1　我国水电发展概况及研究意义

1.1　我国水电发展概况

我国是世界上水能蕴藏量最丰富的国家。根据2005年全国水力资源复查结果[1]，在只统计理论蕴藏量1万kW及以上河流和单站装机容量0.05万kW及以上水电站的前提下，我国大陆水力资源理论蕴藏量装机6.94亿kW，理论蕴藏年发电量为6.08万亿kW·h，技术可开发装机容量5.42亿kW，技术可开发年发电量2.47万亿kW·h，经济可开发装机容量4.02亿kW，经济可开发年发电量1.75万亿kW·h。与1980年普查成果相比，理论蕴藏量与技术可开发按装机容量分别增加了2.7%和43.4%，按年发电量则分别增加了2.7%和28.6%，技术可开发水力资源有较大幅度的增加。我国水力资源可开发量主要集中在大中型水电站（5万kW及以上），技术可开发装机容量和年发电量分别为4.76亿kW和2.18万亿kW·h，占总额的87.8%和88.3%；经济可开发装机容量和年发电量分别为3.44亿kW和1.50万亿kW·h，占总额的85.6%和85.7%。另外，根据2009年水利部发布的中国农村水力资源调查评价成果[2]，小水电装机容量0.01万～5万kW的水电技术可开发装机约1.28亿kW，年发电量0.54万亿kW·h。因此，我国100kW及以上的水电站技术可开发装机容量总共达到6.04亿kW，年发电量2.72万亿kW·h。尽管丰富的水能资源为我国大力开发水电提供了必要的物质基础条件，但是，由于我国水电事业发展起步较晚，水能资源的开发利用程度仍然处于相对较低水平[3]。

我国水电建设事业的开展最早始于1910年云南昆明石龙坝水电站的开建。自新中国成立以来，我国一直非常重视水电建设。但是，由于前期历史、资金短缺等因素，水电发展速度受到限制。直到20世纪90年代初，国家从经济快速发展、环境保护、能源可持续供应以及西部大开发等发展战略考虑，制定了优先发展水电开发的政策方针，积极促进水电建设事业的快速发展。特别是21世纪以来，大批水电站相继建成和投产运行。截至2015年年底，全国已建成各种类型水库共97988座，包括707座大型水库、3844座中型水库以及其他小型水库，水库总库容合计8581亿m3。其中，大型水库和中型水库的总库容分别为6812亿m3和1068亿m3，分别占总库容的78.8%和12.8%，与2001年相比，水库总数和大型水库数均大幅提升，水电建设事业发展非常迅猛。全国历年已建水库数量信息见表1.1。

与此同时，我国水电事业取得了多个具有里程碑意义的成就。截至2004年年底，我国水电装机容量规模超过1亿kW，超越美国，首次成为世界上水电装机容量最大的国家。截至2010年年底，我国水电装机规模超过2亿kW，是水电装机容量世界第二的美国的2倍多。截至2013年年底，我国水电装机规模达到2.8亿kW，当年的水电新增装机容量近3100万kW，约等同于水电装机世界排名第八的挪威水电装机容量，是我国有史以来水电装机容量增长最快的年份。截至2016年年底，我国水电装机规模达到3.32亿kW（含抽水蓄能2669万kW），约占全球水电总装机的1/4，是当之无愧的世界超级水电大国。中国水电的未来发展，必然牵动着全球水电乃至能源界的目光。水电装机容量世界前十国家排名见表1.2。

目前，水电是我国电力系统的第二大主要供应能源，在清洁无污染的可再生能源中装机容量比重最大。截至2016年年底，全国发电总装机容量达到16.5亿kW，非化石能源总装机5.92亿kW，占总装机比例36%，清洁能源发展势头超过火电。其中，非化石能源装机主要包括水电3.32亿kW，风电1.49亿kW，核电及其他1.11亿kW，占总装机比例分别为20.2%、9.0%、6.7%，见图1.1（a）。全国累计总发电量59897亿kW·h，其中水电11807亿kW·h，火电42886亿kW·h，风电2410亿kW·h，核电及其他2794亿kW·h，分别占总发电量的19.7%、71.6%、4.0%、4.7%，见图1.1（b）。而且，水电发电量超过世界水电发电总量的20%，稳居世界第一。随着我国西部水电基地大型梯级水电站群的持续滚动开发，我国水电装机规模及所占比例将不断增大。预计到2020年，我国常规水电总装机规模将达到3.5亿kW；2030年，我国水电总装机规模将达到4.3亿kW；2050年，我国水电总装机规模将达到5.1亿kW[4]，水电开发建设将基本完成。虽然截至2016年年底，我国水电装机容量已达到3.32亿kW，水电年发电量11807亿kW·h，但是按技术可开发年发电量计算（2.47万亿kW·h），水能资源开发利用率仅约47.8%，相比世界水电发达国家，如法国（约97%）、挪威（约71.5%）、日本（约70.3%）、美国（约53.6%）等，仍存在较大的差距。因此，我国水能资源的开发利用仍然具有非常巨大的潜力和广阔的发展前景。

