IRENA：2023年水電不斷變化的角色挑戰與機遇中國水力發電工程學會譯（84頁）.pdf

《IRENA：2023年水電不斷變化的角色挑戰與機遇中國水力發電工程學會譯（84頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《IRENA：2023年水電不斷變化的角色挑戰與機遇中國水力發電工程學會譯（84頁）.pdf（84頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、水水 電電 角角 色色 的的 轉轉 變變：挑挑 戰戰 和和 機機 遇遇2023挑挑戰戰和和機機遇遇水電的角色轉變www.irena.org IRENA 2023水 電 水 利 規 劃 設 計 總 院中 國 水 力 發 電 工 程 學 會譯 IRENA 2023除非另有說明，否則任何人均可自由使用、分享、復印、復制、打印與/或存儲本出版物中的資料，但須恰當注明IRENA為出處及版權所有者。本出版物中歸屬于第三方的材料可能會受到單獨的使用條款和限制約束，在使用這些材料之前可能需要獲得第三方的相應許可。引用格式：IRENA(2023),水電的角色轉變:挑戰和機遇,國際可再生能源署,阿布扎比.ISBN

2、：978-92-9260-524-7本文件為“The changing role of hydropower:Challenges and opportunities”的譯本，ISBN:978-92-9260-522-3(2023)。如中文譯本與英文原版的內容不一致，概以英文版為準。IRENA簡介國際可再生能源署作為政府間國際組織，推動各國政府實現邁向可持續能源未來的轉型，是國際可再生能源合作的主要平臺與卓越中心，也是可再生能源政策、技術、資源以及金融知識的寶庫。IRENA致力于推動生物能、地熱能、水電、海洋能、太陽能、風能等各類可再生能源的廣泛采用以及可持續使用，以實現可持續發展、能源獲取、

3、能源安全以及低碳經濟的發展與繁榮。水電水利規劃設計總院簡介水電水利規劃設計總院成立于1950年，是中國一流能源智庫，也是中國國家能源局批準設立的首批能源研究咨詢基地，受政府委托管理國家可再生能源信息管理中心，可再生能源定額站、國家能源水電工程技術研發中心、可再生能源發電工程質量監督站、水電流域綜合監測信息管理平臺以及中國-國際可再生能源署合作辦公室等。水電水利規劃設計總院致力于在可再生能源領域為政府高端決策和行業健康發展提供技術服務，承擔行業規劃、政策研究、技術管理、工程咨詢、質量監督、標準管理和國際合作等相關工作。中國水力發電工程學會簡介中國水力發電工程學會于1980年成立，是由水力發電工程

4、科學技術工作者自愿組成并依法登記的全國性非營利學術團體，現有個人會員3.7萬余人，團體會員193個，下設40個分支（代表）機構，現已發展成為中國水電建設行業中規模最大、最為活躍的全國性科技社團，為促進中國水電建設發展、科技創新進步、國內外學術交流、科學技術普及、科技人才培養等做出了突出貢獻。致謝本報告得益于許多專家的支持與建議，包括Jean-Philippe Bernier（加拿大自然資源部）、Rebecca Ellis（國際水電協會）、Jean-Christophe Fueeg（瑞士聯邦能源局）、Pravin Karki（世界銀行）、Francisco Kuljevan與Mark Chris

5、tian（美國電力研究院）、Paul Komor（科羅拉多大學博爾德分校）、Laura Lizano（哥斯達黎加環境與能源部）、Baysa Naran（氣候政策倡議組織）和謝越韜（水電水利規劃設計總院）。IRENA的工作人員也提供了寶貴的支持，包括Dolf Gielen（IRENA原工作人員）、Sonia Al-Zoghoul、Emanuele Bianco、Ute Collier、Arieta Gonelevu、Pablo Raln、Binu Parthan、Costanza Strinati（IRENA原工作人員）和Emanuele Taibi（IRENA原工作人員）。本報告由Carlos

6、 Ruiz在Roland Roesch（IRENA創新與技術中心代理主任）的指導下編制。如需更多信息或建議，請發送郵件至publicationsirena.org?？傻卿泈ww.irena.org/publications下載本報告。本報告中文版由水電水利規劃設計總院和中國水電工程學會共同編寫。本報告中文版校對工作由中國科學院數學與系統科學研究院劉德綱負責。免責聲明本出版物及所含資料均按“原樣”提供。IRENA已采取一切合理的預防措施對所含資料的可靠性進行了驗證。但是，IRENA及其任何官員、代理、數據或其他第三方內容提供商均不提供任何形式的明示或暗示的保證，并且不會對使用本出版物或其中任何資

7、料所產生的任何后果承擔任何責任或義務。本出版物所含信息并不一定代表IRENA所有成員的觀點。提及特定公司、項目或產品時，并不意味著IRENA贊同或推薦此類公司、項目或產品或認為其優于其他同類公司、項目或產品。本出版物所使用的名稱或所列示的資料并不代表IRENA對任何地區、國家、領土、城市、區域或其當局的法律地位，或對任何國界、邊界的劃定發表任何意見。封面圖片：Munimara Shutterstock3目錄數據圖、表格、引述資料.5縮略語.7報告要點 .8引言.10水電行業現狀 .112.1水電技術.112.2 水電服務與價值.132.3開發潛力.142.4開發現狀.172.5成本及投資趨勢.

8、20當前的挑戰與機遇.253.1老化的發電機組.253.2變革的電力系統.303.3投資需求.330102034面向未來的水電.364.1可持續性.364.2創新與靈活性.394.3監管與市場.444.4合作.47參考文獻 .49附錄A 圖表中所示的國家、區域和地區列表.55附錄B 區域數據.57非洲.57亞洲.60中美洲和加勒比地區.63歐亞大陸.66歐洲.69中東.72北美洲.75大洋洲.78南美洲.81045目錄數據圖圖 1 典型的調節式水電站.12圖 2按區域列出的儲能潛力.16圖 3 2000年-2021年各年水電裝機容量.17圖 4 2021年各地區水電裝機容量.18圖 52000

9、年-2019年全球水電發電量.19圖 6 2022年-2037年已被列入開發計劃（納入規劃）的水電項目.20圖 7 2010年-2021年全球水電項目加權平均裝機成本.21圖 8 2010年-2021年全球規模以上可再生發電加權平均平準化度電成本.22圖 9 按技術列出的2013年-2018年可再生能源年度資金投入.23圖 10 2013年-2018年水電行業年度資金投入.24圖 11 按投產年份統計的全球水電裝機容量.26圖 12 按地區統計的水電機組年齡明細.27圖 13 有必要在2050年前新增的水電裝機容量.29圖 14 2001年-2020年可再生能源與非可再生能源凈新增容量對比.3

10、0圖 152020年美國加利福尼亞州春季日負荷曲線圖.31圖 16 不同運行情景對混流式水輪機的損傷影響.32圖 B.1 2000年-2021年非洲水電裝機容量和發電量.57圖 B.2 2021年非洲水電裝機容量.58圖 B.32022年-2037年非洲列入開發計劃的水電項目.58圖 B.4按投產年份統計的非洲水電裝機容量.59圖 B.5 2000年-2021年亞洲水電裝機容量和發電量 .60圖 B.6 2021年亞洲水電裝機容量.61圖 B.7 2022年-2037年亞洲列入開發計劃的水電項目.61圖 B.8按投產年份統計的亞洲水電裝機容量.62圖 B.9 2000年-2021年中美洲和加勒

11、比地區水電裝機容量和發電量.63圖 B.10 2021年中美洲和加勒比地區水電裝機容量.64圖 B.11 2022年-2037年中美洲和加勒比地區列入開發計劃的水電項目.64圖 B.12 按投產年份統計的中美洲和加勒比地區水電裝機容量.65圖 B.13 2000年-2021年歐亞大陸水電裝機容量和發電量.666水電的角色轉變：挑戰和機遇圖 B.14 2021年歐亞大陸水電裝機容量.67圖 B.152022年-2037年歐亞大陸列入開發計劃的水電項目.67圖 B.16按投產年份統計的歐亞大陸水電裝機容量.68圖 B.17 2000年-2021年歐洲水電裝機容量和發電量.69圖 B.18 2021

12、年歐洲水電裝機容量.70圖 B.192022年-2037年歐洲列入開發計劃的水電項目.70圖 B.20按投產年份統計的歐洲水電裝機容量.71圖 B.21 2000年-2021年中東水電裝機容量和發電量.72圖 B.22 2021年中東水電裝機容量.73圖 B.232022年-2037年中東列入開發計劃的水電項目.73圖 B.24按投產年份統計的中東水電裝機容量.74圖 B.25 2000年-2021年北美洲水電裝機容量和發電量.75圖 B.26 2021年北美洲水電裝機容量.76圖 B.272022年-2037年北美洲列入開發計劃的水電項目.76圖 B.28按投產年份統計的北美洲水電裝機容量.

13、77圖 B.292000年-2021年大洋洲水電裝機容量和發電量.78圖 B.30 2021年大洋洲水電裝機容量.79圖 B.312022年-2037年大洋洲列入開發計劃的水電項目.79圖 B.32按投產年份統計的大洋洲水電裝機容量 .80圖 B.33 2000年-2021年南美洲水電裝機容量和發電量.81圖 B.34 2021年南美洲水電裝機容量.82圖 B.352022年-2037年南美洲列入開發計劃的水電項目.82圖 B.36按投產年份統計的南美洲水電裝機容量.837目錄表格表 1 水電站可提供的電力相關服務.13表 2 全球水電開發潛力.14表 3部分水電站設施設備的使用壽命.28引述

14、資料引述資料1“水電+電池”發電項目示例.43引述資料2 國際可再生能源署電力儲能評估框架.46縮略語C 攝氏度BEP 最佳效率點GW 吉瓦IDB 泛美開發銀行IHA 國際水電協會IFPSH 國際抽水蓄能論壇IRENA 國際可再生能源署KWh 千瓦時LCOE 平準化度電成本MW 兆瓦O&M 運行和維護PSH 抽水蓄能PWh 拍瓦時TWh 太瓦時USD 美元WETO 世界能源轉型展望8水電的角色轉變：挑戰和機遇報告要點 水電現已成為最主要的可再生電力來源，也是全球能源系統的重要組成部分。盡管尚未開發的水電資源潛力巨大，但在開發過程中必須遵循嚴格且透明的可持續性準則，以真正實現水電的可持續開發。I

15、RENA的“1.5C情景”表明，如果全球要完全脫碳并實現 巴黎協定所述氣候目標，到2050年，包括抽水蓄能在內的水電裝機容量需要增加一倍以上。為此，水電年度投資需要增長大約五倍。然而，由于水電項目引資困難，政府及決策者需要創造一個有利于吸引投資的營商環境。大多數水電開發潛力都集中在發展中國家。金融機構需要與政府通力合作，化解、排除當地的風險與限制，找到推進合作的共同基礎，繼而為這些國家與地區輸送急需的資金。水電具有很高的價值，因其不僅能實現靈活的電力生產，還能提供電網輔助等服務，同時有助于改善水資源管理，提升社會經濟效益。然而，這些價值并非總能被現有市場所認可。監管框架與市場應充分考慮到所有的

16、水電服務，以減少收益補償與基礎設施建設失調的情況。為吸引所需的近1，000億美元投資，需要有支持現代化水電運行、并合理重視各種水電服務的價值的市場。大多數水電資產都是幾十年前開發建設的，其運行條件與今日已有所不同。電力行業的變化及當前趨勢要求我們既要承認水電的價值，也要重新思考其未來的作用。整合波動性電源（如太陽能發電和風電）的需求與日俱增，電網靈活性、調峰服務以及改變水電站運行與維護方式的需求也會隨之增加。9報告要點 全球水電設施日益老化，亟需整修改造。此類需求為根據當前電力系統的需求引進新技術、推進水電站現代化提供了機會。雖然水電易受氣候風險影響，但做好充分規劃的項目也能具備充分的適應力。

