美国水电现状

摘要

从数据上看,美国的水电发展较为顺利。水电现在依然是美国电力来源的重要组成部分,并且是最主要的可再生能源。美国没有放弃水电的打算和行为。

三峡工程的建设和使用一直引发社会的广泛关注和争议。这里我们抛开各种无数据支持的观点争论,从能源消耗、发电量中水电占比、水电站和人口分布等角度,对美国——一个国土面积与中国接近、纬度也类似的国家——水力发电发展的历史和现状进行考察。

所谓水力发电,本质上是利用太阳能帮助水分子克服地球的重力势能,当重力势能转化为动能,再将动能发电的过程。这是一种可再生、可持续发展的清洁能源。人类很早懂得利用太阳能经水产生的动能,例如水力磨坊和水力灌溉装置。物理和工程技术发展到十九世纪,水力发电得以实现,现在依然是能源组成的重要部分。以下,水力发电将被简称为水电。

1882年,世界上第一台商业化水电站始于美国的Fox River,之后随着远距离输电技术的成熟,水电站在美国逐渐普及。1907年,水电占据美国总发电量的15%;1920年,这个数字达到了25%;到了1980年,水电总量已是1920年时的三倍。著名的胡佛大坝建立于1937 年。

Hoover Dam

胡佛大坝

水电的优势之一是价格便宜,目前一千瓦小时(即一度电)的成本是2美分(约人民币0.12元)。在美国,华盛顿州(非美国首府华盛顿特区)、俄勒冈州和爱达荷州的电力来源主要是水电,这三个州的电费也相对便宜。排名第一的华盛顿州有66%的电力来自水电,2010年每度电实际售价6.66 美分,相应的,全美国2010年每度电价为平均9.83美分。中国居民电费约是5毛钱每度。水电除了便宜、可再生的优点外,还减少了温室气体的排放,每年美国水电减少排放的温室气体与四千万量小汽车的使用相当。此外,水电可以迅速调整发电功率,可以作为重要的能量储备手段。

随着科技进步及工业发展,美国消耗能源的总量逐渐增加。石油和天然气的普及,使得水电的能源重要性不断下降,2012 年水电只占美国总发电量的约7%(其他重要的能源为:煤炭37%、天然气30%、核能19%)。从能源消耗的角度,水电的所占的比例不到7%,因为汽油和柴油不需要先转化为电能便可以直接产生动能或者化学能。1882 到2012年,美国水电的重要性虽然下降了,但是发展并没有倒退,下面的图横轴为时间,以年为单位,纵轴为quadrillion (=1015)Btu,这是一个能量单位,一单位quadrillion Btu相当于1.7 亿桶油,或者2.9*1011千瓦小时的电。图中浅蓝色的线标着“hydroelectric”,代表水电。从水电投入使用起,其增长稳定,并在上世纪80 年代投入饱和。

EIA-Energy-Sources-Have-Changed-throughout-History-of-United-States

1776-2012年,美国能源消耗发展图

水电饱和的原因,排除各种政策导向和气候变化外,一个背后的数据是:美国的水力资源已经得到比较充分地开发。2003年,美国总水电发电量为96,000MW(百万瓦,功率单位而不是能量单位),而剩余可开发的水电大约还有30,000MW。可以想象,容易开发的、建设方便的、发电稳定、发电效率高的河流已经得到优先开发了。吃肉骨头的时候,边边角角的碎肉有时候吃起来会嫌麻烦。

Hydrootherrenw

1990-2011年美国水电产量图,每年的水电发电量基本持平,此图纵坐标的单位是全年总产出的能量。

1990-2011年美国水电产量图,每年的水电发电量基本持平,此图纵坐标的单位是全年总产出的能量。

下面两张图分别是美国水电站分布图和美国人口密度图。可以看到,美国水电站的建设位置与水力资源相关,并未回避人口密集的居住地。当然,水电站的具体建设地点通常不适合建设城市。伴随着水电而来的设施是水坝,中国许多反对水电的声音其实是反对水坝的建设,特别是大型水坝。在这里我列出一个数字:美国只有3%的水坝是用于水电,还有大部分水坝是用于灌溉、导航和流量控制。

Hydroelectric_Generators_In_and_Around+the_United_States

美国水电站分布图

U.S.Energy Information Administration

美国人口密度图

总结:从数据上看,美国的水电发展较为顺利。水电现在依然是美国电力来源的重要组成部分,并且是最主要的可再生能源。美国没有放弃水电的打算和行为。

说明:

1,本文水电的数据来自http://www.eia.gov、http://energy.gov 和http://www.hydro.org。前两者的gov域名表示美国官方网站。最后一个网站是以促进水电发展为目标的非盈利性组织。

2,本文的人口密度图来自google搜索。

3,题外话:多年前一个教renewable energy(可再生能源)课程的美国教授问我,大意是,“我们容易利用的水力资源已经开发得差不多了,很羡慕你们的西南和巴西。为什么你们的水电开发争议那么多?碳的储备大约是200-400 年,用掉就不会回来。”现在中国似乎碳使用量更多了,下图为中国2009 年能源消费状况,最大的构成为煤炭70%。在中国反对水电的人,实质上就是在支持煤电。

total-energy-consumption-in-china

2009年中国能源消耗情况

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  1. avatar 匿名 5

    图中的1015和1011错了,是10的15次方,10的11次方,估计是编辑复制文章时把上标给丢了。

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