在全球發(fā)電份額中，水力發(fā)電僅次于燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電，居世界第三。水力發(fā)電是再生能源發(fā)電的“領(lǐng)頭羊”，遠(yuǎn)比風(fēng)力和太陽能的發(fā)電量多。
中國湖北省的三峽水電站仍然是世界上最大的水電站，總裝機(jī)容量為22.50 GW;位于巴西和巴拉圭的伊泰普水電站是世界第二大水電站，裝機(jī)容量為14.00 GW。不過，伊泰普水電站所處的巴拉那河水量豐沛且季節(jié)分布相對均衡，幾乎可以全年滿負(fù)荷發(fā)電;而三峽水電站則每年都會經(jīng)歷約6個月的枯水期，從而限制了其發(fā)電量。
總裝機(jī)容量14.00 GW 的伊泰普(Itaipu)水電站，從1997年到2013年，連續(xù)16年成為世界上發(fā)電量最大的單體水電站，2013年曾創(chuàng)造了年發(fā)電量98.63 TWh 的歷史紀(jì)錄。2014年，三峽水電站(Three Gorges Dam)全年發(fā)電量達(dá)到98.8 TWh，創(chuàng)造了新的發(fā)電量世界紀(jì)錄，首次成為世界上年度發(fā)電量最大的水電站。
梯級水電站是世界上發(fā)展水力發(fā)電的一個重要的獲取電力的方式。在制作下表時，我把相同一河流的水電站歸納在一起，您可以看出，世界上許多河流都是梯級水電站。
金沙江(長江上游)梯級水電站是正在建設(shè)中的最大水力發(fā)電系統(tǒng)，將分三階段建設(shè)。第一階段包括金沙江下游的4座水電站：烏東德(Wudongde Dam)、白鶴灘(Baihetan Dam)、溪洛渡(Xiluodu Dam)和向家壩(Xiangjiaba)，裝機(jī)容量分別為10.20 GW、16.00 GW、13.86 GW和7.75 GW，這4座水電站的總裝機(jī)容量合計高達(dá)47.81 GW。溪洛渡水電站、向家壩水電站已于2014年全部建成，第一階段計劃將在2015年全部完工。第二階段包括金沙江中游的8座水電站，總裝機(jī)容量將達(dá)8.98 GW。而未來金沙江梯級水電站與三峽-葛洲壩梯級水電站的總裝機(jī)容量合計將達(dá)95.745 GW。
此外，規(guī)劃中的剛果河大因加水電站(Grand Inga Dam)一旦建成，有望成為世界上裝機(jī)容量和發(fā)電量最大的單體水電站，它計劃安裝52臺發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量將會達(dá)到39.00 GW。
注 意： 國外用“Dam(大壩)”就是指水電站。
單位換算：
體積單位 1km3=10×108 m3 = 10億立方米 ; 1億立方米=0.1 km3
電力單位 1GW=1000MW ; 1億千萬時=0.1TWh
1 TWh=10億千萬時 ; 1萬千瓦=0.01GW ; 1 GW=100萬千瓦
2020年裝機(jī)容量2GW以上的水電站
水力發(fā)電分為四種類型：常規(guī)水電站、抽水蓄能電站、徑流式水電站和潮汐能電站，其中常規(guī)水電站占主導(dǎo)地位。
12-4-1、常規(guī)水電站(Conventional Hydroelectric Power Stations)
常規(guī)水電站是利用天然河流、湖泊等水能的發(fā)電站。目前世界上最大的水力發(fā)電站是在中國的三峽發(fā)電站(Three Gorges Dam)，裝機(jī)容量達(dá)22500MW。
世界上最高的大壩在中國雅礱江上流的錦屏-I大壩(Jinping-I Dam)，混凝土高拱壩，壩高305米，2013年建成。2020年最高的大壩將是大渡河上的雙江口大壩(Shuangjiangkou Dam)，壩高312米。
世界上最大的壩體是巴基斯坦塔貝拉大壩(Tarbela Dam)，1976年建成，構(gòu)筑物高達(dá)143米，體積為153百萬立方米，裝機(jī)容量3478MW。
世界上儲水量最多的大壩是津巴布韋和贊比西的贊比西河上的卡里巴大壩(Kariba Dam)，其次為俄羅斯安加拉河上的布拉茨克大壩(Bratsk Dam)和加納沃爾特湖的阿科松博壩(Akosombo Dam)。我國丹江口大壩(Danjiangkou Dam)居第20位。
全球十大常規(guī)水電站
12-4-2、抽水蓄能電站(Pumped Storage Power Station)