17、考慮到日漸嚴峻的氣候風險，必須對現有水電站進行評估并在必要時進行改造，且需要在新建項目的設計中充分考慮這些風險。為充分認識水電的價值，加快水電的開發，政策制定者可以采取以下關鍵措施：創造利于水電招商引資的營商環境。制定并實施相應政策，培育市場，確保水電在電網靈活性及輔助服務方面的價值能夠得到充分認可。構建市場框架，鼓勵市場不成熟國家的水電更廣泛地參與電量與容量交易市場（包括按分鐘結算的市場）。制定激勵措施及財政支持架構，推動新型水電技術的開發與測試（包括改造與新建項目）。實施相互協調配合的激勵措施，簡化監管，加快水電開發。以穩健的可行性研究為支撐，遵循嚴格的可持續性準則，規劃一批可持續的、具備

18、融資吸引力的項目。將統籌規劃的概念納入長期發展戰略，在保障能源供應的同時，充分考慮氣候風險、儲能需求以及水資源管理。IRENA的水電合作框架（Collaborative Framework on Hydropower）旨在提高人們對當前水電發展障礙的認識，促進各方開展對話、分享最佳實踐，并最終實現能源轉型所需的新增水電裝機的開發。1001引言一個多世紀以來，水電創造當地就業機會，提供經濟且可靠的清潔電力，為全球發展做出了諸多貢獻。水電是全世界電力系統中非常重要的組成部分，也是最大的可再生電力來源。它通過提供調峰及靈活性服務，提高了太陽能、風能等波動性可再生電源的滲透率。抽水蓄能（pumped

19、stor-age hydropower，-PSH）是單一最大的儲能方式，占世界電力儲能容量的95%（DOE，2020）。除電力外，水電還提供其他服務，包括存儲飲用水與灌溉用水、增強對洪水與干旱的抵御能力、以及創造娛樂機會等服務。然而，盡管水電是最成熟的可再生能源技術，它也面臨著諸多挑戰。這些挑戰包括：確?？沙掷m性與氣候適應能力；解決設施老化問題與新增投資需求；在運維方面適應現代電力系統的要求；更新市場結構和商業模式，讓水電在發電以外提供的所有服務得到認可與補償?？朔@些挑戰的關鍵在于進行現代化改造，運用最新的先進技術，同時保障社會與環境的可持續性。由于波動性可再生能源的滲透率日益提升，且水電站

20、越來越多地被要求在超出其最初設計的外部條件下運行，市場與商業模式必須要適應并適當補償水電在電力生產之外提供的全套服務。本文件參照IRENA 水電合作框架，面向政策制定者及水電行業從業者編制。本文件簡要介紹了水電行業的現狀，并就如何最大限度發揮和實現水電潛力提出設想。本文件并非要對水電技術進行全面評估。水電的角色轉變：挑戰和機遇1102水電行業現狀根據IRENA最新發布的 世界能源轉型展望，水電將在控制全球溫升1.5C的目標達成過程中以及為電力系統提供電力、靈活性和可靠支持方面發揮關鍵作用（IRENA，-2022a）。然而，為了實現這一目標，特別是考慮到由于終端用戶脫碳導致的清潔電力需求的預期增

21、長及相應加速的水電機組的老化（見第3.1節），水電的開發速度將需要大幅提高。2.1水電技術水電是一種成熟的可再生能源技術，一百多年以來一直都被用于低碳電力生產。它一般可分為三種主要的子類型：常規水電站 調節式：這是最常見的一種水電站，利用水壩將水攔蓄在水庫中。如圖1所示，水可以被儲存并用于各種用途，但主要是流入水輪機帶動發電機運行并產生電力。徑流式：此類水電站將水直接從河流引入壓力鋼管，使水輪機旋轉。因此，它蓄水能力較少亦或沒有。抽水蓄能電站（pumped storage hydropower，PSH）：此類水電站將不同水電行業現狀水電的角色轉變：挑戰和機遇12高程的水存蓄在下水庫與上水庫之中

22、。在高電力需求期間，將水通過可逆式水泵水輪機從上水庫釋放到下水庫來發電。在低電力需求期間，進行反向操作，即將下水庫的水泵送至上水庫。抽水蓄能電站可以是開放或閉環系統。開放系統（混合式抽水蓄能）使用天然水源作為其下水庫，閉環系統（純抽水蓄能）則不使用天然水源。雖然上、下水庫都不是在河流或河道中修建的，但一般來說，閉環系統給環境帶來的影響更小。抽水蓄能電站可以作為未來電力系統中的一種彈性儲能方式發揮關鍵作用，提高風能、太陽能等波動性可再生能源發電的滲透率。常規及抽水蓄能電站都在本報告探討之列。出水口進水口水輪機壩體廠房電網發電機變壓器壓力鋼管圖 1 典型的調節式水電站水電行業現狀132.2 水電服

23、務與價值水電是一種低碳可再生電源，但其優勢并不僅限于發電。實際上，在能源轉型、氣候變化等大背景下，水電站所提供的許多其他服務也變得越來越重要。如表1所列，水電站能夠為電網提供包括調峰及輔助服務在內的非常廣泛的服務，而且與其他一些可再生能源相比，還具有更高的容量系數。此外，水電還可以提供防洪、灌溉、供水、廢水治理等水利服務。最后，水庫區還可以通過配置劃船水道、沙灘區、野餐區、步道系統等設施提供娛樂價值。水電站類型徑流式調節式抽水蓄能發電調節正向反向輔助服務調頻一次正向反向二次正向反向三次調頻正向反向非調頻電壓維持有功功率損失補償 黑啟動表 1水電站可提供的電力相關服務注：綠色圓圈表示電站可以提供

24、此項服務，紅色圓圈表示電站不能提供此項服務。正向調節是指向電網提供所需電量以平衡需求波動的能力。反向調節指通過消耗電力以解決供給過剩問題。正向調頻是指向電網供能以提高系統頻率并消除頻率偏差的操作。反向調頻需要從電網消耗能量。源自：Gaudard and Romerio(2014)水電的角色轉變：挑戰和機遇14水電開發潛力PWh/年理論上31-127技術上13-31經濟上9-15表 2全球水電開發潛力注：PWh 拍瓦時，即萬億千瓦時。來源：Lehner,Czisch and Vassolo(2005)；Fekete et al.(2010)；Pokhrel,Oki and Kanae(2008)

25、；Zhou et al.(2015)；Hoes et al.(2017)；Gernaat et al.(2017)2.3開發潛力盡管無論從裝機容量還是發電量來看，水電都是最大的可再生電源，但其尚未得到充分開發利用。如表2所列，許多研究都對水電的開發潛力進行了估算，結果各不相同，但都證實其仍有相當大的開發潛力。這一發現非常重要，因為水電是最便宜的可再生電力之一，且平準化度電成本（levelized cost of electricity，LCOE）在所有發電技術中也屬于最低的一類（見章節2.5）。12019年，化石能源發電的平準化電力供應成本為0.050.18美元/kWh（IRENA，2020）

26、。2 根據生態限制要求，水電站要下泄至少30%的水量，用于維持河流的自然流量，并優先選擇小水庫。Gernaat等人（2017）對全球水電開發潛力進行了高精度評估，其結論認為，全球水力發電總開發潛力約為50PWh/年。他們還估計，低于0.1美元/kWh1的開發潛力為5.7-PWh/年，考慮生態因素后，低于0.1美元/kWh的開發潛力2為3.3PWh/年。把這些估算數值放到現代背景下來看，3.3PWh/年相當于2018年全球水力發電總量（4.2PWh/年）的四分之三以上。這些水力資源大部分都分布在持續增長勢頭較強、經濟發展前景較好的亞洲、南美洲及非洲地區。水電行業現狀15冰川保護無疑是當務之急。在

27、冰川區域進行蓄水可以緩解冰川消退所造成的一些影響，如水資源減少和徑流變化。Farinotti等人（2019）的一項研究調查了本世紀內因氣候變化導致局部區域冰川消失所帶來的水電開發潛力。在這項研究中，他們估計這些地區的理論水電開發潛力為0.8-1.8PWh/年，其中約40%（0.3-0.7PWh/年）是可以實現的。最早到2050年，占新增水庫庫容四分之三的調查區域的冰川有可能完全消融。在這種情況下，預計新增水庫的攔蓄庫容可存儲上述地區年徑流的一半左右。水電還可以通過抽水蓄能配置提供長期儲能服務。如圖2所示，澳大利亞國立大學在其 全球抽水蓄能圖集（Global Pumped Hydro Atlas

28、）中，確定了全球616，000個潛在可行的抽水蓄能電站的場址，其儲能潛力為23TWh（太瓦時，即10億千瓦時）（RE100，-2019）。同樣，Hunt等人（2020）估計，低于0.05美元/kWh的季節性抽水蓄能潛力為17.3PWh/年，并證實與傳統調節式水電站相比，季節性抽水蓄能的土地需求更少，因此發展潛力巨大。這一潛力遠遠超過了能源轉型所需的儲能量，大致相當于全球發電總量的80%，這對靈活性及調峰能力價值日益顯現的水電行業來說極為重要。此外，水電站并非總被單獨看待。一些場址具備綜合開發利用的可能（如水風光一體化開發），存在進一步提高可再生能源規模的可能性。一項研究（Lee等人，-2020

29、）表明，在全球現有水庫上安裝漂浮式光伏的技術可開發量能夠達到4.2-10.6PWh/年，相當于全球總發電量的三分之一以上。AUUSanAKUL Shutterstock水電的角色轉變：挑戰和機遇16圖 2按區域列出的儲能潛力GWh/百萬人口01 0002 0003 0004 0005 0006 0007 0008 0009 00010 000世界澳大利亞新西蘭美拉尼西亞玻里尼西亞加拿大美國中美洲加勒比地區南美洲北非西非中部非洲東非南部非洲北歐西歐東歐南歐西亞中亞東亞南亞東南亞注：GWh=吉瓦時。來源：RE100(2019)水電行業現狀172.4開發現狀水電是最成熟的可再生能源技術，第一批水電項

30、目可以追溯到19世紀末期。如圖3所示，水電項目建設已取得重大進展，2000-2021年，常規水電裝機容量增長超過了75%，數值超過了1，230GW（吉瓦，即100萬千瓦）。另一方面，抽水蓄能裝機容量在同一時期增長超過了50%，在2021年達到了130GW。兩者合計占全球可再生能源裝機容量的50%以上。圖 3 2000年-2021年各年水電裝機容量GW(常規水電)GW(抽水蓄能)00204060801001201408006004002001 4001 2001 0002000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015

31、201620172018201920202021常規水電抽水蓄能注：GW=吉瓦。來源：IRENA(2022b)從地理分布來看，如圖4所示，全球大部分水電裝機容量都集中在亞洲（42%），其次是歐洲（17%）、北美洲（15%）、南美洲（13%）、歐亞大陸（7%）以及其他地區（6%）。值得注意的是，在大多數地區，抽水蓄能在水電總裝機容量中的占比都能達到9-13%；但在拉丁美洲，除南美洲的少數幾個電站（1GW）之外，幾乎沒有抽水蓄能電站。水電的角色轉變：挑戰和機遇18圖 4 2021年各地區水電裝機容量GW(常規水電)GW(抽水蓄能)0020406010305080400200500300100600

32、非洲亞洲中美洲及加勒比地區歐亞大陸歐洲中東北美洲大洋洲南美洲常規水電抽水蓄能注：GWh=吉瓦時。來源：RE100(2019)Rodphothong Mr.Patchara Shutterstock水電行業現狀19水電也是全球最大的可再生電力來源。如圖5所示，2019年，全球水電發電量約為4.3PWh，相當于所有可再生能源發電總量的65%，或所有發電量的16%。因此，無論是作為主要可再生電源，還是對于全球電力系統，水電都極為重要，特別是水電還能為電網提供清潔的靈活性與調峰服務。中國是全球最大的水電生產國（1.3PWh/年），其次是巴西（0.4PWh/年）、加拿大（0.4PWh/年）以及美國（0.

