美国水电近况及其发展



战略与规划

美国水电近况及其发展

摘要：从几个不同的方面对美国水电行业的发展状况作了一般性介绍。这几个方面分别是：水电资产的分布状况、需要实施改造的3类主要工程、水电设施制造业现状及美国的贸易对象与贸易规模的转变、未来水电的发展目标、拓展水电范围和利益相关主题、美国水电应对措施、续签谅解备忘录、与其他一些团体和利益相关者等合作达成的一致目标、用于开发新水电工程的研发资金，以及为了促进水电波能实施技术创新而设立的“波能转换器奖”等。

关键词：水电发电工程；水电设施；制造业现状；美国

1概述

最近，美国能源部(DOE)对美国的水电行业作了一个最全面的描述。为了了解这个已建立了100多年的水电行业的复杂性及其未来的发展趋势，并进一步地利用好77 GW尚待开发利用的水电资源，2015年4月，DOE首次发布了水电市场报告(Hydropower Market Report),这也是美国水电行业最全面的报告之一。

美国能源效率与可再生能源办公室(Energy Efficiency and Renewable Energy)部长助理大卫·丹尼尔森称，这份报告概述了美国水电“舰队”的多样性，表明了水电“舰队”对美国清洁能源结构的巨大贡献，同时也指明了未来的发展前景。同时表示，随着工业的不断扩张和持续性的投资，水电仍然是美国成本效益好、可靠性强的再生能源之一，为促进美国清洁可再生能源的供应提供了一个重要的基地。

这份报告提供了原来难以获得的信息和分析资料。美国水电协会执行理事琳达·丘奇·乔齐对此表示赞赏，认为这份报告强调了水电在美国可再生能源供给增长的行政目标中扮演了一个非常重要的角色。同时他还认为，这份报告也证明了美国水电行业一直在致力于减小环境污染。

2水电“舰队”

人们担忧系统文档中有关国家最大的可再生能源方面的电力资源的资料会缺失，其内容包括每年削减约2亿t的碳排放量，然而能源部正试图扭转这一局面。在其报告中指出：有关国家水电行业的分布、特征及其发展趋势的重要数据和资料，均由美国橡树岭国家实验室收集准备，并提供给相关行业、决策者和其他一些利益相关者。

经历了一个世纪的发展，美国水电行业资产具有多样化(按照位置、规模、所有权和运行模式)的特性。报告中也提到，美国现有2 198座运行的电站，总装机容量为79.64 GW。其中有一半的装机容量位于华盛顿州、加利福尼亚州和俄勒冈州。西北部地区的装机容量最大，东南部地区发电设备的数量名列第一。大部分装机容量来自建于1930~1970年的大型工程。

联邦机构，比如美国陆军工程师团、垦务局和田纳西河流域管理局拥有176座电站，其装机容量大约占总装机容量的49%。公用事业实体、州级政府和电力合营机构拥有24%的装机容量，其余的则为私营企业所拥有。有超过84%的水电站创造了一种或多种附加效益(如休闲娱乐、防洪、灌溉、航运或供水)。

市场状态分析结果表明，与历史发展状态形成鲜明对比的是，在过去的10 a,水电行业的发展速度已经减缓。20世纪70，80年代，美国水电行业市场和相关立法发生了改变，宣告了“大坝修建”热潮的终结，在此之前，已经修建了一大批大型水电项目。然而，80年代，“大坝热潮”仍未彻底减退，全美修建了600多座小型水电站。从此以后，美国的水电工程开发开始走下坡路。

在过去的10 a，美国放缓了水电行业的发展速度。由于工程规模缩小或老水电站退役而损失了近432 MW的装机容量。为使其能够持续增长，水电站业主正在试图对现有资产实施优化和升级改造。2005~2013年，增加的 1.5 GW装机容量中，86%来自于对现有水电站水轮发电机组实施的升级和更新改造。从经济角度来看，自2005年起，有6亿美元投资于水电站的翻修、更换和升级改造。2005~2013年，在100多项所建的水电工程中，除4个项目外，其他都依托原有的水电设施进行了改造。

装机容量的增长主要来源于以下3类工程：

(1) 对现有设施，增加其机组数量。

(2) 对一些非发电用大坝和输水管道工程，增加了发电功能。

(3) 在一些环境影响较小的新河段进行了水电开发。

非发电用大坝的开发项目、输水管道以及一些新的大型抽水蓄能电站，将作为主要的项目进行开发。自2014年12月起，已有331项工程(装机容量为4.37 GW)正在规划中，有407 MW的装机规模处于建设中，另外还有263 MW的装机规模已经获得了批准。

大部分抽水蓄能电站建于1960~1990年期间，其中由联邦能源管理委员会(FERC)开发的有51座(装机容量为39 GW)。迄今为止，美国42座抽水蓄能电站装机达到了21.6 GW，其中包括97%的美国公用事业规模的电力储备。

3水电设备制造

美国水电产业为55 000个就业者创造了直接就业机会。超过172家公司在35个州拥有自己的生产设施，要么是紧邻水电装机容量较大的地区，或是方便通过水路运输终端产品的地区，这些终端产品可以是一种或者是多种水电设备或部件(比如水轮机、发电机、变压器、压力钢管、闸门和水阀)。

自1996年以来，福伊特公司占据了美国水轮机装机容量的主要市场份额。1996~2011年间，新设施或升级改造工程提供的9 455 MW装机容量中，福伊特公司制造的水轮发电机总装机容量为5 389 MW，其中包括对联邦所属的水电设施，即62台水轮发电机组(装机容量为2 683 MW)实施的更新和升级改造。阿尔斯通公司在美国水轮机设备生产市场占据第二大份额(提供的装机容量为1 991 MW)。

