什么是水能？

进行水力发电时，需要使用发电机来将流动或下落的水的动能转化为电能。简而言之，其原理是运动的水导致涡轮旋转，从而产生能量。

例如，在河流上修建大坝可以形成蓄水库。当需要电力时，大坝中的闸门打开，水在重力作用下通过称为压力管的管道。流动的水冲击涡轮叶片，使叶片旋转，从而让连接的发电机发电。最终，水从大坝的另一边流回河中。

水能也称为水电，是一种重要能源。过去 20 年中，其容量增长了 70% 以上，到 2020 年已成为最大的低碳电力来源，占全球总发电量的六分之一。¹

水能常常因其可再生性和可靠性而受到重视。化石燃料（包括煤炭、石油和天然气）的供应量有限，但水能可以无限发电，而不会耗尽地球的自然资源。其他可再生能源（如太阳能或风能）依赖于天气条件，然而水能可以全年持续发电。

此外，水能被视为一种清洁能源。与化石燃料发电相比，水能产生的温室气体排放（如二氧化碳、甲烷等）更少，因此在公司、国家或地区和社区努力减轻气候变化的影响之际，水能成了更具可持续性的选择。水电站的运行效率通常高于化石燃料发电厂。一些水力发电方法提供了储存剩余能量的机会，有助于提高电网的稳定性并增加整体电力容量。

水力发电可通过多种类型的设施进行，这些设施采用不同的发电方法。每一类设施都有自己的优点和缺点，并且依赖于地理位置、可用水源和特定电力需求等因素。

蓄水式水电又称水库水电，是最常见的水力发电类型，依靠水库或大型水坝等蓄水设施来储水，然后根据需要放水，让水流经涡轮来发电。

这种水电有助于实现大规模发电。蓄水设施可以大量蓄水，这意味着它们可以产生大量电能。由于能够稳定蓄水，因此蓄水式水电被视为可靠且可预测的能源。不过，在干旱时期，发电可能会受到影响。

抽水蓄能式水电需要在不同海拔的电站之间输水。这些设施在需求低谷期将水从海拔较低处抽到海拔较高处，然后在用电高峰期放水发电。

此类水电站的工作原理就像电池一样，可储存其他能源（如太阳能、风能和核能）产生的能量以供日后使用。这些蓄能系统提供了一种平衡网络内负载的方法。储存的能量可用于满足突然激增的需求，或是在间歇性可再生能源（如风能和太阳能）发电不足时进行补偿。但是，由于合适的地点需要具备位于不同高度的水体，因此选址的难度可能比较大。

引水式系统通常称为径流式水电站，几乎不需要蓄水。取而代之的是，利用河流的自然流量和落差，通过运河或压力管将水引流到涡轮中，产生可再生电力。小型引水式水电站最有可能建在山区，因为山区河流的自然落差能够为发电提供强大水流。

由于不需要大型水库，此类水力发电设施的环境足迹通常小于蓄水设施，对自然生态系统的影响也比较小。但是它们的运行规模也比较小，所以总体发电量较少。而且由于依赖于河流流量，因此变化性可能会更大，尤其是在降雨量随季节变化的地区。

虽然上述类型涵盖了大多数现有水电设施，但还有一些其他类型的水电正在使用。例如，一些设施利用潮汐能，即海洋的潮涨潮落来发电。“微型水电”这一术语指的是旨在为小型社区、单个家庭或远程设施发电的小型系统，可以是径流式水电站，也可以采用小型水库。

水力发电的使用可以追溯到古代文明，例如古希腊、古罗马和中国汉朝，人们使用水车来碾磨谷物和抽水。然而，直到 19 世纪后期，水能才被大规模用于发电。

1878

在英国诺森伯兰郡，世界上第一个水电项目为一盏灯供电。

1882

第一座商业水电站在美国威斯康星州阿普尔顿投入运营。到 1905 年，全球运营中的小型发电厂已有数百座。

1936

美国科罗拉多河上的胡佛大坝竣工。建造时，它是世界上规模最大的水电站，并推动了水电项目的繁荣。它至今仍在运营，为亚利桑那州、内华达州和加利福尼亚州供电。

1984 年

中国三峡大坝项目通过审批。2012 年竣工后，三峡水电站成为世界上装机容量最大的水电站。

2000 年代至今

水力发电技术取得进步，人们对小型系统和径流装置的兴趣日益浓厚 – 与大型水坝项目相比，此类系统对环境影响较小。这些能源技术创造了新的机会，有助于增加水电容量。

水能在世界各地被用于发电和提供清洁的可再生电力：

中国是世界上水电量最大的国家，装机容量超过 356,000 兆瓦。中国斥巨资兴建水电项目，其中包括世界上最大的水电项目 – 三峡大坝。该大坝位于长江上，竣工于 2012 年，容量 22.5 千兆瓦 (GW)。

水力发电站和其他能源发电量约占美国发电量的 6%。²位于华盛顿州哥伦比亚河上的库里大坝是美国规模最大的水电项目，发电容量约为 6.8 千兆瓦。不过，世界上最著名的水电项目可能要数胡佛大坝。它位于亚利桑那州和内华达州交界处，建成于 1936 年，容量约为 2 千兆瓦。该大坝不仅为内华达州、亚利桑那州和加利福尼亚州的公共和私营公用事业供电，而且还能调节灌溉水流量并提供防洪功能。

水电是欧洲重要的可再生能源，占欧盟发电量的 12% 以上。³例如，挪威 90% 以上的电力来自水电。⁴就容量而言，欧洲最大的水电项目是俄罗斯的萨扬-舒申斯克大坝。它是世界第七大水电站，容量 6.4 千兆瓦。

南美洲有几个重要的水电项目。伊泰普大坝是巴西和巴拉圭在巴拉那河上的合资项目，是世界上最大的水电生产者之一，装机发电容量 14 千兆瓦。委内瑞拉的古里大坝（又称西蒙-玻利瓦尔水电站）容量约为 10.2 千兆瓦，提供了该国 80% 的电力。

为满足日益增长的能源需求，许多非洲国家或地区正在转向水电。埃塞俄比亚复兴大坝和刚果民主共和国英加大坝等项目有望为非洲大陆提供大量可再生能源。在埃及，尼罗河上的阿斯旺大坝是非洲最大的水电项目之一，竣工于 1970 年，发电容量约为 2.1 千兆瓦。该大坝增加了用于灌溉和水力的蓄水量，从而对该国的农业和经济产生了影响。

作为一种发电来源，水力发电具有很多好处和优势，但也有其局限性。

尽管水力发电对环境的影响比大多数其他发电来源都要小，但它仍然会影响生态系统和野生动物栖息地。例如，水坝会扰乱河流的自然流动，导致水温、沉积物和鱼类洄游模式的变化。

大型水力发电项目建设成本高昂，并且可能会产生温室气体排放。竣工后，由此形成的水库也可能会产生温室气体排放。水库中的有机物分解时，会释放出甲烷 – 这是一种比二氧化碳更有效的温室气体。但值得注意的是，甲烷产生量取决于每个水库的具体特性。

水电项目可能会遇到地理限制 – 如前所述，适合某些水力发电方式的地点可能会很难找到。而且，它们的整体性能也无法免受不断变化的天气条件影响。虽然水提供了可再生发电来源，但水位和可用性可能会根据季节、自然灾害（如干旱）、降水模式的长期变化或是供水污染而变化。