抽水蓄能電站一般利用電力系統(tǒng)多余的電量(汛期、假期或后半夜低谷電量)，將下水庫的水抽到上水庫儲存;在系統(tǒng)負(fù)荷高峰時，將上水庫的水放下，由水輪機(jī)驅(qū)動水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。具有調(diào)峰填谷的雙重作用，是電力系統(tǒng)最理想的調(diào)峰電源。此外，它還可以調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)壓和作為備用，對保障電網(wǎng)的安全優(yōu)質(zhì)運行和提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性具有重大作用。
抽水蓄能電站本身不產(chǎn)生電能，而是在電網(wǎng)中起協(xié)調(diào)發(fā)電與供電矛盾的作用;在短時間負(fù)荷高峰時調(diào)峰作用巨大;啟動及出力變化快，可保證電網(wǎng)的供電可靠性，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
世界上第一座抽水蓄能電站是瑞士于1879年建成的勒頓抽水蓄能電站。當(dāng)今世界上最大的抽水蓄能電站是美國巴斯康蒂抽水蓄能電站，裝機(jī)容量達(dá)3003MW，其次為中國惠州抽水蓄能電站，裝機(jī)容量為2448 MW，廣東抽水蓄能水電站(Guangdong Pumped Storage Power Station)，裝機(jī)容量為2400MW。
全球十大抽水蓄能電站
12-4-3、徑流式水電站(run-of-the-river hydroelectric power station)
徑流式水電站，又稱“無調(diào)節(jié)水電站”，指大壩兩邊沒有高山又沒有庫容，河水流過時發(fā)電的電站。水電站的出力完全取決于河川徑流量的大小，對天然水流(河川徑流)無調(diào)節(jié)能力。為了充分發(fā)揮設(shè)備的效益，徑流式水電站多在負(fù)荷曲線的基荷部分工作。無調(diào)節(jié)水庫的電站稱為徑流式水電站。此種水電站按照河道多年平均流量及所可能獲得的水頭進(jìn)行裝機(jī)容量選擇。
全球徑流式水電站第一位是巴西的“吉拉烏大壩”，美國的“約瑟夫酋長大壩”已經(jīng)從第一位降低到第三位。中國最大的徑流式水電站是天生橋-Ⅱ大壩，世界排序13，裝機(jī)容,1320MW。
全球五大攔河電站
12-4-4、潮汐能電站 (Tidal Power Stations)
潮汐能電站是利用海水周期性漲落運動中所具有的能量來發(fā)電的發(fā)電站，其水位差表現(xiàn)為勢能，其潮流的速度表現(xiàn)為動能。這兩種能量都可以利用，是一種可再生能源。
潮汐發(fā)電是以因潮汐引致的海洋水位升降發(fā)電。一般都會建水庫儲內(nèi)發(fā)電，但也有直接利用潮汐產(chǎn)生的水流發(fā)電。
世界上最大的潮汐電站是韓國始華湖潮汐電站(Sihwa Lake Tidal Power Station)，裝機(jī)容量為254MW。中國最大的潮汐電站是江廈潮汐電站(Jiangxia Tidal Power Station )，裝機(jī)容量僅為3.9MW。
擬建中的俄羅斯勘察加半島品仁納灣潮汐電站( Penzhin Tidal Power Plant)，裝機(jī)容量達(dá)87100MW，年發(fā)電量可達(dá)200TWh，將成為世界上最大的潮汐電站。
全球5大潮汐能電站
13、 波浪能發(fā)電
海洋能是指依附在海水中的可再生能源。海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發(fā)能量，這些能量大量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。因此，海洋能主要包括潮汐能、波浪能、溫差能、潮流能、海流能、鹽差能等。由于海洋溫度、含鹽量、潮汐、洋流、波浪和涌浪的變化，根據(jù) IEA-OES 2007年年度報告，每年可能產(chǎn)生20000-80000兆瓦時(TWh/y)的電力。印度尼西亞作為群島國家，面積四分之三是海洋，擁有49GW公認(rèn)的潛在海洋能源和727GW的理論潛在海洋能源。
根據(jù)REN21 2020年報告，2019年全球海洋能發(fā)電量為45GWh。
全球海洋能潛力