在过去的15 a，美国与其他一些国家间在水轮机贸易的方向性和规模方面已经发生了改变。最近3 a，有超过50%的贸易是与北美地区的进、出口相关，占有相当大的比重(与20世纪90年代末相比)。

1996~2014年间，中国和其他一些亚洲国家发生了从向美国净进口水轮机，到向美国净出口水轮机及其水轮机部件贸易方向的转变。

4应对措施及其他技术

对于制定水电改革方案，DOE下属的能源效率与可再生能源办公室给予了大力支持。

4.1续签谅解各忘录

2015年4月，DOE、美国内政部和美国陆军下属的土建工程部和与其合作的伙伴续签了5 a的合作协议，以促进其水电开发。为了续签该协议，这些机构制定了详细、宏观的水电开发议程，并在2010年，签订了有关水电合作方面的谅解备忘录。

通过与其他一些联邦机构、水电企业、研究团体以及利益相关者的长期协作和合作，这些机构已经达成了一致目标。

(1) 为了增加现有水电站的发电量，提高今后新建水电系统的产能，必须改进水流的测量技术，提高测量精度，降低检测成本。

(2) 对新型超导发电技术开展评估，因为这种技术的应用，可以大大缩小新建水电工程发电机的尺寸并减轻其重量，从而降低现有设施的成本、增加发电机的出力。

(3) 进一步开发环保型、成本低的水电技术，并对其进行论证和推广，可将该项技术运用于非发电水电站和输水管道的建设，从而使美国的水力发电量超过17 500 GW·h/a(相当于每年150万户的美国家庭用电量)。

(4) 为了提高水轮机的环保性能，应当开发一些设计工具，并使其得到推广应用。

(5) 对水力发电和水利基础设施，由于气候变化因素而给其造成的影响，应开展进一步的风险评估。

自2010年合作协议签订以来，私营机构使用联邦设施进行水电开发的效益得到了增加。非联邦政府工程(装机容量33 MW)已与美国垦务局的相关设施联网，另外有40项工程已启动了相关工作，目前正在开发中。美国陆军工程师团也与3个非联邦政府工程(装机容量19.4 MW)联网运行，另有32项工程已启动相关工作，目前处于开发阶段。

在过去5 a中，这些机构顺利地履行了谅解备忘录的承诺。他们认为，这些续约将有助于推动美国的水电开发，进一步增进相互间的信任，同时也有助于探明可再生能源的蕴藏量。

4.2研发资金

2015年5月，DOE表示，将投资7亿美元用于研究和开发水电系统的环保技术。该项投资将用于对以下方面的研究及开发：改进水电动力传动系统，该系统是将水轮机的旋转机械能传递给发电机；使基础结构对环境造成的影响最小化、降低使用成本(主要是与新水电工程的运行和维护相关)。

该项资金还将用于对新水电开发的多种技术创新和核心领域，主要包括以下几个方面。

(1) 创新型、可快速推广以及可移动的水电技术，如装配结构、蓄水建筑物和输水系统。

(2) 用于水电设施、建筑物的创新方法和材料。

(3) 改进水电动力系统和发电机装置，如改进复合材料的成份、研究可替代的水轮机叶片方面的技术。

4.3波能转换器奖

为促进对波能开发技术的创新，DOE已决定开展促进波能开发技术的创新竞赛，并定于2016年进行决赛。竞赛目标是，在未来的2 a内，创造出该领域内世界顶尖级的2倍性能的波能转换器。

荣获“波能转换器奖”的参赛者，将有机会获得以下奖励。

(1) 获得货币奖励。

(2) 获得种子基金，可以将其用于建立实验用的波能转换装置模型(比例1/20) 的购置。

(3) 参加2轮波能转换测试。决赛包括在美国马里兰州卡德洛克的船模操纵性(Manoeuvring)和耐波性(Seakeeping)试验水池进行的试验。这2处试验水池是美国最早的风浪测试基地。

5发展目标

在报告的结论中指出，水电在美国电力系统中仍然占据着重要的地位，大约占总装机容量的7%(不包括抽水蓄能电站)。现有资产包括具有高度灵活性的抽水蓄能电站、调峰水电站、利用率高达80%的径流式水电站，以及与一些大型水库相联通的工程，这些工程因受其他授权的限制，只是附带发电。报告中称，将选择一组资产属性，在此基础上进行分类建档。未来的市场状态调查报告将着重关注水电行业的发展及其相关利益方面的主题，主要包括以下内容。

(1) 对水电工程开发过程中每一阶段的持续时间和工效进行全面分析。

(2) 运行和维护工作动态以及获得许可成本的变化。

(3) 新竣工水电工程的电力购买协议中，有关电价及其他一些条款的变动。

(4) 拓展供应链信息的覆盖面，以估算国内水电工程土建和机电设备容量，并对价值链中的非制造业部分进行研讨。

(5) 拓展对非联邦所属水电设施(水轮机)进行升级和更新改造的范围。

(6) 收集对运行模式实施改革的相关资料，因为在国内的部分地区又增加了一些其他的可再生能源。

(杜晓宜 赵秋云编译)

节水优先空间均衡系统治理两手发力

中图法分类号：TV63.711

文献标志码：A

文章编号：1006-0081(2016)02-0001-03

收稿日期：2015-12-06