Global vattenkraftsrapport 2021

Sammanfattning
Vattenkraft är en kraftproduktionsmetod som använder vattnets potentiella energi för att omvandla det till elektrisk energi. Principen är att använda vattennivåfallet (potentiell energi) för att strömma under gravitationens inverkan (kinetisk energi), till exempel genom att leda vatten från högvattenkällor som floder eller reservoarer till lägre nivåer. Det strömmande vattnet driver turbinen att rotera och driver generatorn för att generera elektricitet. Vattnet på hög nivå kommer från solens värme och avdunstar det låga vattnet, så det kan betraktas som indirekt användning av solenergi. Tack vare sin mogna teknik är det för närvarande den mest använda förnybara energin i mänskligheten.
Enligt Internationella kommissionen för stora dammars (ICOLD) definition av en stor damm definieras en damm som en damm med en höjd som överstiger 15 meter (från fundamentets lägsta punkt till dammens topp) eller en damm med en höjd mellan 10 och 15 meter, som uppfyller minst ett av följande villkor:
Dammkronans längd får inte vara mindre än 500 meter;

Dammens reservoarkapacitet får inte vara mindre än 1 miljon kubikmeter.
⑶ Det maximala översvämningsflödet som dammen hanterar får inte vara mindre än 2000 kubikmeter per sekund;
Problemet med dammfundament är särskilt svårt;
Utformningen av denna damm är extraordinär.

Enligt BP2021-rapporten stod den globala vattenkraften för 4296,8/26823,2=16,0 % av den globala kraftproduktionen år 2020, vilket är lägre än koleldad kraftproduktion (35,1 %) och gaskraftproduktion (23,4 %), vilket är den tredje största aktören i världen.
År 2020 var vattenkraftproduktionen den största i Östasien och Stillahavsområdet och stod för 1643/4370 = 37,6 % av den globala totalen.
Landet med den högsta vattenkraftproduktionen i världen är Kina, följt av Brasilien, USA och Ryssland. År 2020 stod Kinas vattenkraftproduktion för 1322,0/7779,1=17,0 % av Kinas totala elproduktion.
Även om Kina rankas först i världen när det gäller vattenkraftproduktion, ligger landet inte högt upp i landets kraftproduktionsstruktur. De länder med den högsta andelen vattenkraftproduktion av sin totala elproduktion år 2020 var Brasilien (396,8/620,1=64,0 %) och Kanada (384,7/643,9=60,0 %).
År 2020 var Kinas kraftproduktion huvudsakligen koleldad (stod för 63,2 %), följt av vattenkraft (stod för 17,0 %), vilket stod för 1322,0/4296,8=30,8 % av den globala totala vattenkraftproduktionen. Även om Kina rankas först i världen inom vattenkraftproduktion har den inte nått sin topp. Enligt rapporten World Energy Resources 2016 som släpptes av World Energy Council är 47 % av Kinas vattenkraftresurser fortfarande outvecklade.

Jämförelse av kraftstruktur bland de fyra främsta vattenkraftsländerna år 2020
Av tabellen framgår att Kinas vattenkraft står för 1322,0/4296,8=30,8 % av den globala totala vattenkraftproduktionen, vilket är den främsta aktören i världen. Dess andel av Kinas totala elproduktion (17 %) är dock bara något högre än det globala genomsnittet (16 %).
Det finns fyra former av vattenkraftproduktion: dammliknande vattenkraftproduktion, pumpkraftproduktion, strömmande vattenkraftproduktion och tidvattenkraftproduktion.

Vattenkraftproduktion av dammtyp
Dammliknande vattenkraft, även känd som reservoarliknande vattenkraft. En reservoar bildas genom att lagra vatten i vallar, och dess maximala uteffekt bestäms av skillnaden mellan reservoarvolym, utloppsläge och vattenytans höjd. Denna höjdskillnad kallas fallhöjd, även känd som höjd eller vattentryck, och vattnets potentiella energi är direkt proportionell mot fallhöjden.
I mitten av 1970-talet publicerade den franske ingenjören Bernard Forest de Bélidor ”Building Hydraulics”, som beskrev hydrauliska pressar med vertikal och horisontell axel. År 1771 kombinerade Richard Arkwright hydraulik, vattenramverk och kontinuerlig produktion för att spela en viktig roll inom arkitekturen. Utveckla ett fabrikssystem och anamma moderna anställningsmetoder. På 1840-talet utvecklades ett vattenkraftnät för att generera elektricitet och överföra den till slutanvändare. I slutet av 1800-talet hade generatorer utvecklats och kan nu kopplas till hydrauliska system.