波浪能屬于海洋能之一種。根據(jù)所采用的技術(shù)，波場可分為8種類型，如表面跟隨衰減器(Surface-following attenuator)、點吸收器(Point absorber)、振蕩波浪涌變換器(Oscillating wave surge converter)、振蕩水柱(Oscillating water column)、越浪/終止器(Overtopping/Terminator)、淹沒壓差(Submerged pressure differential)、鼓浪裝置(Bulge wave device)和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(Rotating mass)。
全球11大波浪能電站
14、 風(fēng)電場發(fā)電
風(fēng)電場(Wind Farm)，又稱“風(fēng)力發(fā)電場”。由一批風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群組成的電站。通常按照風(fēng)電場址的主導(dǎo)風(fēng)向和地形，將機(jī)組排成陣列，盡量減少相互間的尾流影響。風(fēng)電場可以安裝在陸地上，也可以安裝在海洋上。
風(fēng)力發(fā)電的成本接近天然氣發(fā)電，是目前較經(jīng)濟(jì)的再生能源之一。海上風(fēng)能比陸上多40%的產(chǎn)能，但裝置成本比陸地高60%，并且風(fēng)險高。盡管如此，與成本昂貴的光伏發(fā)電比較，發(fā)電量大的離岸風(fēng)力發(fā)電仍然顯示出優(yōu)越性。
全球風(fēng)電場裝機(jī)容量(單位：GW)
根據(jù)BP 2020年的報告，2019年全球風(fēng)電場年增長12.5%，發(fā)電量為1429.6TWh，其中發(fā)電量最多的國家是中國，中國于2016年超過美國，2019年增長10.9%，發(fā)電量為405.7 TWh，占全球風(fēng)電場發(fā)電總量的405.7/1429.6=28.4%。
風(fēng)電場發(fā)電最多的國家(TWh)
14-1、陸地風(fēng)電場
陸地上最大的風(fēng)電場是中國甘肅酒泉風(fēng)電基地。
全球十大陸地風(fēng)電場
14-2、海上風(fēng)電場
海洋最大的風(fēng)電場在英國倫敦陣列。中國最大的海上風(fēng)電場是濱海北岸風(fēng)電場(SPIC Binhai North Offshore Wind Farm)，世界排序19，裝機(jī)容量400MW。SPIC是State Power Investment Corporation(國家電力投資公司)的縮寫。
全球十大海上風(fēng)電場
15、 太陽能發(fā)電
太陽能發(fā)電(Solar Power)是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。其基本途徑有兩種：
?、?光發(fā)電(Photovoltaics ，PV)，即光伏發(fā)電。將太陽能電池組合在一起，大小規(guī)模根據(jù)需要而定，可獨立發(fā)電，也可并網(wǎng)發(fā)電。使用較廣的一種裝置是“太陽電池板”(由很多光電池串聯(lián)、并聯(lián)而組成的陣列)，可產(chǎn)生若干瓦以至千瓦級的功率。
?、?熱發(fā)電(Solar thermal,CSP)，即太陽能熱發(fā)電。主要是把太陽的能量聚集在一起，產(chǎn)生高溫來驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。熱發(fā)電的方法較多。有用反射鏡群把太陽能聚集到離地面數(shù)米或更高處的鍋爐上，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電的;有利用海面被太陽曬熱，水溫升高，而深海數(shù)十米或百米處的海水溫度低，以液氨為工質(zhì)組成熱力系統(tǒng)發(fā)電的，稱為“太陽能海水溫差發(fā)電”。
太陽能熱發(fā)電所占份額很小，光伏是太陽能發(fā)電主要形式。光伏指射線能量的直接轉(zhuǎn)換。在實際應(yīng)用中通常指太陽能向電能的轉(zhuǎn)換，即太陽能光伏。
根據(jù)REN21 2020年的統(tǒng)計，2019年全球光伏裝機(jī)容量增加了115 GW，裝機(jī)容量達(dá)到627 GW。
全球光伏裝機(jī)容量(單位：GW)
根據(jù)BP 2020的報告，2019年全球太陽能發(fā)電占全球發(fā)電總量的724.1/27004.7=2.7%，占再生能源發(fā)電總量的724.1/7261.3=10.0%，其份額較少，但進(jìn)展較快。
太陽能發(fā)電最多的國家是中國和美國，兩國之和占全球太陽能發(fā)電總量的30.9+15.0=45.9%。
太陽能發(fā)電最多的國家(單位：TWh)