33、3PWh/年）。圖 52000年-2019年全球水電發電量TWh (常規水電)TWh (抽水蓄能)00204060801001201405004 5001 5002 5001 0003 5002 0003 0004 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019常規水電抽水蓄能注：TWh=太瓦時。來源：IRENA(2022c)如圖6所示，除所列數字之外，還有約650GW的水電項目已被納入規劃，并計劃在未來25年內投產，其中包括136GW的抽水蓄能3（S&P Global，20

34、22）。這些項目絕大多數都將在亞洲開發，包括全球60%的常規水電以及超過50%的抽水蓄能。3 中國電力建設集團非正式宣布，其計劃在2025年前投建裝機容量達270GW的抽水蓄能電站（Bloomberg，2022）。圖6不包括該數字，僅考慮了中國40GW的抽水蓄能規劃裝機容量（譯者注：根據中國抽水蓄能中長期發展規劃（2021-2035 年），發展目標是到 2025 年，抽水蓄能投產總規模62GW以上，到2030年，投產總規模120GW左右）。水電的角色轉變：挑戰和機遇20納入規劃的常規水電中，南美洲及非洲分別占總裝機容量的14%與12%。抽水蓄能方面，歐洲及北美洲緊隨亞洲，分別占總裝機容量的21

35、%與17%。與前述觀察結果類似，除了智利的300兆瓦（MW）項目之外，拉丁美洲的規劃項目中幾乎沒有任何抽水蓄能電站。附錄B 按區域匯總列出了上述數字。2.5成本及投資趨勢水電成本水電成本因地制宜，具體取決于項目的規模與規格，其中最大的成本組成是土建工程，約占成本的45%，包括壩體、隧洞、渠道、發電廠房、以及進圖 6 2022年-2037年已被列入開發計劃（納入規劃）的水電項目亞洲南美洲非洲亞洲非洲歐洲歐洲北美洲歐亞大陸北美洲歐亞大陸中美洲及加勒比地區中東中東大洋洲515 GW常規水電136 GW抽水蓄能注：GW=吉瓦?；冢篠&P Global(2022)水電行業現狀21入現場所需的任何基礎設

36、施的建設。其次是機電設備的采購成本，約占總成本的33%（IRENA，2022d）。如圖7所示，在過去十年中，新投產水電站的裝機成本不斷上升。2021年，全球新建大型水電項目的加權平均裝機成本為2，135美元/kW，小型項目為2，000美元/kW。導致裝機成本上升的部分原因在于，最好的水電站場址已開發完畢，各國目前都正試圖在不太理想的場址開發水電站項目，其裝機成本高于平均水平。另一個重要原因是新建項目在不同地區的占比和成本各不相同（如大洋洲、中美洲以及加勒比地區的大型水電裝機成本最高，而中國及印度的成本則最低）（IRENA，2022d）。圖 7 2010年-2021年全球水電項目加權平均裝機成本

37、1510裝機容量(MW)裝機容量(MW)60080020040010小型(10MW)1 2911 2611 3431 5851 6551 5011 8721 9271 7791 5121 9342 1351 3881 4851 6051 7952 3991 8672 3283 3302 6172 3492 0002 5482010201120122013201420152016201720182021202020192010201120122013201420152016201720182021202020192021 美元/kW5 0004 0003 0002 0001 0000注：kW=千

38、瓦；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022d)水電的角色轉變：挑戰和機遇22盡管水電屬于資本高度密集型產業，但它是最便宜的電力來源之一。如圖8所示，2010年至2021年，全球大型水電的平準化度電成本加權平均值僅為0.048美元/kWh，低于任何一種化石燃料發電，僅略高于陸上風電。平準化度電成本的變動范圍非常大，一方面由于投資成本受場址影響，另一方面也受電站的設計運行方式（提供基荷或峰荷、輔助服務等）以及所能達到的容量系數的影響（IRENA，2022d）。有關水電成本的全面分析，請參閱IRENA最新發布的 可再生能源發電成本報告（IRENA 2022d）。圖 8 2010年-2021年全球規模

39、以上可再生發電加權平均平準化度電成本2021 美元/kWh0.10.20.30.40.502010 2021 2010 2021 2010 2021 2010 2021 2010 2021 2010 2021 2010 2021生物能源地熱水電光伏光熱海上風電陸上風電化石燃料成本范圍0.0780.067 0.0500.0680.0390.0480.0480.4170.1020.0330.1880.0750.3580.114第百分位第百分位裝機容量(MW)100 1200 300注：kWh=千瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022d)水電行業現狀23投資趨勢可再生能源開發的增長極為迅速，在

40、2013年至2018年期間吸引了1.8萬億美元的投資（IRENA and CPI，2020）。然而，盡管水電是最便宜的可再生電源之一，但如圖9所示，在過去十年中，水電投資遠不及光伏及風電投資。在這五年間，水電投資約為720億美元。該數額相當于可再生能源投資總額的4%左右。這個數額相對較小，尤其考慮到水電是一項成熟的技術，且生產了全球約65%的可再生電力。圖 9 按技術列出的2013年-2018年可再生能源年度資金投入十億美元040045030025020015010050201320142015201620172018光伏光熱發電陸上風電海上風電水電其他生物質生物燃料地熱來源：IRENA an

41、d CPI(2020)水電的角色轉變：挑戰和機遇24圖10所示為2013年至2018年水電年度資金投入概況?？梢钥闯?，水電投資從2013年到2016年逐年減少，2017年大幅增加。2017年和2018年的水電投資總額分別為260億美元和150億美元，超過了此前四年的投資總額。另外，從資金來源來看，在2013年至2018年所投資的720億美元中，75%屬于公共投資，而私營部門的投資僅占同期總投資的四分之一（IRENA and CPI，2020）。圖 10 2013年-2018年水電行業年度資金投入十億美元030252015105201320142015201620172018來源：IRENA a

42、nd CPI(2020)Mihai_Andritoiu Shutterstock當前的挑戰與機遇2503當前的挑戰與機遇盡管水電是最為成熟的可再生能源技術，但它也面臨著諸多挑戰。這些挑戰包括：由氣候變化所導致的河流變化；社會及環境影響；發電機組老化；以及不斷變化的電力系統需求這些需求不斷要求水電以與初始設計不同的方式運行。這些挑戰需要額外投資，通過改造、擴容等方式實現水電現代化發展，滿足當前及未來的電力系統需求?？紤]到水電開發的特性和周期，吸引資金就成為了一大挑戰，本章將對此進行討論。構建新型商業模式與市場結構也同樣重要。它們可以合理補償水電提供的非發電類服務，比如價值越來越高的靈活性和調峰服

43、務。3.1老化的發電機組一個多世紀以來，水電一直在世界各地提供可再生電力，這意味著大量的水電站不可避免地因服役時間過長而設備老化。從歷史上看，水電站的使用壽命有長有短，從10年到100年不等。對全球水電機組進行的一項分析表明，運行中的水電站平均服役年限接近40年，而已退役的水電站平均壽命約為60年（S&P Global，2022）。水電的角色轉變：挑戰和機遇26圖11所示為按投產年份統計的全球水電裝機容量明細。其中數據也佐證了上述觀點，表明水電站設備確實已經陳舊。該圖同時也表明，全球超過50%的水電裝機（約620GW）服役時長已超過30年，約25%的水電裝機（約275GW）運行超過50年。這些

44、數值僅供參考，因為其中一些水電站已被改造。要詳細而準確地概述全球水電機組的剩余使用壽命，就需要對水電站逐個進行評估。但很明顯，老化機組已經對一些國家造成了現實挑戰，最終也會成為困住其他國家的難題。Andritz（2019）估計，在全球各地安裝的一次及二次設備之中，有50%的設備使用壽命已超過40年。圖 11 按投產年份統計的全球水電裝機容量GW03025405035452015105N/A189010%20%30%40%50%60%70%80%90%100%189519001905191019151920200020052010201520201925193019351940194519501

45、95519601965197019751980198519901995已退役運行中注：數據包括抽水蓄能。沒有調試日期的數據點被歸為N/A。帶有百分比值的綠色豎線表示某年之前投入運行的水電裝機占當前水電總裝機的份額，例如，全球10%的裝機容量是在1960年之前投產的。GW=吉瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)當前的挑戰與機遇27如圖12所示，目前老舊發電機組對各個地區的影響并不相同。歐洲、北美洲及大洋洲等地區的發電機組要比非洲、亞洲、中東及南美洲等地區的機組老得多，后者大部分的水電資產都是在過去30年中投產的。在這方面，發達經濟體與發展中經濟體之間似乎有著明顯的區別發達經

46、濟體較早開始開發水電資源，翻修改造需求也更加迫切。然而所有地區最終都會遇到機組老化的問題及改造的需求。水電站投產時間較長的國家需要盡快采取行動，對其發電機組進行現代化改造。由于部署必要的資源可能需要一些時間，即使是發電機組相對較新的國家，也可以開始規劃并為實現水電站現代化做好準備。圖 12 按地區統計的水電機組年齡明細GW百分比020406080100020%40%60%80%10%30%50%70%120320340360非洲亞洲中美洲和加勒比地區歐亞大陸歐洲中東北美洲 大洋洲南美洲30+3060+注：數據包括抽水蓄能。GW=吉瓦?；冢篠&P Global(2022)水電的角色轉變：挑戰和

47、機遇28全球水電機組正處于一個轉折點，很大一部分裝機容量需要升級、改造或退役。為保證電站正常運行，無論是擴容或維護，都需要大量的投資。同時還要注意到，不同的設施設備具有不同的使用壽命，如表3所示。IRENA的“1.5C情景”表明，如果全球要在2050年前完全脫碳并實現巴黎協定 所述氣候目標，水電裝機容量應達到約3，000GW，包括420 GW的抽水蓄能（IRENA，2022a）。如圖13所示，考慮到現有水電裝機容量（1，360GW）、目前規劃裝機容量（652GW）以及到2050年的可能退役的水電站裝機容量（630GW）4，新增與/或改造的裝機容量需要達到1，545GW。經濟壽命(年數)技術壽命

48、(年數)機電設備發電機、變壓器25-4030-60高壓開關設備、輔助電氣設備、控制設備20-2530-40電池、直流設備10-2020-30水力機械水輪機軸流轉槳式水輪機、混流式水輪機30-4030-60水斗式水輪機40-5040-70水泵水輪機及蓄能泵25-3325-50閘門、蝶閥、專用閥門、起重機、輔助機械25-4025-50土建工程壩體、渠道、隧洞、洞室、水庫、調壓室60-8080-150發電廠房構筑物、匯水區、溢洪道、沉砂池、壓力鋼管、鋼襯、道路、橋梁40-5050-80表 3部分水電站設施設備的使用壽命來源：Goldberg and Espeseth Lier(2011)4 假設水電

49、站的平均使用壽命為60年。當前的挑戰與機遇29基于這個數據來看，列入開發計劃的水電項目平均裝機容量為160MW (S&P1Global，2022)，這意味著在未來幾十年，到2050年之前，全球需要以每年53GW的速度新增開發數千座水電站。鑒于水電項目規劃、建設的時間較長，若要實現巴黎協定所述之氣候目標，各國都需要在短期內開始進行大量投資，增加水電裝機。即使如此，并非所有裝機都一定要依托新建項目。比如，可以基于現有設施進行擴容，或對非電力生產水壩進行發電改造。研究估計，通過這兩種方案大約可以增加78GW的容量(Garrett，McManamay and Wang，2021)。全球大部分水電機組的

