水力發電

可再生能源
太陽能 風能 水力發電 地熱能 海水溫差發電 潮汐能 波浪能 生物燃料 生物能

三峽大壩，通常水力發電站和水坝共同建設

水轮机与发电机联合工作图：
A：发电机 B：涡轮
1：定子 2：转子 3：拱门 4：涡轮叶片 5：水流 6：发电机轴

水电站大坝断面图

水力發電（Hydroelectric Power）是運用水的势能（Potential Energy）和动能（Kinetic Energy）转换成电能來發電的方式，是目前人類社會應用最廣泛的可再生能源。以水力發電的工廠稱為水力发电厂，简称水电厂，又称水电站。

在2006年，全球水力發電廠的裝機容量达七千七百七十億瓦（777GW_e），向全球提供約二萬九千九百八十億度（2998TWh）電力，相當於生產了全球20%的電力。在可再生能源所供應的電力當中，水力發電佔有率达88%。

原理

水的落差在重力作用下形成动能，从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的压力或流速冲击水轮机，使之旋转，从而将水能转化为机械能，然后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁力线产生交流电。而低位水通过吸收阳光進行水循环分布在地球各处，从而回复高位水源。

水電與其他發電方式的对比

水力發電在目前來說，是唯一技術已發展成熟、可以大规模开发的清洁可再生能源。此外，水電每度電的發電成本顯然較目前廣泛應用的火電、核電、太陽能、風能低，幾乎所有发达国家在面對溫室氣體過度排放的威脅時，都優先考慮發展水電。在電力工業角度來說，水電是調節性最好的電源之一。由於只需一開閘門就立刻可以發電，水電通常在輸電網絡中扮演重要角色，以承擔調峰、調頻、事故備用等重要功能。而普通的燃煤的火電，就必須讓煤充分燃燒，產生足夠水蒸氣後，才可開始發電。在調節性能這一點上，能夠與水電媲美的只有石油及天然氣發電。相比之下，火力發電被指是過度排放溫室氣體二氧化碳的元凶，因此京都議定書对各个发达国家规定了指标，限制二氧化碳排放，在可預期將來，火電所佔發電比例會逐漸減少。至於太陽能及風能，由於存在發電成本過高，供電不穩定和技術未趨成熟等因素，因此到現在還未能满足大规模电网的需要。儘管太陽能和風能在未來前景遠大，但現時並未能取代火電和水電的地位，而且在发达国家中，太陽能及風能在清潔能源中所佔的比例不到百分之二十。地熱能由於選址受限制，加上技術要求高，需要應用抗腐蝕的管線，以及成本昂貴的深度鑽孔技術等，雖然被認為是可再生能源，但卻因投資成本大的關係，未能大規模應用。核能亦是可大規模應用的能源，有效減低温室氣體的排放，而且發電成本少於火電，但是核能的安全性一直受到質疑，2011年3月的日本福岛第一核电站事故，更令反核聲音進一步加大。2002年在南非約翰內斯堡舉行的聯合國可持續發展委員會的高峰會議，根據該調查報告和非洲國家的強烈要求，通過激烈的辯論，會議最終明確表明大型水電站應該與小水電一樣，享有清潔的可再生能源的地位。同時為了減少全球溫室氣體的排放，會議還制訂了計畫書、鼓勵國際合作、支持有關國家開發水利水電，實現可持續發展。

不利方面与有利方面

清潔：水能为可再生能源，基本无污染。营运成本低，效率高；可按需供电；取之不尽、用之不竭、可再生,控制洪水泛滥,提供灌溉用水改善河流航運，有关工程同时改善该地区的交通、电力供供应和经济，特別可以发展旅游业及水产养殖生态破坏：大坝以下會造成淤泥堆積，河流的变化及对动植物的影响等。不过，这些负面影响是可预见并减小的。如水庫效應需筑坝移民等，基础建设投资大降水季节变化大的地区，少雨季节发电量少甚至停发电，下游肥沃的沖積土減少。

水电站的種類

• 按集中落差的方式分类
  • 堤坝式水电站
  • 引水式水电站
  • 混合式水电站
  • 潮汐水电站
  • 抽水蓄能电站
• 按径流调节的程度分类
  • 无调节水电站
  • 有调节水电站
• 按照水源的性质，一般为常规水电站，即利用天然河流、湖泊等水源发电。
• 按水电站利用水头的大小，可分为高水头（70米以上）、中水头（ 15-70米）和低水头（低于15米）水电站。
• 按水电站装机容量的大小，可分为大型、中型和小型水电站。一般装机容量5,000kW以下的为小水电站，5,000至100,000kW为中型水电站，10万kW或以上为大型水电站，或巨型水电站。

