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戰(zhàn)略與規(guī)劃

美國水電近況及其發(fā)展

摘要：從幾個(gè)不同的方面對美國水電行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r作了一般性介紹。這幾個(gè)方面分別是：水電資產(chǎn)的分布狀況、需要實(shí)施改造的3類主要工程、水電設(shè)施制造業(yè)現(xiàn)狀及美國的貿(mào)易對象與貿(mào)易規(guī)模的轉(zhuǎn)變、未來水電的發(fā)展目標(biāo)、拓展水電范圍和利益相關(guān)主題、美國水電應(yīng)對措施、續(xù)簽諒解備忘錄、與其他一些團(tuán)體和利益相關(guān)者等合作達(dá)成的一致目標(biāo)、用于開發(fā)新水電工程的研發(fā)資金，以及為了促進(jìn)水電波能實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新而設(shè)立的“波能轉(zhuǎn)換器獎”等。

關(guān)鍵詞：水電發(fā)電工程；水電設(shè)施；制造業(yè)現(xiàn)狀；美國

1概述

最近，美國能源部(DOE)對美國的水電行業(yè)作了一個(gè)最全面的描述。為了了解這個(gè)已建立了100多年的水電行業(yè)的復(fù)雜性及其未來的發(fā)展趨勢，并進(jìn)一步地利用好77 GW尚待開發(fā)利用的水電資源，2015年4月，DOE首次發(fā)布了水電市場報(bào)告(Hydropower Market Report),這也是美國水電行業(yè)最全面的報(bào)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(wèi)·丹尼爾森稱，這份報(bào)告概述了美國水電“艦隊(duì)”的多樣性，表明了水電“艦隊(duì)”對美國清潔能源結(jié)構(gòu)的巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)也指明了未來的發(fā)展前景。同時(shí)表示，隨著工業(yè)的不斷擴(kuò)張和持續(xù)性的投資，水電仍然是美國成本效益好、可靠性強(qiáng)的再生能源之一，為促進(jìn)美國清潔可再生能源的供應(yīng)提供了一個(gè)重要的基地。

這份報(bào)告提供了原來難以獲得的信息和分析資料。美國水電協(xié)會執(zhí)行理事琳達(dá)·丘奇·喬齊對此表示贊賞，認(rèn)為這份報(bào)告強(qiáng)調(diào)了水電在美國可再生能源供給增長的行政目標(biāo)中扮演了一個(gè)非常重要的角色。同時(shí)他還認(rèn)為，這份報(bào)告也證明了美國水電行業(yè)一直在致力于減小環(huán)境污染。

2水電“艦隊(duì)”

人們擔(dān)憂系統(tǒng)文檔中有關(guān)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(nèi)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(zhuǎn)這一局面。在其報(bào)告中指出：有關(guān)國家水電行業(yè)的分布、特征及其發(fā)展趨勢的重要數(shù)據(jù)和資料，均由美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室收集準(zhǔn)備，并提供給相關(guān)行業(yè)、決策者和其他一些利益相關(guān)者。

經(jīng)歷了一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，美國水電行業(yè)資產(chǎn)具有多樣化(按照位置、規(guī)模、所有權(quán)和運(yùn)行模式)的特性。報(bào)告中也提到，美國現(xiàn)有2 198座運(yùn)行的電站，總裝機(jī)容量為79.64 GW。其中有一半的裝機(jī)容量位于華盛頓州、加利福尼亞州和俄勒岡州。西北部地區(qū)的裝機(jī)容量最大，東南部地區(qū)發(fā)電設(shè)備的數(shù)量名列第一。大部分裝機(jī)容量來自建于1930~1970年的大型工程。

聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，比如美國陸軍工程師團(tuán)、墾務(wù)局和田納西河流域管理局擁有176座電站，其裝機(jī)容量大約占總裝機(jī)容量的49%。公用事業(yè)實(shí)體、州級政府和電力合營機(jī)構(gòu)擁有24%的裝機(jī)容量，其余的則為私營企業(yè)所擁有。有超過84%的水電站創(chuàng)造了一種或多種附加效益(如休閑娛樂、防洪、灌溉、航運(yùn)或供水)。

市場狀態(tài)分析結(jié)果表明，與歷史發(fā)展?fàn)顟B(tài)形成鮮明對比的是，在過去的10 a,水電行業(yè)的發(fā)展速度已經(jīng)減緩。20世紀(jì)70，80年代，美國水電行業(yè)市場和相關(guān)立法發(fā)生了改變，宣告了“大壩修建”熱潮的終結(jié)，在此之前，已經(jīng)修建了一大批大型水電項(xiàng)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(fā)開始走下坡路。