50、老化確實是一個緊迫的挑戰。但這也是利用最新先進技術進行現代化改造的絕佳機會，如引入可以提高水電站效率、靈活性和可持續性的先進組件。此外，還可以借助數字化、人工智能以及大數據改善運行與決策。這些做法有助于水電適應當前及未來高比例可再生能源電力系統日益復雜的需求，并持續提供有價值且可靠的能源服務。圖 13 有必要在2050年前新增的水電裝機容量GW20212037年計劃潛在退役*新增和翻新2050年1.5C情景常規水電抽水蓄能05001 5002 5001 0003 5002 0003 000注：*深灰色表示常規水力發電能力的潛在退役。淺灰色表示抽水蓄能容量的潛在退役。這是假設水電站的平均壽命為6

51、0年計算出來的。GW=吉瓦?；冢篒RENA(2022a，2022b)；S&P Global(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇303.2變革的電力系統近幾十年來，可再生能源發電裝機容量大幅增加。如圖14所示，到2012年，可再生能源發電增量已經超過了非可再生能源發電增量。2020年，近90%的凈新增容量來自于可再生能源，其中光伏及風電占比近90%。雖然這一趨勢標志著電力行業在脫碳方面取得的巨大進展，但它也意味著電力系統及其管理方式需要發生重大改變。隨著波動性可再生能源在電網中份額的不斷增加，它們需要更靈活的電源來確保電網的可靠性。由于波動性可再生能源（variable renewable

52、energy，VRE）的來源不可調度，其供給在時間上可能不一定與實際電力需求相匹配。例如，太陽能發電量在中午達到峰值，而電力需求可能不會在那時達到最高水平。因此，電力系統運營商越來越需要依靠水電等可調度電源進行頻率控制、儲能以及峰荷供電。圖 14 2001年-2020年可再生能源與非可再生能源凈新增容量對比光伏風電其他可再生能源非可再生能源可再生能源份額GW新增裝機容量中可再生能源的份額00%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%50300150250100200200120022003200420052006200720082009201020112012201320

53、14201520162017201820192020注：GW=吉瓦；PV=光伏；RE=可再生能源。來源：IRENA(2019，2022b)；IEA(2021a)當前的挑戰與機遇31隨著越來越多的波動性可再生電源入網，供給調節需求不斷增加，供過于求的風險也會隨之增加，而且在需求低谷時還可能會出現棄電的情況。為了說明所謂的“鴨形曲線”（duck-curve），圖15描繪了美國加利福尼亞州凈需求（總需求減去波動性可再生電源滿足的需求）的演變過程。該州擁有大量波動性可再生電源，有時可滿足75%以上的電力需求。調節需求在加州的增加非常明顯：2013年三小時調節需求不到3GW，而2020年春季的三小時調節

54、需求卻已超過13.5GW。運行影響大多數水電站當初規劃、設計及建造時的運行條件與現在都大不相同，不可避免地會受到電力系統不斷變化所帶來的影響。歷史上，水電一直作為基荷而發揮作用。但如今，水電越來越多地被用來提供調峰及電網輔助服圖 152020年美國加利福尼亞州春季日負荷曲線圖GW0302520151051:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:0000:00年凈需求年凈需求年凈需求年月年凈需求每日增加發電負荷至峰值的平均時間為小時

55、(年)增加發電負荷至峰值的平均時間為小時年GW年月.GW注：凈需求是指太陽能或風能無法滿足的需求。GW=吉瓦。來源：CAISO(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇32務，導致水電站不得不更加頻繁地在非滿負荷的情況下運行，啟停頻率也大幅提高。水電運行模式的這種變化會增加磨損與損耗、縮短了水輪機等電站重要部件的使用壽命、增加了停機時間及運維成本。為了說明這種情況，Seidel等人（2020）比較了混流式水輪機的基荷與電網穩定方案（見圖16），發現后一種方案使水輪機的疲勞壽命縮短了大約一個數量級。財務影響這種運行模式變化還會帶來財務影響。許多水電項目的設計已經過時，并會影響到其營收來源與盈利能力。

56、停機時間增加、運維成本上升以及發電量減少也都是影響因素。從抽水蓄能來看，大多數水電站都是在幾十年前以晝夜套利商業模式5建造的，目的是與基于油氣的調峰容量相競爭。然而，在燃料價格下降運行模式啟動 周期/日空載%低部分負荷%部分負荷%BEP附近%高負荷%基荷110254925系統穩定10424242424注：基荷情況考慮一天的工作周期。BEP=最佳效率點(即是水輪機以最高效率運行時的流量)。來源：Seidel et al.(2020)圖 16 不同運行情景對混流式水輪機的損傷影響基荷系統穩定0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00啟動空載低部分負荷部

57、分負荷BEP附近高負荷5 譯者注：晝夜套利模式，即白天發電晚上儲能的模式。當前的挑戰與機遇33且燃燒效率提高之后，晝夜套利可能無法使抽水蓄能具備足夠投資吸引力（ANL，2014）。但抽水蓄能可以為電網提供如儲能和靈活性等化石燃料電廠無法提供的好處，且可借此提高波動性可再生電源的份額。然而，這些服務的價值很難精確定義，因此也難以得到適當的補償。這是一個非常重要的課題，是大量研究的重點，也是需要通過政策干預才能解決的問題。但有一點是確定的隨著電力系統中波動性可再生電源份額的增長，水電行業所提供的儲能及輔助服務的價值會不斷提升，人們也會越來越充分地意識到適當補償這些服務以及維持水電項目盈利能力的重要

58、性。3.3投資需求如章節3.1所述，若要實現清潔能源轉型，就需要大幅度增加水電裝機容量。然而，如果沒有大量資金的支持，就不可能實現所需的水電項目建設與改造。IRENA在其 全球能源轉型展望 中估計，如果要在2050年前實現氣候目標，常規水電及抽水蓄能的必要投資分別要達到850億美元/年及88億美元/年（IRENA，-2022a）。這些必要投資是2017年水電投資的三倍多，是2018年投資的五倍多。這表明，各國政府需要盡早出臺相關政策，尤其要考慮到水電較長的開發周期，提高水電項目的可融資性，鼓勵投資水電技術。達到所必需的投資水平并非易事，特別是考慮到特定的社會、技術、監管以及市場相關因素，投資水

59、電可能會比投資其他可再生能源技術更具挑戰性，此類因素包括：資本密集度與場址特異性：與其他一些可再生能源技術一樣，水電也是資本密集型的產業。同時，水電還具有高度的場址特異性，從而不可避免地需要為每個項目特別設計若干專用組件，無法像太陽能發電或風電項目一樣采用標準化太陽能電池板或風機，這無疑會耗費更多的時間與成本。此外，由于難以在施工開始之前準確預測地質條件，還可能會發生額外成本和延誤（Markkanen and Plummer Braeckman，2019）。水電的角色轉變：挑戰和機遇34 融資來源有限：水電融資需要長期貸款，對私人投資者的吸引力遠不及短期項目。此外，水電項目通常還具有較高的施工

60、風險。風險較高的項目會降低私人投資意愿，因此可能需要更多地依賴公共資金支持盡管這些項目還可以通過公私合作的方式來開發或融資（IFC，2015）。社會及環境問題：盡管在過去幾十年之中，水電已在提高可持續性方面取得了巨大進展，但與許多其他可再生能源技術相比，水電可持續性仍然較差。造成這種情況的主要原因在于，缺乏充分規劃與管理的水電項目可能會帶來災難性的后果。不幸的是這種情況在過去已經發生過，因此極有必要加大力度對水電項目進行嚴格監管，確保其能達到安全與環保要求。也就是說，只有經過充分規劃、管理到位的水電項目才能在創造巨大社會經濟效益的同時，最大限度地減少環境影響（章節2.2節已部分提及）。在這一點

61、上，世界銀行獨立評估小組實施的一項評估發現，90%以上經世行評估的水電投資項目符合適用的環境與社會安全維護要求以及相應的績效標準（World Bank，2020）。監管的不確定性：與太陽能、風能等其他可再生能源技術相比，水電項目獲批特許經營權過程要長得多，也要復雜得多。水電項目需利用水資源而不僅僅是一塊土地。這種復雜性可能會導致項目開發延遲，還會帶來很多不確定性（Markkanen and Plummer Braeckman，2019）。此外，環境復雜性、信息不清晰、缺乏專業知識以及主管部門人手不足等都可能會導致項目延誤（Levine，2021）。價值評估不充分：并非水電站提供的所有價值都可以

62、用貨幣來量化，這就會導致財務可行性與經濟可行性之間出現不一致。人們往往會根據其發電能力來評估水電項目的價值，容易忽視其他效益，比如提高電網靈活性與可靠性、提高洪旱災害抵御能力以及其他難以量化的各類社會經濟效益（詳見章節4.1）。此外，水電站所提供的輔助服務并不總是能夠得到電網運營商的適當補償，該問題對于抽水蓄能來說更具挑戰性。缺乏具備投資吸引力的項目：水電項目中。經過充分調研的項目數量有限。同時許多最有投資前景的項目又都集中在發展中經濟體。其中當前的挑戰與機遇35一些發展中經濟體可能還不具備貸款所需的信用評級，導致市場上即使有可用資金，相關項目也難以獲得融資(Markkanen and Plu

63、mmer Braeckman，2019)。M.Niebuhr Shutterstock水電的角色轉變：挑戰和機遇3604面向未來的水電雖然水電對于能源行業脫碳來說至關重要，但想要擁有光明的未來，還需要與時俱進。這就意味著水電行業、相關市場、監管機構以及其他利益相關者，都需要在某些方面做出改進與調整。本章將對必要的改革進行探討。4.1可持續性可再生能源項目必須具備可持續性和韌性。水電項目也不例外，因為其規劃或管理不力可能會對社會及環境造成嚴重且不利的影響，如強制移民、水情改變、生態系統破壞以及棲息地的改變。為避免這種情況，在規劃、實施新的水電項目時，在不損害其電力生產、提供輔助服務以及水利服務能

64、力的情況下，優先考慮將社會及環境的負面影響降至最低。這可以通過在水電項目的整個開發與運營過程中采取保護社區、水流、水質以及當地物種的適當措施來實現。與其他基礎設施項目一樣，水電項目帶來的環境影響無法完全避免，但可以采取措施使之最小化或予以抵消。例如，在建設抽水蓄能項目時，閉環式（純抽水蓄能項目）所造成的環境影響通常會比開放式（混合式抽水蓄能）小很多，這主要是由于純抽水蓄能具有更高的選址靈活性，可以避開河道（PNNL，2020）。從這個意義上來說，正在規劃新建抽水蓄能系統的國家，可能希望優先開發純抽水蓄能。如果能夠利用礦山、采石場等現有基礎設面向未來的水電37施，那么還可以進一步減輕影響。此外，

65、多用途水電項目所帶來的效益也可以抵消對環境的影響。例如，研究表明，大壩的蓄水能力不僅可以為灌溉、飲水、工業用水提供額外水資源，還可以起到洪水調節的作用，這些都可以轉化為經濟效益。其中一些收益可以用于植樹造林等工作，借以抵消由大壩建設而導致的淹沒地區的一些環境成本（Amjath-Babu et al.，2019）。在過去幾十年中，水電技術在可持續性上已取得了巨大進展，比如目前已投入使用的魚類友好型水輪機，和越發普遍使用的為防止水壩隔絕魚類遷徙路線所修建的魚道。其他一些相關技術創新還包括美國能源部正在研究的標準模塊化水電6，以及美國Natel Energy公司正在研發的生態恢復型水電7。國際水電協

