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國內低碳能源的發電比例。

全世界有15.3%的電力來自水力

什麼是水力?

水力發電,或稱水電,是可再生能源之一。其原理是用河流或瀑布流動產生的動能使渦輪機運轉,驅動發電機發電。

希臘和中國在過去就懂得使用水壩,並在中世紀時用水壩碾碎穀物。19世紀時期,世界第一個水電渦輪機誕生,在1895年安裝在尼亞加拉瀑布,至今仍在運行。自20世紀發展以來,水力發電發展迅速,2021製造了4206TWh的電力,比1970年多了整整4倍。

比起核能(9.9%)、風力(6.6%)和太陽能(3.7%),水電產量佔世界電力總量的15.3%。中國大陸的水電產量從2006年的436TWh增至2020年的1262TWh,增長了2倍。另外,巴西55.9%的電力和加拿大60.6%的電力也都來自水力發電。

水電站的大壩除了有發電的功能外,還能通過蓄水的方式儲存能量,作為間歇性能源(如風力太陽能等)的補償能源。


水力是低碳能源嗎?

是的,由於其生命週期排放量相對較低,水力被認爲是一種低碳能源。

水力對生命週期排放的預估中值為24 gCO2eq / kWh。 我們的排放量數據源自哪裡?

風力11 gCO2eq / kWh低碳
核能12 gCO2eq / kWh低碳
水力24 gCO2eq / kWh低碳
地熱能38 gCO2eq / kWh低碳
太陽能45 gCO2eq / kWh低碳
生質燃料230 gCO2eq / kWh低碳
天然氣490 gCO2eq / kWh高炭/ 化石燃料
石油650 gCO2eq / kWh高炭/ 化石燃料
燃煤820 gCO2eq / kWh高炭/ 化石燃料

水力與其它的低碳電力比較圖表

以下列出了最重要的水力發電生產國和地區

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水力發電的優點:

水力發電是一個人們熟知已久的可再生能源,它所排放的溫室氣體非常少,有助於減緩全球暖化,並以有競爭力的價格提供電力。

水力發電有助減緩全球暖化

首先,水力發電是可再生能源之一,像是巴西55.9%和加拿大60.6%的水力發電對全球暖化的影響非常小。

事實上,比起煤炭 (820 gCO2eq / kWh)與天然氣(490 gCO2eq / kWh),水電在供電過程中產生的溫室氣體是最低的(24 gCO2eq / kWh),因此它也是低碳能源之一。

水力發電的價格比煤炭便宜,與天然氣相當

第二,根據國際能源署(IEA)的統計,水力發電的平均價格為72美元/兆瓦時(USD/MWh),相比陸上風力(50 USD/MWh)、太阳能(56 USD/MWh)、天然气(71 USD/MWh)、煤炭(88 USD/MWh)來的更加經濟實惠。

雖然水力發電的前期投資費用較高,但其壽命幾乎是無限的,因此往往能夠回收成本。例如1895年設立在尼亞加拉大瀑布的水輪機至今仍在運作。

https://www.iea.org/reports/projected-costs-of-generating-electricity-2020

液壓能源自公元前6000年以來仍不斷地進步。

公園前6000年就能看到古埃及使用水力的痕跡。考古學家在尼羅河上發現了最早的水壩跡象,認為這些水壩有助於防洪和灌溉農作物。

這種技術也在公元前2000年的古希臘米諾斯文明和公元前2世紀的中國所發現。

https://www.mdpi.com/2071-1050/12/22/9760/pdf

http://www.history.alberta.ca/energyheritage/energy/hydro-power/hydro-power-in-ancient-times.aspx

https://www.hydropower.org/iha/discover-history-of-hydropower

Benoît Fourneyron於1827年發明了第一台水力發電渦輪機。這項通過水力發電的技術於19世紀在法國德國快速發展起來。1895年,它被安裝在尼亞加拉大瀑布上,至今仍在使用。

隨後,水電於20世紀在工業化國家得到大規模的發展。自1970年到2021年,水電生產的電力增加了4倍,佔全球電力的15.3%,使水電成為低碳電力中的第一大來源,排在後面的是核能(9.9%)、風力(6.6%)和太陽能(3.7%)。

水力發電是一種可再生能源

水力發電與風力太陽能地熱能一樣,是可再生的低碳能源。一旦水壩安裝完畢,它只需要利用水流產生的天然能量,不像化石燃料需要燃料來發電。

利用水力發電進行能源儲存

水力發電可依照需求儲存能源,當間歇性可再生能源(風力太陽能)產生大量電力時,水將被抽到上游的水壩中;而當間歇性能源的供電產量較少時,便可以用水力發電所儲存的能量補償,進而穩定輸電網路。這樣的特性是實現淨零排放的關鍵之一。

水力發電的缺點:

水力發電設施的前期投資費用高昂。

許多水電設施是大型的設施項目,需要建造水壩、水庫和發電渦輪機,需要大量的財務投資。

因此,前期的建設成本往往較高。然而,这些设施一般可持续50至100年(有时甚至更长),這讓他們成為值得投資的項目之一。像是尼亞加拉瀑布至今仍在運作。這樣長壽的成果讓它的競爭性價格平均落在68美元和72美元/兆瓦時之間。這個價格比其他可再生能源,如陸上風力(50美元/兆瓦時)和太阳能(56美元/兆瓦時)更貴,但它與天然氣(71美元/兆瓦時)相當,更比最嚴重的污染源:煤(88美元/兆瓦時)便宜得多。

https://www.iea.org/reports/projected-costs-of-generating-electricity-2020

水力發電設施可能對當地環境造成負面影響。

水電雖然可再生能源,但水電設施會對當地環境造成損害。

首先,水壩會改變河流原來的流向,可能會破壞當地的生態系統。其次,在某些情況下,當地居民可能會流離失所。又或者像埃及一樣,歷史遺跡可能被大壩淹沒。

一般上,如波浪或潮汐裝置的河道設施較不會出現這些副作用。但大多數的水電系統為阻斷河流的大壩。目前正根據現有的案例研發新的技術,試圖減少水電大壩對環境的影響。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aaq1422

水電設施的建設取決於當地的地理環境和天氣因素。

雖然水電是一種可靠的能源,但它並不能隨地安裝在任何地方,因為水壩的安裝是取決於當地的地理環境。

另一方面,水壩的運行也取決於天氣情況,特別是降雨量。由於大多數水電站都依賴河水,乾旱會導致河水流量減少,不利與水電生產。因此,隨著時間推移,水電系統可用的水量也會有所不同,進而影響發電量。

重大的水壩意外會導致災難性的後果。

根據OurWorldInData的數據統計,水電和太陽能是世界上最安全的能源,每太瓦時(TWh)只有0.02人死亡,比褐煤安全1636倍。

然而,在所有能源中,水電大壩意外是最致命的。1975年,中國的板橋大壩故障造成約8.5萬人死亡,有22萬至23萬人死於這場悲劇造成的飢荒和疾病中。

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