在過去的10 a，美國放緩了水電行業(yè)的發(fā)展速度。由于工程規(guī)?？s小或老水電站退役而損失了近432 MW的裝機(jī)容量。為使其能夠持續(xù)增長，水電站業(yè)主正在試圖對現(xiàn)有資產(chǎn)實(shí)施優(yōu)化和升級改造。2005~2013年，增加的 1.5 GW裝機(jī)容量中，86%來自于對現(xiàn)有水電站水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)施的升級和更新改造。從經(jīng)濟(jì)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(xiàng)所建的水電工程中，除4個(gè)項(xiàng)目外，其他都依托原有的水電設(shè)施進(jìn)行了改造。

裝機(jī)容量的增長主要來源于以下3類工程：

(1) 對現(xiàn)有設(shè)施，增加其機(jī)組數(shù)量。

(2) 對一些非發(fā)電用大壩和輸水管道工程，增加了發(fā)電功能。

(3) 在一些環(huán)境影響較小的新河段進(jìn)行了水電開發(fā)。

非發(fā)電用大壩的開發(fā)項(xiàng)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(xiàng)目進(jìn)行開發(fā)。自2014年12月起，已有331項(xiàng)工程(裝機(jī)容量為4.37 GW)正在規(guī)劃中，有407 MW的裝機(jī)規(guī)模處于建設(shè)中，另外還有263 MW的裝機(jī)規(guī)模已經(jīng)獲得了批準(zhǔn)。

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

3水電設(shè)備制造

美國水電產(chǎn)業(yè)為55 000個(gè)就業(yè)者創(chuàng)造了直接就業(yè)機(jī)會。超過172家公司在35個(gè)州擁有自己的生產(chǎn)設(shè)施，要么是緊鄰水電裝機(jī)容量較大的地區(qū)，或是方便通過水路運(yùn)輸終端產(chǎn)品的地區(qū)，這些終端產(chǎn)品可以是一種或者是多種水電設(shè)備或部件(比如水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、壓力鋼管、閘門和水閥)。

自1996年以來，福伊特公司占據(jù)了美國水輪機(jī)裝機(jī)容量的主要市場份額。1996~2011年間，新設(shè)施或升級改造工程提供的9 455 MW裝機(jī)容量中，福伊特公司制造的水輪發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量為5 389 MW，其中包括對聯(lián)邦所屬的水電設(shè)施，即62臺水輪發(fā)電機(jī)組(裝機(jī)容量為2 683 MW)實(shí)施的更新和升級改造。阿爾斯通公司在美國水輪機(jī)設(shè)備生產(chǎn)市場占據(jù)第二大份額(提供的裝機(jī)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(jī)貿(mào)易的方向性和規(guī)模方面已經(jīng)發(fā)生了改變。最近3 a，有超過50%的貿(mào)易是與北美地區(qū)的進(jìn)、出口相關(guān)，占有相當(dāng)大的比重(與20世紀(jì)90年代末相比)。

1996~2014年間，中國和其他一些亞洲國家發(fā)生了從向美國凈進(jìn)口水輪機(jī)，到向美國凈出口水輪機(jī)及其水輪機(jī)部件貿(mào)易方向的轉(zhuǎn)變。

4應(yīng)對措施及其他技術(shù)

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(xù)簽諒解各忘錄

2015年4月，DOE、美國內(nèi)政部和美國陸軍下屬的土建工程部和與其合作的伙伴續(xù)簽了5 a的合作協(xié)議，以促進(jìn)其水電開發(fā)。為了續(xù)簽該協(xié)議，這些機(jī)構(gòu)制定了詳細(xì)、宏觀的水電開發(fā)議程，并在2010年，簽訂了有關(guān)水電合作方面的諒解備忘錄。

通過與其他一些聯(lián)邦機(jī)構(gòu)、水電企業(yè)、研究團(tuán)體以及利益相關(guān)者的長期協(xié)作和合作，這些機(jī)構(gòu)已經(jīng)達(dá)成了一致目標(biāo)。

(1) 為了增加現(xiàn)有水電站的發(fā)電量，提高今后新建水電系統(tǒng)的產(chǎn)能，必須改進(jìn)水流的測量技術(shù)，提高測量精度，降低檢測成本。

(2) 對新型超導(dǎo)發(fā)電技術(shù)開展評估，因?yàn)檫@種技術(shù)的應(yīng)用，可以大大縮小新建水電工程發(fā)電機(jī)的尺寸并減輕其重量，從而降低現(xiàn)有設(shè)施的成本、增加發(fā)電機(jī)的出力。

(3) 進(jìn)一步開發(fā)環(huán)保型、成本低的水電技術(shù)，并對其進(jìn)行論證和推廣，可將該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于非發(fā)電水電站和輸水管道的建設(shè)，從而使美國的水力發(fā)電量超過17 500 GW·h/a(相當(dāng)于每年150萬戶的美國家庭用電量)。