66、會（International Hydropower Association，IHA）為提高水電項目的可持續性也做出了很多重要的貢獻。該協會與一個多方利益相關者委員會共同編制了一套水電可持續性評估工具（Hydropower1Sustainability Tools），其中包括優秀實踐指南以及可持續性評估協議。此外，2021年9月，國際水電協會還推出了 水電可持續性標準（Hydropower1Sustainability Standard），該標準主要用于對水電項目的可持續性合規情況進行評級與認證8。盡管在減少水電項目的影響方面已取得了可喜的進展，但我們仍需做出更多努力。我們需要開展更多研究、總

67、結最佳實踐來理解并應對某些現象，如蓄水區淹沒植被排放的甲烷以及水體甲基汞污染。在規劃階段解決環境影響比在項目建成后處理更容易、更經濟、更有效。支撐未來水電開發的一個關鍵概念就是統籌規劃，即需要綜合考慮以下事項（EC，2018）：將水資源、自然及能源政策目標相互整合；6 根據標準模塊化水電概念，可以將小型水電站分解成多個獨立的功能單元，每個功能單元都具有專門用途及通用接口（Witt et al.，2017）7 生態恢復型水電通過使用由低水頭結構配合小型水輪機所形成的仿生結構來恢復已退化流域的生態（Natel Energy，2020）。8 可登錄www.hydrosustainability.or

68、g，了解與 水電可持續發展標準 及 水電可持續發展工具集 相關的更多信息。水電的角色轉變：挑戰和機遇38 鼓勵所有利益相關者參與，減少后續影響或利益沖突；優先考慮能源、自然及水資源管理；提高透明度、簡化審批授權流程；管理水電站累積效應相關風險；立足流域管理，統籌制定戰略規劃。最后一點尤為重要。水電項目規劃不應僅關注水電站層面，而應在系統層面對新建項目進行規劃，考慮其他關聯資產、整個流域、甚至整個地區。泛美開發銀行（Inter-American Development Bank，IDB）所進行的一項分析表明，與基于項目的規劃方法相比，從系統層面入手進行規劃的方案能夠更早識別潛在沖突，并且在給定發

69、電量的情況下，更有可能減少社會及環境影響（IDB，2013）?？傊?，若要使水電真正具有可持續性，政府應重視其透明度，使民間團體能夠更多地參與規劃過程。與水電可持續性有關的另一個關鍵因素是泥沙管理。為確保水電設施的長期適應能力，需要及早并持續關注泥沙淤積。它會降低庫容、損壞水力機械設備，對水電、供水、灌溉服務的可持續性構成威脅（Annandale，Morris and Kakri，2016）。調節式水電有助于提高對天氣相關災害的抵御能力，例如，在旱季到來前蓄水緩解干旱造成的影響、在洪水期間控制水流與泥流等。然而，此類水電站卻也易受天氣變化影響。氣候變化對水電的影響在不同水電站和國家可能會有所不同

70、，如有些地區會因氣候變化而增加降雨，而另一些地區則可能會變得更加干旱9。預測氣候變化導致的降雨變化、水流變化以及極端天氣事件，對于水電開發規劃（IEA，2021b）以及充分的電力系統規劃來說非常關鍵。政府、運營商以及決策者需要意識到氣候變化可以對年徑流、徑流時間分布以及泥沙9 不同地區、國家或水電站所受影響均會有所不同。并非所有水電站都會受到氣候變化帶來的負面影響。有些水電站的徑流可能會增加，從而有利于生產。此類影響需要在水電站層面進行更為具體的評估。面向未來的水電39造成影響，這一點至關重要。國際水電協會為水電行業編制了 氣候適應力指南（Climate Resilience Guide）10

71、，旨在提供識別、評估及管理氣候風險的方法，提高水電項目的風險適應能力。4.2創新與靈活性如第3章所述，水電站面臨著各種挑戰，包括發電機組老化以及水電在電力系統中的角色變化，這些都會對水電站的盈利能力造成影響。盡管當前情勢極具挑戰性，但這也為水電站的現代化改造提供了絕佳的機會，通過提高水電站運行效率和范圍提升其整體靈活性，并改善水電站的經濟可行性。數字化水電站能夠通過使用為現代化運行設計（即擴大運行范圍、更快的爬坡速率要求、頻繁啟停）的組件升級資產、采用創新的運維方案等提高綜合效益。作為實現這一過程的基礎，數字化可以提高數據可用性、改善決策制定、提高水電站控制的精細度與能力。水電站可借助運行數字

72、化擴大運行范圍、提高運行效率、降低運維成本、延長設備使用壽命。隨著智能化數字控制策略與監控的引入，運營商能夠收集更多數據，更好地了解水電站及其部件在不同條件下的性能。這有助于管理者做出更加明智的決策，更好地管理水電站的運行。數字化還能優化組件設計，實現更加靈活的運行。此外，數字化還能為實施預測性維護策略奠定基礎，借以降低運維成本、提高水電站壽命。數字孿生技術也是該領域的一項創新性應用。數字孿生可以對實體水電站進行數學建模，用于模擬不同的運行條件，同時監控各種參數及系統特性。通過這種方式，數字孿生能夠預測水電站在特定條件下的運行，從而實10 可登錄www.hhydropower.org/publ

73、ications/hydropower-Climate-Resilience-Guide查閱 氣候變化適應能力指南 并了解更多信息。水電的角色轉變：挑戰和機遇40現操作優化和維護方案的改進。據Kougias等人（2019）估計，全球水電機組實現數字化，能使年發電量增加42TWh，大約相當于年產量的1%。雖然這個數字看起來相對較小，但該研究量化估算，由此節約的年運行成本可達50億美元。其他相關工具包括構建信息模型以及虛擬設計與施工，這些工具有助于在整個生命周期內不斷改進水電項目。值得強調的是，整套資產并不一定需要完全實現數字化，也可以通過實現部分資產的數字化來增加價值。如前所述，水電項目具有極高

74、的場址特異性。每個水電站在設計及運營方面都是各具特性，這是水電行業實現數字化面臨的難題之一。標準化的重要性也由此顯現出來。標準可以推動數字化進程，并實現不同市場參與者以及不同國家地區間的信息兼容和共享。此外，許多水電項目被認為是關鍵基礎設施，因此還需要加強網絡安全措施，以防止任何不可預見的安全相關問題。靈活性為確保水電站能夠在未來能源系統中發揮應有的作用，除基荷發電之外，它還必須為電網提供容量（短期）以及電量（中長期）靈活性（INESC TEC，2020）。如前所述，許多水電站都是在幾十年前開發的，與現在的運行環境大不相同。這導致水電站不得不更加頻繁地在非滿負荷的狀態下運行，啟停循環頻次以及負

75、荷變化頻次都大幅增加。以提升自身靈活性以及電力系統的整體靈活性為目標對水電資產進行改進會產生巨大收益。此類改進可以通過不同方式進行，例如（INESC TEC，2020）：重新設計水電站：通過安裝水泵、可逆式水泵水輪機或電池來增加儲能設施。該方案需要修建土木工程、購置新設備，在某些情況下還需要加強與電網的連接。設備升級1：老舊水電站可以通過采用現代化設備來提升效率、擴充容量、擴大運行范圍。例如，美國能源部（2018）估計，通過采用現代化設備，水電站可以將運行效率提升1-3%。該方案需要修建土木工程、購置新設備，和/或在某些情況下還需要加強與電網的連接。面向未來的水電41更智能的電廠：在過去十年中

76、，技術有了長足的進步，水輪機設備廠家的新型傳感與測試能力使應用軟件可以提高運行的效率及可控性，同時還有利于水電站擴大運行范圍。該方案不需要修建土木工程，也不需要變更主要設備。此類升級改進不僅有利于電網，還可以通過低負荷運行或促進參與輔助服務市場增加水電站的收益。2013年，美國電力研究院（Electric-Power Research Institute，EPRI）估計，擴大美國現有抽水蓄能電站的運行范圍可使其收入平均增加61%（EPRI，2013）。水電參與的多能互補將水電與其他波動性可再生能源發電技術相結合，可以產生更多的協同效應。在水電站增設光伏或風電設施可以形成多種優勢。例如，將水電與

77、漂浮式光伏相結合具有以下優勢（Lee et al.，2020）：提高土地利用效率，避免占用更多土地，減少用地相關利益沖突。通過減少水分蒸發來節約水資源。利用這兩種技術的互補性，改善電力系統在不同的調度區間（季調節、日調節、小時調節、分鐘調節）的運行效率。旱季功率輸出補償。與抽水蓄能結合后，可增加儲能并使用多余的太陽能為抽水蓄能電站蓄電?？赏ㄟ^增加發電量以及提供比獨立系統更高的容量系數，提高輸電利用率?？捎晒夥到y在產電高峰時段供電、水電根據需要進行上行或下行供電調節，或利用光伏為抽水蓄能電站蓄電，減少棄電。通過利用現有輸電基礎設施減少輸電系統并網成本。如章節2.3所述，若能在全球現有水庫安裝漂

78、浮式光伏，其技術可開發水電的角色轉變：挑戰和機遇42量可達4.2-10.6PWh/年（Lee等人，2020），其中，10.6PWh相當于全球年發電量的三分之一以上。在水電多能互補方面，還有一個值得探究的方案，即搭配電池儲能系統。將電池與水力發電機配對可以帶來諸多益處，包括：減少機械壓力來延長使用壽命、增加參與能源與輔助市場的機會、提升儲能靈活性以及擴大運行范圍（Andritz，2022）。Norbachov Shutterstock面向未來的水電43引述資料1“水電+電池”發電項目示例加拿大阿爾伯塔省的電網高度依賴化石燃料發電，水電資源有限。光伏及風電的開發正在迅速增長，對其波動性的補償需求也

79、因而與日俱增。雖然化石燃料發電可以輕松實現所需靈活性，但更好的替代方案還是無排放的水電。然而，在水電資產有限的情況下，面臨的挑戰在于如何最大限度地提高其靈活性。為了解決這一問題，加拿大電力供應商TransAlta正計劃開發WaterCharger電池儲能項目。該項目計劃為56MW的Ghost水電站增設180MW的鋰離子電池儲能。該項目可帶來多種好處，包括：確保電池使用清潔電力充電（這對于嚴重依賴化石燃料發電的電網來說很重要）。允許生產商通過使用生態流量（環保要求）為電池組充電來獲取利潤，來抵消因風電和光伏的過剩而導致的損失。在需求較高或太陽能及風能發電出力較低的時期使用儲存的電力。大量擴容以提

80、供更多輔助服務。該項目計劃于2023年開建，預計9個月完工。1234567階段 電池儲能系統附近地圖階段 電池儲能系統臨時施工設施區潛在分布式并網區1 Ghost大壩5 車間樓6 活動拖車辦公室7 倉庫2 水電站3 138 kV變電站4 辦公樓/管理大樓現有設備:注:kV=千伏。來源：TransAlta(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇44抽水蓄能作為最大的儲能裝置，抽水蓄能能夠在電網中靈活運行，因此無疑會在未來的電力系統中發揮重要作用。盡管如此，抽水蓄能電站的靈活性仍有改進的空間。采用可變速機組將是現有抽水蓄能電站的重大升級，也是未來項目發展的一項重要技術。根據美國電力研究院（2013）

81、的數據，美國抽水蓄能電站在安裝可變速機組后，收入可以增加85%。大多數抽水蓄能電站只能調整發電量，并且水泵也只能滿負荷運行。而采用變速機組，可以調整水泵運行功率，使其非滿負荷運行，能夠更充分地利用電網中的富余電力，運行更加靈活（GE，2016）。4.3監管與市場政府可以在保證水電持續開發方面發揮作用，并借此為電力行業脫碳鋪平道路。政府可以通過提供激勵措施、創造適當的營商環境，幫助水電行業吸引必要的投資。這些激勵措施包括（Markkanen and Plummer Braec kman，2019）：減免稅費。提供優惠性撥款或貸款。加速資產折舊。提供基于環境績效的補貼。為水資源管理等非發電類服務提

