水电发展现状

　　水电水利规划设计总院与中国电力建设股份有限公司联合发布的《“十四五”水电开发形势分析、预测与对策措施》提出，我国水能资源技术可开发装机容量的理论极限是6.87亿千瓦左右，在现实环境下，考虑到其他因素，真正能实现的比例在80%；而2021年我国水电发电装机容量为3.91亿千瓦，也就是说，目前我国水电装机容量已经使用了我国水能可开发总量的71.1%，后续开发的潜力空间相对有限，不及风电以及太阳能。但是，无论从发电量还是从装机容量来说，水电目前依旧是火电之外最主要的清洁电力，因此其对火力发电的替代作用目前依旧大于其他发电方式。根据2021年的数据，全年总发电量为81121.8亿千瓦时，其中火力发电量为占比71.1%；水力发电量为11840.2亿千瓦时，占比14.6%。全国总发电装机容量为237692万千瓦，其中火电装机129678万千瓦，占比54.6%；水电装机39092万千瓦，占比16.4%。

图1:我国水电装机量&发电量(2001-2021)

　　数据来源：iFinD， 中粮期货研究院

　　影响水电出力的因素

　　1. 主要因素

　　水力发电的基本原理是利用水位落差由重力势能转为机械能再最终转化为电能的能量转化方式：从高处流向低处的水流推动水轮机旋转，水轮机带动发电机进行发电。

图2:水力发电原理

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　　水力发电功率的公式为：P = Kqhη。其中，K:综合出力系数；对于特定发电站来说K是一个常数。q:发电流量；不同的水电站的能力大小不同，其流量自然就不同。此外，流量大小还会受到降水和气候的影响。h:水头；h = 上游水位 – 下游水位 – 水头损失，对于比较大型的水电站，水头损失可以忽略不计。在上下水位差相同的时候可以通过提高上游的水位来增加发电效率。η：水轮机的效率；目前大型水轮机的最高效率可达90%~95%，小型水轮机的效率也可达80%~85%。

　　因此，从上面的公式中我们就可以清楚地看出影响理论上影响水力发电的因素，从而得到我们想要的追踪指标：流量、水头以及水轮机功率。水力发电功率是和(流量*水头*水轮机功率)成正比的，流量、水头、水轮机功率越大，水力发电功率越大。

图3:葛洲坝水位差(上游 - 下游)

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　　2. 其他因素

　　在实际生活中影响水力发电的因素是多种多样的，除了上述的主要影响因素之外，我们还需要时刻关注例如气温、降水、风速等变量对水电的边际影响。

　　历史经验告诉我们水电经常会受到较为极端的、异常的天气变化影响。背后的原因在于：首先，温度影响着地球海平面的上升过程，高温天气会加速水的蒸发；同理，风速的增加也会加快水的蒸发。其次，降水除了可以影响到河流的流量之外，也是导致洪涝灾害的重要因素，这也会影响到每年水力发电的表现。因此，虽然说上述因素是相对比较难量化和追踪的指标，但是是我们在关心水电的表现时不容忽视的并容易成为使得我们的判断产生偏差和不确定性的重要因素。

　　具体来说，因为我国主要的水力发电站位于西南地区，例如云南、四川、湖北等地，我们便需要持续关注这些地区的气候以及降水变化，从而能对我国的水电表现有更加完善的把握。

　　通过观察我国水电以及三峡出库流量季节性图，可以发现二者之间不仅有着很强的正相关性，同时拥有很强的季节性：基本从7月一直到10月是发力最强的时期，这时水电处在“丰水期”；从10月之后开始逐渐走弱，进入“枯水期”；在下一年的3月之后又开始逐步走强，进入4月直到6月，是全年水电增长最快速的时期——以长江为例，一般6-7月是汛期(梅雨季节)，此时降水量增多，河水上涨最为明显。

图4:水电发电量

图5:三峡出库流量

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（文章来源：中粮期货）