15-1、 平板光伏電站(Flat-panel photovoltaic)
光伏電站已經(jīng)是商業(yè)化的成功運行的發(fā)電站。中國光伏工業(yè)發(fā)展是世界上最快的，但是原來居世界第一、三位的騰格里沙漠太陽能公園和大同光伏領(lǐng)跑者已經(jīng)被印度帕瓦加達(dá)太陽能公園和埃及本班太陽能公園取代。
全球十大平板光伏電站
15-2、 太陽能聚焦熱電站(Concentrated solar therma)
太陽能聚光發(fā)電是依靠聚光集熱轉(zhuǎn)換成熱能再轉(zhuǎn)換成電能進(jìn)行發(fā)電。太陽能熱發(fā)電由集熱、輸熱、儲熱、熱交換系統(tǒng)和汽輪發(fā)電機(jī)組成。太陽能集熱系統(tǒng)有碟式聚光系統(tǒng)、槽式聚光系統(tǒng)和塔式聚光系統(tǒng)三種類型。太陽能發(fā)電站投資大，技術(shù)尚不成熟，目前還未大規(guī)模投入商業(yè)運行。
全球11大太陽能聚焦熱電站
15-3、 聚光光伏電站(Concentrator photovoltaic，CPV))
聚光光伏電站是由高效太陽能、聚光器、主動或被動冷卻設(shè)備、單軸或雙軸跟蹤設(shè)備、交流/直流控制系統(tǒng)、逆變器和蓄電池等裝置組成。利用聚光器進(jìn)行聚光，一方面可以提高單位面積太陽能輻射量，將太陽光聚集到很小的高性能太陽能光伏電池表面，從而提高輻射能量密度、提高單位面積太陽能電池的輸出功率：一定程度上克服了太陽能量的分散性;另一方面，通過使用價格低廉的材料制造的聚光器，從而可以達(dá)到降低昂貴的太陽能電池材料的使用量和光伏發(fā)電系統(tǒng)總成本。
相對于傳統(tǒng)的光伏發(fā)電，聚光光伏發(fā)電有明顯的優(yōu)勢。聚光光伏發(fā)電比其他太陽能發(fā)電模式更節(jié)省土地資源，在同樣的占地面積下，聚光光伏發(fā)電可以產(chǎn)生的電能是傳統(tǒng)的太陽能光伏發(fā)電的兩倍。有這么高的轉(zhuǎn)化率主要是因為聚光光伏采用雙軸跟蹤技術(shù)，以最大限度地提高太陽光峰值時候的利用率。當(dāng)前，光伏發(fā)電的效率提升空間有限，而聚光光伏發(fā)電的效率仍在快速提升。在陽光充沛和干燥的環(huán)境下，聚光光伏能源成本更低。
全球十大聚光光伏電站
16、 電力的國際貿(mào)易
全球能源貿(mào)易實際上是指化石燃料貿(mào)易，2019年煤、石油和天然氣的國際貿(mào)易量如下：
2019年石油及其產(chǎn)品的國際貿(mào)易量：
(原油+成品油)貿(mào)易量/原油產(chǎn)量=(2239.0+1241.9)/4484.5=77.6%
2019年天然氣的國際貿(mào)易量：
(管道+LNG)貿(mào)易量/天然氣產(chǎn)量=(8015+4851)/39893=32.3%
2019年原煤的國際貿(mào)易量：
貿(mào)易量/原煤產(chǎn)量=35.28/157.86=22.3%
目前仍然處于石油時代，石油的貿(mào)易量最大。任何能源都可以發(fā)電，但不是任何電力都可以進(jìn)入電力市場，只有能被用戶接受的那些價格才有資格進(jìn)入電力銷售市場。就目前而論，按照發(fā)電量的大小依次為燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、水力發(fā)電最多，其次為風(fēng)電場、太陽能發(fā)電;請注意，燃油發(fā)電卻很少，因為石油的用處太多了。
天然氣和電力的國際貿(mào)易具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)性，即天然氣通過管道到戶，電力經(jīng)由電線路到戶;也就是說，天然氣和電力的貿(mào)易屬于區(qū)域性能源。
但是天然氣和電力又有很大區(qū)別：
1、天然氣只能在油氣田生產(chǎn)，而除了水力發(fā)電以外，電力生產(chǎn)方式多種并產(chǎn)地多處。
2、天然氣能夠被其它燃料所替代，而電力則不能。
3、天然氣管道跨國線路數(shù)千公里，而電力線僅與鄰國相連。
4、天然氣國際貿(mào)易量很大，貿(mào)易量可達(dá)產(chǎn)量的30%左右，而電力國際貿(mào)易量僅為1～3%之間。
雖然天然氣是區(qū)域性能源，但是在上世紀(jì)70年代全球發(fā)生了能源危機(jī)，LNG的發(fā)展刺激了電力的發(fā)展，特別是日本領(lǐng)先，電力的發(fā)展又拉動了LNG的發(fā)展，也就是說，LNG使得天然氣沖破了區(qū)域性走向全球化了。
那么，電力怎么沖不破區(qū)域性呢?