(4) 為了提高水輪機(jī)的環(huán)保性能，應(yīng)當(dāng)開發(fā)一些設(shè)計(jì)工具，并使其得到推廣應(yīng)用。

(5) 對水力發(fā)電和水利基礎(chǔ)設(shè)施，由于氣候變化因素而給其造成的影響，應(yīng)開展進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)評估。

自2010年合作協(xié)議簽訂以來，私營機(jī)構(gòu)使用聯(lián)邦設(shè)施進(jìn)行水電開發(fā)的效益得到了增加。非聯(lián)邦政府工程(裝機(jī)容量33 MW)已與美國墾務(wù)局的相關(guān)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)，另外有40項(xiàng)工程已啟動了相關(guān)工作，目前正在開發(fā)中。美國陸軍工程師團(tuán)也與3個(gè)非聯(lián)邦政府工程(裝機(jī)容量19.4 MW)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，另有32項(xiàng)工程已啟動相關(guān)工作，目前處于開發(fā)階段。

在過去5 a中，這些機(jī)構(gòu)順利地履行了諒解備忘錄的承諾。他們認(rèn)為，這些續(xù)約將有助于推動美國的水電開發(fā)，進(jìn)一步增進(jìn)相互間的信任，同時(shí)也有助于探明可再生能源的蘊(yùn)藏量。

4.2研發(fā)資金

2015年5月，DOE表示，將投資7億美元用于研究和開發(fā)水電系統(tǒng)的環(huán)保技術(shù)。該項(xiàng)投資將用于對以下方面的研究及開發(fā)：改進(jìn)水電動力傳動系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)；使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對環(huán)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(yùn)行和維護(hù)相關(guān))。

該項(xiàng)資金還將用于對新水電開發(fā)的多種技術(shù)創(chuàng)新和核心領(lǐng)域，主要包括以下幾個(gè)方面。

(1) 創(chuàng)新型、可快速推廣以及可移動的水電技術(shù)，如裝配結(jié)構(gòu)、蓄水建筑物和輸水系統(tǒng)。

(2) 用于水電設(shè)施、建筑物的創(chuàng)新方法和材料。

(3) 改進(jìn)水電動力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)裝置，如改進(jìn)復(fù)合材料的成份、研究可替代的水輪機(jī)葉片方面的技術(shù)。

4.3波能轉(zhuǎn)換器獎

為促進(jìn)對波能開發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新，DOE已決定開展促進(jìn)波能開發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新競賽，并定于2016年進(jìn)行決賽。競賽目標(biāo)是，在未來的2 a內(nèi)，創(chuàng)造出該領(lǐng)域內(nèi)世界頂尖級的2倍性能的波能轉(zhuǎn)換器。

榮獲“波能轉(zhuǎn)換器獎”的參賽者，將有機(jī)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(shí)驗(yàn)用的波能轉(zhuǎn)換裝置模型(比例1/20) 的購置。

(3) 參加2輪波能轉(zhuǎn)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(yàn)水池進(jìn)行的試驗(yàn)。這2處試驗(yàn)水池是美國最早的風(fēng)浪測試基地。

5發(fā)展目標(biāo)

在報(bào)告的結(jié)論中指出，水電在美國電力系統(tǒng)中仍然占據(jù)著重要的地位，大約占總裝機(jī)容量的7%(不包括抽水蓄能電站)。現(xiàn)有資產(chǎn)包括具有高度靈活性的抽水蓄能電站、調(diào)峰水電站、利用率高達(dá)80%的徑流式水電站，以及與一些大型水庫相聯(lián)通的工程，這些工程因受其他授權(quán)的限制，只是附帶發(fā)電。報(bào)告中稱，將選擇一組資產(chǎn)屬性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分類建檔。未來的市場狀態(tài)調(diào)查報(bào)告將著重關(guān)注水電行業(yè)的發(fā)展及其相關(guān)利益方面的主題，主要包括以下內(nèi)容。

(1) 對水電工程開發(fā)過程中每一階段的持續(xù)時(shí)間和工效進(jìn)行全面分析。

(2) 運(yùn)行和維護(hù)工作動態(tài)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(xié)議中，有關(guān)電價(jià)及其他一些條款的變動。

(4) 拓展供應(yīng)鏈信息的覆蓋面，以估算國內(nèi)水電工程土建和機(jī)電設(shè)備容量，并對價(jià)值鏈中的非制造業(yè)部分進(jìn)行研討。

(5) 拓展對非聯(lián)邦所屬水電設(shè)施(水輪機(jī))進(jìn)行升級和更新改造的范圍。

(6) 收集對運(yùn)行模式實(shí)施改革的相關(guān)資料，因?yàn)樵趪鴥?nèi)的部分地區(qū)又增加了一些其他的可再生能源。

(杜曉宜 趙秋云編譯)

節(jié)水優(yōu)先空間均衡系統(tǒng)治理兩手發(fā)力

中圖法分類號：TV63.711

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-0081(2016)02-0001-03

收稿日期：2015-12-06