有利方面

1. 清潔：水能为可再生能源，基本无污染。
2. 营运成本低，效率高；
3. 可按需供电；
4. 控制洪水泛滥(但不是防止)
5. 可蓄備灌溉用水，但當水量不足時就要在發電及灌溉兩者作取捨。
6. 改善河流航運
7. 壽命較長，最長可達200年，一般約為100年。

不利方面

水壩的影響

1. 生态破坏及土地損失：興健大壩會導致上流大面積土地會被水淹沒，破壞原有生態環境，不論動植物或人類都受影響，大型水壩會導致大量人口被迫遷移。
2. 大坝會造成淤泥堆積，增加水庫中的含沙量，最終降低水庫儲水量並降低水庫對洪水的調節能力。
3. 上流的淤泥被大壩阻隔後，下游的水土得不到原有的補充，於是下游的原有地貌會逐漸被侵蝕，河堤，三角州會受影響，下游肥沃的沖積土減少。
4. 大型水庫表面積相較原有河道大得多，增加了水的蒸發量，也就減小了下流河水的總量，實質性地減小了可用作灌溉用水。
5. 水庫會阻礙動物遷徙，防礙其繁殖，使水溫改變，因而導致魚群數量減少，也減少了物種多樣性。
6. 大型水庫會導致水庫誘發地震。
7. 由於水壩有相當深度，在底層形成缺氧層，動植物分解後形成甲烷，是一種比二氧化碳強超過30倍的溫室氣體，加劇全球暖化。

雖然这些负面影响可盡量减小，但是這些破壞是永久性、不可逆轉的。

水庫潰堤

水壩形成的水庫儲有大量水，若一旦因為天災(例如地震或特大洪水)、工程質量、設計或人為因素(例如戰爭)而潰堤可導致嚴重人命傷亡及經濟損失，例如1975年的板橋水庫潰堤，死亡人數數以萬計。

世界各國使用水電的情況

據2004年統計，世界上大約有五分之一(20%)的電力供應是來自水力發電，至2011年則下降至16%。全球有150個國家使用水力發電，有24個國家的水電比重超過90%，至少有三分之一的國家的電力供應以水電為主。有75個國家主要依靠水壩來控制洪水，全世界約有近40%的農田是依靠水壩提供灌溉。

中國水力發電的情況

中國水能資源十分豐富，在總儲量居世界第一，2011年水力發電量是世界之冠，是整個歐洲的173%，美國的211%，在2010年中國的水力發電量佔全世界水力發電量的17%。人均佔有量在1955年是世界人均值的81%，但是按照2008年中國初級能源消費結構的數據，中國的水電、風電和核能占能源消費總量的比重偏低，只有百分之八點九。比較其他已發展國家來說，中國的水能利用率偏低是不爭的事實，因此中國的水力發電還有很大的發展空間，但必需小心考慮對環境的影響。

根據中國在2004年的水能資源普查結果計算，如果將已知的（可開發）水能資源充分開發，以100年計算，中國的常規一次能源總量將能夠增30%以上，相應地煤炭在總能源中的比重則可下降至 51.4%，水能資源比重將上升到44.6%。如果要以200年計算，水能資源將大大超過其他任何能源資源，成為中國的第一大常規能源。

以2004年曾引起激烈爭論的虎跳峽水電站作為例子，假若虎跳峽水電站一旦建成，就相等於建造一座三峽水電站。如果加上其自身的發電效益，其總發電量效益幾乎接近於兩個三峽水電站。相當於每年節省8000萬噸原煤，如果不選擇建設虎跳峽水電站，就相等每年流失掉8000萬噸原煤，以及同時增加8000萬噸原煤所製造出來的溫室氣體。

各国的水电总发电量

國家	年發電量（單位：GWh）	總裝機容量（單位：MW）
中国	401,300	117,000
加拿大	341,312	66,954
美国	319,484	79,511
巴西與巴拉圭	285,603	57,517
俄罗斯	160,500	44,000
挪威	121,824	27,528
日本	84,500	27,229
印度	82,237	22,083
法国	77,500	25,335

著名水电站

中國

• 三峡水电站：世界上最大的水电站。其人工水庫以面積計算，在全球排第24位。
• 葛洲坝水电站：位於長江中游，三峽大壩下游38公里。
• 小浪底水电站：位於黃河中游，三門峽水電站下游130公里，現時小浪底水庫被稱為北方的「小千島湖」，景色優美。
• 新安江水庫：又稱千島湖，位於中國浙江省杭州市西南部的淳安縣和建德市境內。
• 丹江口水庫：位於湖北省丹江口市和河南省淅川縣之間，南水北調工程中線起點。

美國

• 胡佛水壩

巴西

• 伊泰普水電站：南美洲最大的伊瓜蘇瀑布附近，世界上第二大水电站。

其他国家

• 叙利亚：迪什林水电站

參見

• 綠色和平：水力發電
• 海洋能
• 火力發電
• 核能發電
• 風力發電
• 太陽能發電
• 世界高坝列表