的波能轉換裝置模型(比例1/20) 的購置。

(3) 參加2輪波能轉換測試。決賽包括在美國馬里蘭州卡德洛克的船模操縱性(Manoeuvring)和耐波性(Seakeeping)試驗水池進行的試驗。這2處試驗水池是美國最早的風浪測試基地。

5發展目標

在報告的結論中指出，水電在美國電力系統中仍然占據著重要的地位，大約占總裝機容量的7%(不包括抽水蓄能電站)。現有資產包括具有高度靈活性的抽水蓄能電站、調峰水電站、利用率高達80%的徑流式水電站，以及與一些大型水庫相聯通的工程，這些工程因受其他授權的限制，只是附帶發電。報告中稱，將選擇一組資產屬性，在此基礎上進行分類建檔。未來的市場狀態調查報告將著重關注水電行業的發展及其相關利益方面的主題，主要包括以下內容。

(1) 對水電工程開發過程中每一階段的持續時間和工效進行全面分析。

(2) 運行和維護工作動態以及獲得許可成本的變化。

(3) 新竣工水電工程的電力購買協議中，有關電價及其他一些條款的變動。

(4) 拓展供應鏈信息的覆蓋面，以估算國內水電工程土建和機電設備容量，并對價值鏈中的非制造業部分進行研討。

(5) 拓展對非聯邦所屬水電設施(水輪機)進行升級和更新改造的范圍。

(6) 收集對運行模式實施改革的相關資料，因為在國內的部分地區又增加了一些其他的可再生能源。

(杜曉宜 趙秋云編譯)

節水優先空間均衡系統治理兩手發力

中圖法分類號：TV63.711

文獻標志碼：A

文章編號：1006-0081(2016)02-0001-03

收稿日期：2015-12-06