82、供補貼。承擔部分資本金（例如在項目提供防洪等難以通過貨幣量化的好處時）。為新技術的開發與測試建立支持體系。面向未來的水電45政府還可以通過簡化審批和核準流程來加快水電的進一步開發，這將減少水電項目相關監管的不確定性，提高其投資吸引力。但單獨依靠激勵措施或簡化監管可能都不足以開發所需的水電裝機。將激勵措施與簡化監管緊密結合、協調實施，可以加快水電的開發（Cox，2016）。此外，將可持續水電納入綠色債券也有利于籌集更多資金，利于可持續水電的開發；但也有例外，這取決于市場認知度以及債券發行人的風險規避行為。水電項目的前期費用和審批成本并非依據電站大小成正比增減，因此上述措施對于小型水電項目來說尤為

83、有利?！按笮晚椖靠梢酝ㄟ^規模經濟降低審批費用，但對于小型項目來說這是不可能做到的”（Levine et al.，2021）。電力市場也必須改變，以充分補償水電提供的大量非發電服務。隨著波動性可再生電源在全球電力系統中的份額不斷增加，水電提供輔助服務的能力變得越來越有價值。然而，大多數市場目前并未充分認識或充分補償此項附加價值。對于一些市場來說，鼓勵水電更多地參與能源市場，包括按分鐘結算的市場，有利于水電的發展，同時也能讓電力系統得益于其發揮的充分靈活性。期貨市場的發展也會使必須提前制定出力方案的水電站獲益。此外，建立包含需求側響應的系統，有助于減弱電量及備用市場上的市場因素，使水電企業（及其他

84、電力生產企業）能夠獲得更有競爭力的電量及輔助服務價格。簡而言之，此類市場應充分利用水電提供的靈活性，并補償其儲能能力和調節服務，如動態無功支持、一次頻率響應以及分鐘級部署服務等（EPRI，2013）。水電的角色轉變：挑戰和機遇46引述資料2國際可再生能源署電力儲能評估框架2020年3月，國際可再生能源署發布了一份名為電力儲能評估框架：系統價值評估及項目可行性保障（Electricity Storage Valuation Framework：Assessing system value and ensuring project viability）的報告。該報告提出了一個五階段的方法，用于評估

85、儲能價值和創造可行投資條件，旨在為有效整合太陽能及風能而部署儲能提供指導。該報告分三個部分從不同角度對儲能價值進行了詳細探討：第1部分為決策者、監管機構以及電網運營商概述了框架流程。第2部分為專家及建模人員更為詳細地描述了框架的方法。第3部分介紹了實際案例，包括具有成本效益的儲能案例以及服務收入最大化示例。該報告的調查結果包括：儲能服務有助于處理太陽能及風能開發給電力系統帶來的波動性與不確定性。通過同時提供多種服務，電力儲能可以積累收益，提高盈利能力。某些儲能技術本質上比其他儲能技術更適合某些服務。例如，電池儲能系統能夠對信號作出快速響應，為開發全新的高價值系統服務開辟了道路。電力儲能有助于加

86、快離網電氣化進程，可大幅提高波動性可再生電源的占比，并間接幫助運輸行業實現脫碳。對儲能價值的不良會計核算會導致出現所謂的“資金漏算”，致使過低估算市場營收，無法吸引投資者。面向未來的水電47從歷史上看，輔助服務大多都是基于長期合同按固定價格結算，而不是通過現貨市場結算。構建創新型市場結構與機制，充分補償這些越來越有價值的服務，對于確保水電項目（特別是抽水蓄能項目）的經濟可行性至關重要。目前，只有少數國家的市場能為這些服務提供充分的補償，愛爾蘭是其中之一，其輸電系統運營商EirGrid推出了“DS3計劃”，試圖解決高比例的可再生能源發電并網面臨的問題。該計劃選擇并支付了14種不同的電網服務，確保

87、電網能夠安全高效運行（EirGrid，2020）。研究表明，如果水電站同時參與能源和輔助服務市場，其價值可能比僅在能源市場運行要高得多?！皩τ诳捎盟康偷乃娬緛碚f，這一變動極為重要，因為它們能夠在不使用緊俏的水資源的情況下通過提供輔助服務獲利”（Perekhodtsev and Lave，2018）。4.4合作最后，國際合作以及多方利益相關者合作是未來水電成功的關鍵。行業、政府及監管機構需要通力合作，分享經驗教訓，共同開發創新解決方案，應對水電當前面臨的各類挑戰。流域管理無疑是一個至關重要的合作領域，需要不同國家、不同地區的各利益相關者群體相互協調、相互合作。國際合作能夠促進經驗與最佳實踐的

88、分享，從而可以幫助各國政府加快制定有利于水電開發的政策法規。目前已有一些正在開展的工作，旨在推進不同層次的水電合作。2020年，國際可再生能源署啟動了水電合作框架11，作為一個平臺旨在促使各國一道：共同明確優先事項、協調統一行動、增進國際合作，深入認識水電在能源轉型中的作用，提高對最迫切問題的認識，確保未來水電的廣泛開發。該框架旨在推動水電相關事務，包括融資、靈活性、韌性以及可持續性上的進展。此外，該框架歡迎私營部門積極參與，為有效開展公私對話、合作以及協調提供有效契機，確保水電技術的持續有效運用。11 可聯系infoirena.org，獲取與該 水力發電合作框架 相關的更多信息。水電的角色轉

89、變：挑戰和機遇48另一項倡議是“國際抽水蓄能論壇”（International Forum on Pumped Storage Hydropower，IFPSH）12。該論壇是由國際水電協會發起創辦的政府主導的多方利益相關方平臺，現由美國能源部擔任主席。該論壇就可持續抽水蓄能如何為能源轉型提供最優支持這一問題制定指導與建議，塑造并強化抽水蓄能的作用。12 可登錄https:/pumped-storage-forum.hydropower.org，了解與“抽水蓄能式水力發電國際論壇”相關的更多信息。Yalcin Sonat Shutterstock49參考文獻參考文獻Amjath-Babu,T.

90、S.,Sharma,B.,Brouwer,R.,Rasul,G.,Wahid,S.M.,Ne-upane,N.,Bhattaraif,U.andSiebera,S.(2019),“Integrated modelling of the impacts of hydropower projects on the water-food-energy nexus in a trans-boundary Himalayan river basin”,Applied Energy,Vol.239/April,pp.494-503,https:/doi.org/10.1016/j.apenergy.201

91、9.01.147.Andritz(2022),“HyBaTec Hybrid battery solution for hydropower by ANDRITZ Hydro”,Andritz Hydro,Graz,https:/ 20 April 2022).Andritz(2019),Large Hydropower Solutions,Andritz Hydro,Graz, and Analysis of Value of Advanced Pumped Storage Hydropower in the United States,Argonne National Laboratory

92、,Lemont,IL,https:/publications.anl.gov/anlpubs/2014/07/105786.pdf.Annandale,G.W.,Morris,G.L.andKakri,P.(2016),Extending the Life of Reservoirs:Sustainable Sediment Management for Dams and Run-of-River Hydropower,Directions in Development Energy and Mining,World Bank,Washington,D.C.,https:/openknowle

93、dge.worldbank.org/handle/10986/25085.License:CC BY 3.0 IGO.Bloomberg(2022),“Chinas massive hydro energy storage goals may be getting bigger”,Bloomberg News Website,Bloomberg,London, outlook”,California Independent System Operator,Folsom,California, 31 March 2022).Cox,S.(2016),Financial Incentives to

94、 Enable Clean Energy Deployment Policy Overview and Good Practices,National Renewable Energy Laboratory,Golden,CO,www.nrel.gov/docs/fy16osti/65541.pdf.DOE(2020),DOE Global Energy Storage Database,U.S.Department of Energy,National Technology&Engineering Sciences of Sandia,LLC,Albuquerque,www.sandia.g

95、ov/ess-ssl/global-energy-storage-database/.DOE(2018),Hydropower Vision:A New Chapter for Americas 1st Renewable Electricity Source,U.S.Department of Energy,Washington,D.C.,www.energy.gov/sites/default/files/2018/02/f49/Hydropower-Vision-021518.pdf.EC(2018),Guidance Document on the Requirements for H

96、ydropower in Relation to EU Nature Legislation,European Commission,Brussels,https:/ec.europa.eu/environment/nature/natura2000/management/docs/Hydro%20final%20June%202018.pdf.EirGrid(2020),“DS3 Programme”,EirGrid Group,Dublin, on 20 January 2020).EPRI(2013),Quantifying the Value of Hydropower in the

97、Electric Grid:Final Report,Electric Power Research Institute,Washington,D.C., hydropower and water-storage potential in future glacier-free basins”,Nature,Vol.575/November,pp.341-344.https:/doi.org/10.1038/s41586-019-1740-z.Fekete,B.,Wisser,D.,Kroeze,C.,Mayorga,E.,Bouwman,L.,Wollheim,W.M.andVrsmarty

98、,C.(2010),“Millennium ecosystem assessment scenario drivers(1970-2050):Climate and hydrological alterations”,Global Biogeochemical Cycles,Vol.24/4,https:/doi.org/10.1029/2009GB003593.51參考文獻Garrett,K.,McManamay,R.A.andWang,J.(2021),“Global hydropower expansion without building new dams”,Environmental

99、 Research Letters,Vol 16/11,https:/iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac2f18#artAbst.Gaudard,L.andRomerio,F.(2014),“The future of hydropower in Europe:Interconnecting climate,markets and policies”,Environmental Science and Policy,Vol.37/March,pp.172-181,https:/doi.org/10.1016/j.envsci.2013

100、.09.008.GE(2016),“Variable-speed pumped storage”,GE Renewables,Paris, assessment of global technical and eco-nomic hydropower potential”,Nature Energy,Vol.2/10,pp.821-828,https:/doi.org/10.1038/s41560-017-0006-y.Goldberg,J.andEspesethLier,O.(2011),“Rehabilitation of hydropower:An introduction to eco

101、nomic and technical issues”,World Bank,Washington,D.C.,https:/openknowledge.worldbank.org/handle/10986/17251.License:CC BY 3.0 IGO.Hoes,O.A.C.,Meijer,L.J.J.,vanderEnt,R.J.andvandeGiesen,N.C.(2017),“Systematic high-resolution assessment of global hydropower potential”,PLOS ONE,12,PLOS,San Francisco,h

102、ttps:/doi.org/10.1371/journal.pone.0171844.Hunt,J.D.,Byers,E.,Wada,Y.,Parkinson,S.,Gernaat,D.E.H.J.,Lan-gan,S.,vanVuuren,D.P.andRiahi,K.(2020),“Global resource potential of seasonal pumped hydropower storage for energy and water storage”,Nature Communications,Vol.11/947,https:/doi.org/10.1038/s41467

103、-020-14555-y.IDB(2013),The Next Frontier of Hydropower Sustainability:Planning at the System Scale,Inter-American Development Bank,Washington,D.C.,https:/publications.iadb.org/en/new-frontier-hydropower-sustainability-planning-system-scale.IEA(2021a),“Electricity information”,International Energy Ag

104、ency,Paris,www.iea.org/data-and-statistics/data-product/electricity-information(accessed 16 March 2022).52水電的角色轉變：挑戰和機遇IEA(2021b),“Hydropower special market report:Analysis and forecast to 2030”,International Energy Agency,Paris,www.iea.org/reports/hydropower-special-market-report.IFC(2015),“Hydroel