在我国水电快速发展的16年里，出现了有别于其他世界水电大国的新特点，主要体现在以下几方面。

（1）装机规模高速增长。我国水电装机容量从2001年的8300万kW增长到2016年的33200万kW，总增幅约24900万kW，年均装机容量增长约1550万kW，年均增长率约9.05%。无论是总装机规模、年均装机容量增幅，还是年均装机容量增长速度，中国这种水电集中建设、密集投产、规模如此庞大的情况，均创造了世界水电发展的历史之最。中国水电历年装机容量及发电量统计见表1.3。

（2）集中程度非常高。我国水电主要集中在大江大河的干流，便于集中开发。十三大水电基地按规划装机容量从大到小排名分别是金沙江、怒江、长江上游、澜沧江、大渡河、雅砻江、黄河上游、东北、南盘江红水河、乌江、闽浙赣、湘西以及黄河北干流。总规划装机容量则达到32813.9万kW，占经济可开发装机容量的81.6%，占技术可开发装机容量的60.5%。其中，规划装机容量最大的金沙江为7743.5万kW，最小的黄河北干流为596.8万kW。目前，位于东中部的东北、闽浙赣和湘西水电基地以及位于中部的长江上游、乌江和南盘江红水河水电基地开发程度较高，水电站群已基本开发完毕。位于西部的雅砻江、大渡河、澜沧江、怒江、金沙江、黄河等水电基地则相对开发利用程度较低，已建成的水电站较少，大部分仍处于规划或在建，这些水电基地的开发利用是我国未来水电建设的重点。十三大水电基地分布情况见表1.4。

（3）干流梯级水电站级数多。位于我国西南地区的大渡河、金沙江、雅砻江、澜沧江、怒江、南盘江红水河干流梯级水电站级数非常多（见表1.4），规划开发电站个数分别为27、25、22、16、13、11。若考虑支流梯级水电站群，单一流域梯级调节性能好的大中型水电站数目更加庞大，在世界现有的水电系统中也是非常少见的。

（4）巨型电站多。我国水电不仅装机规模增长迅速，而且拥有了多座在建或已建的世界级巨型水电站。目前，我国已建、在建和规划建设中的超过100万kW的水电站超过110座，超过300万kW的水电站超过20座，而且随着2013年溪洛渡水电站的投产运行，在装机容量世界排名前十的已建水电站中，我国已占据三席，分别是三峡、溪洛渡、向家坝水电站，分别排名第1、3、9位。这些巨型水电站的运行方式极大不同于以往中小容量水电站。中国装机容量排名前十水电站见表1.5。

（5）单机容量大。我国大型水电机组单机容量已从30万kW、40万kW、55万kW逐步发展到70万kW、77万kW以及80万kW，与国外水电单机最大容量70万kW相比，我国已达到世界领先水平。目前，已投产的70万kW及以上发电机组总共达到79台，包括向家坝8台80万kW、溪洛渡18台77万kW、三峡32台70万kW、龙滩9台70万kW、拉西瓦6台70万kW以及小湾6台70万kW。100万kW以上机组也在研究开发中，未来随着西藏水电的开发，机组规模将与规划的特大型水电站相匹配。

（6）发电水头高。我国西南地区水电基地已建或规划的水电站群包含很多巨型水电站，它们普遍具有高水头特性，绝大多数发电水头超过100m，200m以上发电水头也不少见。比如龙滩最大发电水头为125m，糯扎渡为215m，溪洛渡为229m，小湾为251m。这些电站的运行方式与中低水头电站有极大不同，往往存在机组多振动区问题，进一步加剧了干流梯级水电站群运行与管理的难度。

（7）集中调度控制。不同于其他水电发达国家，我国水电的调度管理模式（图1.2）采用国家、区域、省级、集控中心多级水电系统运行协调管理体系，肩负着区域、省级间、省内电网的电力平衡与协调，调度任务非常复杂。

面对我国水电如此高速发展的形势，对于如何保证水电系统运行和管理的科学性、安全性、经济性等问题，将面临前所未有的难度和挑战。