1、 電力長輸?shù)哪茉磽p失很大，請看國際天然氣聯(lián)盟(IGU)的報告《天然氣—今日和未來的能源(Natural Gas:The Energy for today and future 2017)》第44頁。請點擊：http://www.cngascn.com/report/201812/34403.html
該頁講述能源輸送的損失，100份天然氣能量到用戶可以獲得92份，而100份電力來源，輸送到用戶，只能獲得32份。電力貿(mào)易僅限于鄰國(或者說，開一天汽車跑幾個歐洲小國)而不是在全球做生意。
2、 化石燃料全球分配不平衡就產(chǎn)生了國際貿(mào)易，而再生能源分配還算公正。世界各國都會優(yōu)先尋求再生能源發(fā)電，其數(shù)量不夠部分才進(jìn)口電力。如內(nèi)陸國家尼泊爾不產(chǎn)化石燃料，水力發(fā)電卻很強(qiáng)，活得尚好。
太陽給人類創(chuàng)造了太陽能、水能、生物質(zhì)能、海洋能、化石燃料等等，從來就不要求付費，可是這些能源落地到各個國家向別國索取就需要付費了。因此，全球電力貿(mào)易或稱全球能源互聯(lián)網(wǎng)實際上做生意，當(dāng)進(jìn)口電力高于當(dāng)?shù)貎r格，進(jìn)口量就會受到影響。在特高壓、儲能、海底電纜等技術(shù)成熟之前，電力難以長距離運輸。
那么由能源衍生的電力究竟貿(mào)易達(dá)到什么水平?全球電力貿(mào)易不像化石燃料那樣，年年有新數(shù)據(jù)，年年有評論?，F(xiàn)在把美國中央情報局(CIA)2020年1月31日整理的數(shù)據(jù)如下。表中%表示進(jìn)出口貿(mào)易量/生產(chǎn)量。電力產(chǎn)量可以采用BP數(shù)據(jù)。可以看出，電力國際貿(mào)易量一般在3%左右。
世界各國電力進(jìn)口
當(dāng)然，很遺憾地告訴您，不會查閱到年年更換的數(shù)據(jù)。如果您要理解，可以查美國中央情報局的網(wǎng)站：
全球電力進(jìn)口量
https://www.cia.gov/library/publications/resources/the-world-factbook/fields/255rank.html
全球電力出口量
https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/rankorder/2234rank.html
如果要知道最新的數(shù)據(jù)，可查閱Enerdata網(wǎng)站《Global Energy Statical Yearbook(全球能源統(tǒng)計年鑒)》，請打開：
https://yearbook.enerdata.net
點擊Electricity項目下的Trade，即
https://yearbook.enerdata.net/electricity/electricity-balance-trade.html
可以看見這樣的地圖：
您用鼠標(biāo)查各國的數(shù)據(jù)，“+”記錄電力進(jìn)口量。貿(mào)易進(jìn)口(+)與出口(-)是平衡的，可以得到下表：
2018年全球電力進(jìn)口國的貿(mào)易量(單位：TWh)
根據(jù)BP 2019的報告，2018年全球發(fā)電量為26614.8 TWh，因此，2018年全球電力貿(mào)易量為：
271.34/26614.8=1.0%
估計還有一些國家貿(mào)易量不多尚未記錄，但難以超過2.0%。
另外，世界頂級出口國(World’s Top Exports)網(wǎng)站http://www.worldstopexports.com/還提供了最新的貿(mào)易數(shù)據(jù)并有盈利數(shù)據(jù)(Electricity Exports by Country)。
http://www.worldstopexports.com/electricity-exports-country/
盡管參與電力貿(mào)易的國家多達(dá)百多個，但貿(mào)易量很小，還看不出增加的趨勢，更加看不出會跨洲的全球大貿(mào)易。
17、 常用電力單位換算
常用電力單位換算
1 TWh=1 000GWh=1 000 000MWh=1 000 000 000kWh
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