105、ectric Power:A guide for developers and investors”,International Finance Corporation,Washington,D.C.,https:/openknowledge.worldbank.org/handle/10986/22788.License:CC BY-NC-ND 3.0 IGO.INESCTEC(2020),XFLEX Hydro:Flexibility,Technologies and Scenarios for Hydropower,Institute for Systems and Computer E

106、ngineering,Technology and Science,Porto,https:/ energy transitions outlook 2022:1.5C Pathway,International Renewable Energy Agency,Abu Dhabi,www.irena.org/publica-tions/2022/Mar/World-Energy-Transitions-Outlook-2022.IRENA(2022b),Renewable capacity statistics 2022,International Renewable Energy Agenc

107、y,Abu Dhabi,www.irena.org/publications/2022/Apr/Renewable-Capacity-Statistics-2022.IRENA(2022c),“Statistics time series”,International Renewable Energy Agency,Abu Dhabi,www.irena.org/Statistics/View-Data-by-Topic/Capacity-and-Genera-tion/Statistics-Time-Series.IRENA(2022d),Renewable power generation

108、 costs in 2021,International Renewable Energy Agency,Abu Dhabi,www.irena.org/publications/2022/Jul/Re-newable-Power-Generation-Costs-in-2021.IRENA(2019),“Renewable energy now accounts for a third of global power capacity”,International Renewable Energy Agency,Abu Dhabi,www.irena.org/newsroom/pressre

109、leases/2019/Apr/Renewable-Energy-Now-Ac-counts-for-a-Third-of-Global-Power-Capacity(accessed 16 March 2022).IRENAandCPI(2020),Global landscape of renewable energy finance 2020,International Renewable Energy Agency,Abu Dhabi,www.irena.org/publica-tions/2020/Nov/Global-Landscape-of-Renewable-Energy-Fi

110、nance-2020.53參考文獻Kougias,I.,Aggidis,G.,Avellan,F.,Deniz,S.,Lundin,U.,Moro,A.,Muntean,S.,Novara,D.,Prez-Daz,J.I.,Quaranta,E.,Schild,P.andTheodossiou,N.(2019),“Analysis of emerging technologies in the hydropower sector”,Renewable and Sustainable Energy Reviews,Vol.113/October,https:/doi.org/10.1016/j.

111、rser.2019.109257.Lee,N.,Grunwald,U.,Rosenlieb,E.,Mirletz,H.,Aznar,A.,Spencer,R.andCox,S.(2020),“Hybrid floating solar photovoltaics-hydropower systems:Benefits and global assessment of technical potential”,Renewable Energy,Vol.162/December,pp.1415-1427,https:/doi.org/10.1016/j.renene.2020.08.080.Leh

112、ner,B.Czisch,G.andVassolo,S.(2005),“The impact of global change on the hydropower potential of Europe:A model-based analysis”,Energy Policy,Vol.33/7,pp.839-855,https:/doi.org/10.1016/j.enpol.2003.10.018.Levine,A.Pracheil,B.,Curtis,T.,Smith,L.,Cruce,J.,Aldrovandi,M.,Brelsford,C.,Buchanan,H.,Fekete,E.

113、,Parish,E.,Uria-Martinez,R.,Johnson,M.andSingh,D.(2021),An Examination of the Hydropower Licens-ing and Federal Authorization Process,National Renewable Energy Laboratory,Golden,CO,www.nrel.gov/docs/fy22osti/79242.pdf.Markkanen,S.andPlummerBraeckman,J.(2019),“Financing sustainable hydropower project

114、s in emerging markets:an introduction to concepts and terminology”,The University of Manchester and University of Cambridge Institute for Sustainability Leadership,Cambridge,www.cisl.cam.ac.uk/resourc-es/sustainable-finance-publications/financing-sustainable-hydropower-pro-jects-in-emerging-markets-

115、an-introduction-to-concepts-and-terminology.NatelEnergy(2020),“Restoration hydro”,Natel Energy Inc.,Alameda,CA, on 20 January 2021).Perekhodtsev,D.andLave,L.(2018),Value of Hydro Power Plants in Integrat-ed Markets for Energy and Ancillary Services,Carnegie Mellon University,Pittsburgh,PA,https:/doi

116、.org/10.1184/R1/6709043.v1.PNNL(2020),A Comparison of the Environmental Effects of Open-Loop and Closed-Loop Pumped Storage Hydropower,Pacific Northwest National 54水電的角色轉變：挑戰和機遇Laboratory,Richland,WA,www.energy.gov/eere/water/downloads/compari-son-environmental-effects-open-loop-and-closed-loop-pump

117、ed-storage.Pokhrel,Y.,Oki,T.andKanae,S.(2008),“A grid based assessment of global theoretical hydropower potential”,Proceedings of Hydraulic Engineering,Vol.52,pp.7-12,https:/doi.org/10.2208/prohe.52.7.RE100(2019),Global Pumped Hydro Energy Storage Atlas,100%Renewable Energy Group,Australian National

118、 University,Canberra,http:/re100.eng.anu.edu.au/global/.S&PGlobal(2022),UDI World Electric Power Plants Database,S&P Global Platts,London.Seidel,U.,Mende,C.,Hbner,B.,Weber,W.andOtto,A.(2020),“Dynamic loads in Francis runners and their impact on fatigue life”,IOP Conference Series:Earth and Environme

119、ntal Science,Vol.22,https:/doi.org/10.1088/1755-1315/22/3/032054.TransAlta(2022),“WaterCharger battery storage”,TransAlta,Calgary,https:/ 20 April 2022).Witt,A.,Fernandez-McKeown,A.,Mobley,M.,DeNeale,S.,Bevelhimer,M.andSmith,B.(2017),“How standard modular hydropower can enhance the environmental,eco

120、nomic,and social benefits of new small hydropower development”,Proc.HydroVision International,HydroVision International,Denver,CO,www.osti.gov/biblio/1461945WorldBank(2020),Evaluation of the World Bank Groups Support for Electricity Supply from Renewable Energy Resources,20002017,World Bank Group,Wa

121、shington,D.C.,https:/ieg.worldbankgroup.org/evaluations/renewable-energy.Zhou,Y.,Hejazi,M.,Smith,S.,Edmonds,J.,Li,H.,Clarke,L.,Calvina,K.andThomson,A.(2015),“A comprehensive view of global potential for hydro-generated electricity”,Energy Environmental Science,Vol.8/July,pp.2622-2633,https:/doi.org/

122、10.1039/C5EE00888C.55附錄A 圖表中所示的國家、區域和地區列表非洲阿爾及利亞、安哥拉、貝寧、博茨瓦納、布基納法索、布隆迪、佛得角、喀麥隆、中非共和國、乍得、科摩羅、剛果（金）、剛果（布）、科特迪瓦、吉布提、埃及、赤道幾內亞、厄立特里亞、斯瓦蒂尼、埃塞俄比亞、加蓬、岡比亞、加納、幾內亞、幾內亞比紹、肯尼亞、萊索托、利比里亞、利比亞、馬達加斯加、馬拉維、馬里、毛里塔尼亞、毛里求斯、馬約特、摩洛哥、莫桑比克、納米比亞、尼日爾、尼日利亞、留尼汪島、盧旺達、圣赫勒拿島、阿森松島和特里斯坦達庫尼亞、圣多美和普林西比、塞內加爾、塞舌爾、塞拉利昂、索馬里、南非、南蘇丹、蘇丹、坦桑尼亞聯合共

123、和國、多哥、突尼斯、烏干達、西撒哈拉、贊比亞。亞洲阿富汗、孟加拉國、不丹、文萊達魯薩蘭國、柬埔寨、中國、香港特別行政區(中國)、澳門特別行政區(中國)、中國臺灣、印度、印度尼西亞、日本、哈薩克斯坦、朝鮮民主主義人民共和國、大韓民國、吉爾吉斯斯坦、老撾人民民主共和國、馬來西亞、馬爾代夫、蒙古、緬甸、尼泊爾、巴基斯坦、菲律賓、新加坡、斯里蘭卡、塔吉克斯坦、泰國、東帝汶、土庫曼斯坦、烏茲別克斯坦、越南。中美洲和加勒比地區安圭拉、安提瓜和巴布達、阿魯巴、巴哈馬、巴巴多斯、伯利茲、博奈爾、圣尤斯特修斯和薩巴、英屬維爾京群島、開曼群島、哥斯達黎加、古巴、庫拉索、多米尼加、多米尼加共和國、薩爾瓦多、格林納達

124、、瓜德羅普、危地馬拉、海地、洪都拉斯、牙買加、馬提尼克、蒙特塞拉特、尼加拉瓜、巴拿馬、波多黎各、圣巴泰勒米、圣基茨和尼維斯、圣盧西亞、圣馬丁、圣文森特和格林納丁斯、特立尼達和多巴哥、特克斯和凱科斯群島、美屬維爾京群島。附錄A 圖表中所示的國家、區域和地區列表水電的角色轉變：挑戰和機遇56歐亞大陸亞美尼亞、阿塞拜疆、格魯吉亞、俄羅斯聯邦、土耳其。歐洲阿爾巴尼亞、安道爾、奧地利、白俄羅斯、比利時、波黑、保加利亞、克羅地亞、塞浦路斯、捷克共和國、丹麥、愛沙尼亞、法羅群島、芬蘭、法國、德國、直布羅陀、希臘、梵蒂岡、匈牙利、冰島、愛爾蘭、意大利、科索沃*、拉脫維亞、列支敦士登、立陶宛、盧森堡、馬耳他、摩

125、爾多瓦共和國、摩納哥、黑山、荷蘭、北馬其頓、挪威、波蘭、葡萄牙、羅馬尼亞、圣馬力諾、塞爾維亞、斯洛伐克、斯洛文尼亞、西班牙、瑞典、瑞士、英國、烏克蘭。中東巴林、伊朗伊斯蘭共和國、伊拉克、以色列、約旦、科威特、黎巴嫩、阿曼、卡塔爾、沙特阿拉伯、巴勒斯坦國、阿拉伯敘利亞共和國、阿拉伯聯合酋長國、也門。北美洲百慕大群島、加拿大、格陵蘭島、墨西哥、圣皮埃爾和密克隆群島、美國。大洋洲美屬薩摩亞、澳大利亞、圣誕島、科科斯(基林)群島、庫克群島、斐濟、法屬波利尼西亞、關島、基里巴斯、馬紹爾群島、密克羅尼西亞聯邦、瑙魯、新喀里多尼亞、新西蘭、紐埃、諾?？藣u、北馬里亞納群島、帕勞、巴布亞新幾內亞、皮特凱恩、薩摩

126、亞、所羅門群島、托克勞、湯加、圖瓦盧、瓦努阿圖、沃利斯和富圖納群島。南美洲阿根廷、玻利維亞、巴西、智利、哥倫比亞、厄瓜多爾、?？颂m群島(馬爾維納斯)、法屬圭亞那、圭亞那、巴拉圭、秘魯、南喬治島和南桑威群島、蘇里南、烏拉圭、委內瑞拉玻利瓦爾共和國。1 來源：聯合國統計使用的標準國家或地區代碼(M49 清單)http:/unstats.un.org/unsd/methods/m49/m49.htm。2 注：(*)在本出版物中，對科索沃*的稱呼不影響有關其地位的立場，并符合聯合國安全理事會第1244號決議(1999)。57附錄B 區域數據非洲圖 B.1 2000年-2021年非洲水電裝機容量和發電量

127、MW040 00035 00030 00025 00020 00015 0005 00010 0002000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021常規水電 抽水蓄能GWh0160 000140 000120 000100 00080 00060 00020 00040 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來

128、源：IRENA(2022b)附錄B 區域數據水電的角色轉變：挑戰和機遇58圖 B.2 2021年非洲水電裝機容量贊比亞莫桑比克蘇丹尼日利亞加納摩洛哥津巴布韋其他埃塞俄比亞安哥拉埃及民主剛果南非摩洛哥蘇丹34.3 GW3.2 GW抽水蓄能12%11%8%86%14%0%8%7%7%6%5%5%4%3%24%注：GW=吉瓦；DR Congo=民主剛果共和國。來源：IRENA(2022b)圖 B.32022年-2037年非洲列入開發計劃的水電項目60.8 GW4.9 GW抽水蓄能49%31%20%25%11%9%6%6%6%5%5%4%4%3%16%幾內亞其他坦桑尼亞南蘇丹烏干達喀麥隆安哥拉贊比亞莫

129、桑比克尼日利亞埃塞俄比亞民主剛果摩洛哥埃及南非注：GW=吉瓦；DR Congo=民主剛果共和國?；冢篠&P Global(2022)附錄A 圖表中所示的國家、區域和地區列表59圖 B.4按投產年份統計的非洲水電裝機容量MW03 5003 0002 5002 0001 5001 000500N/A189410%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1899190419091914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中注：數據包括抽水蓄能

130、。沒有投產日期的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據水電的角色轉變：挑戰和機遇60亞洲圖 B.5 2000年-2021年亞洲水電裝機容量和發電量MW0700 000600 000500 000400 000300 000200 000100 0002000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021常規水電 抽水蓄能GWh02 000 0001 800 0001 600 0001 400 0001 200

131、000800 000600 000400 000200 0001 000 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022b)附錄B 區域數據61圖 B.6 2021年亞洲水電裝機容量巴基斯坦老撾馬來西亞 朝鮮中國臺灣塔吉克斯坦朝鮮其它泰國菲律賓印度中國日本中國印度日本越南522.6 GW71.7 GW抽水蓄能44%37%6%6%4%2%1%64%11%5%4%2%2%2%1%8%注：GW=吉瓦；Lao PDR=老撾人民

132、民主共和國；DPR Korea=朝鮮民主主義人民共和國。來源：IRENA(2022b)圖 B.7 2022年-2037年亞洲列入開發計劃的水電項目311.2 GW70.8 GW抽水蓄能57%22%5%5%3%3%3%1%1%26%20%12%11%8%4%3%3%3%2%2%6%塔吉克斯坦老撾吉爾吉斯斯坦烏茲別克斯坦泰國馬來西亞尼泊爾菲律賓其它緬甸不丹印度尼西亞印度尼西亞越南菲律賓尼泊爾巴基斯坦印度中國印度日本中國0%注：GW=吉瓦；Lao PDR=老撾人民民主共和國?；冢篠&P Global(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇62圖 B.8按投產年份統計的亞洲水電裝機容量MW035 00

133、030 00025 00020 00015 00010 0005 000N/A189410%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1899190419091914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中注：數據包括抽水蓄能水電。沒有投產日期的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據63中美洲和加勒比地區圖 B.9 2000年-2021年中美洲和加勒比地區水電裝機容量和發電量MW

134、09 0008 0007 0006 0005 0004 0002 0001 0003 0002000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021常規水電 抽水蓄能GWh035 00030 00025 00020 00015 00010 0005 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022b)水

135、電的角色轉變：挑戰和機遇64圖 B.10 2021年中美洲和加勒比地區水電裝機容量薩瓦爾多其他多米尼加哥斯達黎加巴拿馬危地馬拉洪都拉斯8.3 GW29%22%19%10%8%7%5%注：GW=吉瓦。來源：IRENA(2022b)圖 B.11 2022年-2037年中美洲和加勒比地區列入開發計劃的水電項目7.2 GW24%16%16%16%14%8%6%多米尼加薩爾瓦多危地馬拉哥斯達黎加洪都拉斯尼加拉瓜巴拿馬注：GW=吉瓦?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據65圖 B.12 按投產年份統計的中美洲和加勒比地區水電裝機容量MW09008007006005004003002001

136、00N/A189410%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1899190419091914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中注：數據包括抽水蓄能水電。沒有投產日期的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇66歐亞大陸圖 B.13 2000年-2021年歐亞大陸水電裝機容量和發電量MW0100 00090 00080 00070 00060 00050 000

137、30 00020 00010 00040 0002000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021常規水電 抽水蓄能GWh0350 000300 000250 000200 000150 000100 00050 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022b)附錄B 區域數據67圖 B.14

138、 2021年歐亞大陸水電裝機容量俄羅斯聯邦土耳其俄羅斯聯邦格魯吉亞阿塞拜疆亞美尼亞88.6 GW1.4 GW抽水蓄能100%58%35%4%2%1%注：GW=吉瓦。來源：IRENA(2022b)圖 B.152022年-2037年歐亞大陸列入開發計劃的水電項目21.9 GW3.3 GW抽水蓄能72%25%3%43%43%12%1%1%亞美尼亞阿塞拜疆格魯吉亞格魯吉亞土耳其俄羅斯聯邦土耳其俄羅斯聯邦注：GW=吉瓦?；冢篠&P Global(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇68圖 B.16按投產年份統計的歐亞大陸水電裝機容量MW04 5004 0003 5003 0002 5002 0001

139、5001 000500N/A189410%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1899190419091914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中注：數據包括抽水蓄能水電。沒有投產日期的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據69歐洲圖 B.17 2000年-2021年歐洲水電裝機容量和發電量MW0250 000200 000150 000100 00050 000200

140、0200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021常規水電抽水蓄能GWh0700 000600 000500 000400 000300 000200 000100 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022b)。水電的角色轉變：挑戰和機遇70圖 B.18 2021年歐洲水電裝機容量奧地利羅馬尼亞

141、烏克蘭烏克蘭盧森堡其他葡萄牙其他德國奧地利英國法國挪威法國瑞典瑞士葡萄牙波蘭西班牙瑞士意大利西班牙德國意大利195.7 GW28.3 GW抽水蓄能13%13%10%10%8%6%6%6%3%3%3%19%19%12%9%9%6%4%2%3%3%17%8%8%注：GW=吉瓦。來源：IRENA(2022b)圖 B.192022年-2037年歐洲列入開發計劃的水電項目17.6 GW28.6 GW抽水蓄能14%13%12%12%9%8%4%4%3%3%3%15%13%9%8%7%7%7%7%5%5%4%4%24%塞爾維亞羅馬尼亞葡萄牙奧地利克羅地亞意大利冰島其他希臘波蘭其他意大利羅馬尼亞挪威西班牙瑞士

142、德國烏克蘭英國奧地利波斯尼亞和黑塞哥維那烏克蘭阿爾巴尼亞黑山注：GW=吉瓦?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據71圖 B.20按投產年份統計的歐洲水電裝機容量MW09 0004 0005 0006 0007 0008 0003 0002 0001 000N/A189410%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1899190419091914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中注：數據包括抽水蓄能水電。沒有投產日期

143、的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇72中東圖 B.21 2000年-2021年中東水電裝機容量和發電量MW018 00016 00014 00012 00010 0008 0006 0004 0002 0002000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021常規水電抽水蓄能GWh030 00025 00020 00015 00010 0005 000200020012002200320042

144、00520062007200820092010201120122013201420152016201720182019注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022b)附錄B 區域數據73圖 B.22 2021年中東水電裝機容量伊朗伊拉克以色列伊朗伊拉克敘利亞其他14.5 GW1.58 GW抽水蓄能66%19%15%74%14%2%10%注：GW=吉瓦。來源：IRENA(2022b)圖 B.232022年-2037年中東列入開發計劃的水電項目5.3 GW0.8 GW抽水蓄能68%32%92%6%2%黎巴嫩伊朗伊斯蘭共和國伊拉克以色列阿拉伯聯合酋長國注：GW=吉瓦?；冢篠&P Gl

145、obal(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇74圖 B.24按投產年份統計的中東水電裝機容量MWN/A189410%20%30%40%60%70%80%90%100%1899190419091914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中01 6001 4001 2001 000800600400200注：數據包括抽水蓄能水電。沒有投產日期的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據75圖 B.

146、25 2000年-2021年北美洲水電裝機容量和發電量MW0250 000200 000150 000100 00050 0002000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021常規水電抽水蓄能GWh0800 000700 000600 000500 000400 000300 000200 000100 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019

147、注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022b)北美洲水電的角色轉變：挑戰和機遇76圖 B.26 2021年北美洲水電裝機容量美國加拿大墨西哥美國加拿大175.3 GW22.1 GW抽水蓄能99%1%47%46%7%注：GW=吉瓦。來源：IRENA(2022b)圖 B.272022年-2037年北美洲列入開發計劃的水電項目18.1 GW22.7 GW抽水蓄能95%5%67%17%16%加拿大墨西哥美國加拿大美國注：GW=吉瓦?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據77圖 B.28按投產年份統計的北美洲水電裝機容量MW010 0009 0004 0005 0006

148、0007 0008 0003 0002 0001 000N/A189410%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1899190419091914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中注：數據包括抽水蓄能水電。沒有投產日期的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇78大洋洲圖 B.292000年-2021年大洋洲水電裝機容量和發電量MW12 00015 50015

149、00014 50014 00013 50013 00012 5002000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021傳統水電抽水蓄能GWh050 00045 00040 00035 00030 00025 00020 00015 0005 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022b)附錄B

150、 區域數據79圖 B.30 2021年大洋洲水電裝機容量澳大利亞新西蘭其他澳大利亞13.6 GW0.8 GW抽水蓄能100%53%46%1%注：GW=吉瓦。來源：IRENA(2022b)圖 B.312022年-2037年大洋洲列入開發計劃的水電項目0.3 GW5 GW抽水蓄能100%80%20%新西蘭斐濟澳大利亞注：GW=吉瓦?；冢篠&P Global(2022)水電的角色轉變：挑戰和機遇80圖 B.32按投產年份統計的大洋洲水電裝機容量MW01 4001 2001 000800600400200N/A189410%20%30%50%60%70%80%90%100%1899190419091

151、914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中注：數據包括抽水蓄能水電。沒有投產日期的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據81圖 B.33 2000年-2021年南美洲水電裝機容量和發電量MW0200 000180 000160 000140 000120 000100 00080 00060 00040 00020 0002000200120022003200420052006200720

152、082009201020112012201320142015201620172018201920202021傳統水電抽水蓄能GWh0800 000700 000600 000500 000400 000300 000200 000100 00020002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019注：GWh=吉瓦時；MW=兆瓦。來源：IRENA(2022b)南美洲水電的角色轉變：挑戰和機遇82圖 B.34 2021年南美洲水電裝機容量巴西委內瑞拉玻利瓦爾共和國其他秘魯厄瓜多爾哥倫比亞智利阿

153、根廷巴西哥倫比亞阿根廷177.1 GW1 GW抽水蓄能99%1%66%9%7%7%4%3%3%1%0%注：GW=吉瓦。來源：IRENA(2022b)圖 B.352022年-2037年南美洲列入開發計劃的水電項目.GW.GW抽水蓄能%其他智利玻利維亞阿根廷哥倫比亞厄瓜多爾委內瑞拉玻利瓦爾共和國巴西秘魯智利注：GW=吉瓦?；冢篠&P Global(2022)附錄B 區域數據83圖 B.36按投產年份統計的南美洲水電裝機容量MW09 0004 0005 0006 0007 0008 0003 0002 0001 000N/A189410%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1899190419091914191919242004200920142019192919341939194419491954195919641969197419791984198919941999已退役運行中注：數據包括抽水蓄能水電。沒有投產日期的數據點被歸為N/A。MW=兆瓦；N/A=不可用?；冢篠&P Global(2022)水水 電電 角角 色色 的的 轉轉 變變：挑挑 戰戰 和和 機機 遇遇2023挑挑戰戰和和機機遇遇水電的角色轉變www.irena.org IRENA 2023水 電 水 利 規 劃 設 計 總 院中 國 水 力 發 電 工 程 學 會譯