Världens första vattenkraftprojekt var Cragside Country Hotel i Northumberland, England, år 1878, som användes för belysning. Fyra år senare öppnades det första privata kraftverket i Wisconsin, USA, och hundratals vattenkraftverk togs därefter i drift för att tillhandahålla lokal belysning.
Shilongba vattenkraftverk är det första vattenkraftverket i Kina, beläget vid Tanglangfloden i utkanten av Kunming City i Yunnan-provinsen. Byggandet påbörjades i juli 1910 (Gengxu-året) och elproduktionen skedde den 28 maj 1912. Den initialt installerade kapaciteten var 480 kW. Den 25 maj 2006 godkände statsrådet att Shilongba vattenkraftverk skulle inkluderas i den sjätte omgången av nationella skyddsenheter för viktiga kulturminnen.
Enligt REN21:s rapport från 2021 var den globala installerade vattenkraftkapaciteten år 2020 1170 GW, där Kina ökade med 12,6 GW, vilket motsvarar 28 % av den globala totalen, högre än Brasilien (9 %), USA (7 %) och Kanada (9,0 %).
Enligt BP:s statistik från 2021 var den globala vattenkraftproduktionen år 2020 4296,8 TWh, varav Kinas vattenkraftproduktion var 1322,0 TWh, vilket motsvarar 30,1 % av den globala totalen.
Vattenkraftproduktion är en av de viktigaste källorna till global elproduktion och den ledande energikällan för förnybar energiproduktion. Enligt BP:s statistik från 2021 var den globala elproduktionen år 2020 26 823,2 TWh, varav vattenkraftproduktionen var 4 222,2 TWh, vilket motsvarar 4 222,2/26 823,2 = 15,7 % av den globala totala elproduktionen.
Denna data kommer från Internationella damkommissionen (ICOLD). Enligt registreringen i april 2020 finns det för närvarande 58 713 dammar världen över, varav Kina står för 23 841/58 713 = 40,6 % av den globala totalen.
Enligt BP:s statistik från 2021 stod Kinas vattenkraft för 1322,0/2236,7=59 % av Kinas elproduktion från förnybar energi år 2020, vilket innehade den dominerande positionen inom kraftproduktion från förnybar energi.
Enligt International Hydropower Association (iha) [2021 Hydropower Status Report] kommer den totala vattenkraftproduktionen i världen år 2020 att nå 4370 TWh, varav Kina (31 % av den globala totalen), Brasilien (9,4 %), Kanada (8,8 %), USA (6,7 %), Ryssland (4,5 %), Indien (3,5 %), Norge (3,2 %), Turkiet (1,8 %), Japan (2,0 %), Frankrike (1,5 %) och så vidare kommer att ha den största vattenkraftproduktionen.

År 2020 var Östasien och Stillahavsområdet den region med mest vattenkraftproduktion i världen, som stod för 1643/4370=37,6 % av den globala totalen. Bland dem är Kina särskilt framträdande och står för 31 % av den globala totalen, vilket motsvarar 1355,20/1643=82,5 % i denna region.
Mängden vattenkraftproduktion är proportionell mot den totala installerade kapaciteten och den installerade kapaciteten för pumpkraftverk. Kina har världens största vattenkraftproduktionskapacitet, och naturligtvis rankas även dess installerade kapacitet och pumpkraftkapacitet först i världen. Enligt International Hydroelectric Association (iha) 2021 Hydroelectric Power Status Report nådde Kinas installerade vattenkraftkapacitet (inklusive pumpkraftverk) 370160 MW år 2020, vilket motsvarar 370160/1330106=27,8 % av den globala totalen, vilket är den högsta rankningen i världen.
Tre raviners vattenkraftverk, världens största vattenkraftverk, har den största vattenkraftskapaciteten i Kina. Tre raviners vattenkraftverk använder 32 Francis-turbiner, vardera på 700 MW, och två 50 MW-turbiner, med en installerad kapacitet på 22 500 MW och en dammhöjd på 181 m. Kraftproduktionskapaciteten år 2020 kommer att vara 111,8 TWh, och byggkostnaden kommer att vara 203 miljarder yen. Det kommer att vara färdigställt år 2008.
Fyra vattenkraftverk i världsklass har byggts i Yangtzeflodens Jinsha-del av Sichuan: Xiangjiaba, Xiluodu, Baihetan och Wudongde. Den totala installerade kapaciteten för dessa fyra vattenkraftverk är 46508 MW, vilket är 46508/22500 = 2,07 gånger den installerade kapaciteten för Tre raviners vattenkraftverk på 22500 MW. Dess årliga elproduktion är 185,05/101,6 = 1,82 gånger. Baihetan är det näst största vattenkraftverket i Kina efter Tre raviners vattenkraftverk.
För närvarande är Tre raviners vattenkraftverk i Kina världens största kraftverk. Bland de 12 största vattenkraftverken i världen har Kina sex platser. Itaipu-dammen, som länge rankats som nummer två i världen, har nu flyttats till tredje plats av Baihetan-dammen i Kina.

Världens största konventionella vattenkraftverk år 2021
Det finns 198 vattenkraftverk med en installerad kapacitet på över 1000 MW i världen, varav Kina står för 60, vilket motsvarar 60/198 = 30 % av världens totala kapacitet. Därefter kommer Brasilien, Kanada och Ryssland.
Det finns 198 vattenkraftverk med en installerad kapacitet på över 1000 MW i världen, varav Kina står för 60, vilket motsvarar 60/198 = 30 % av världens totala kapacitet. Därefter kommer Brasilien, Kanada och Ryssland.
Det finns 60 vattenkraftverk med en installerad kapacitet på över 1000 MW i Kina, huvudsakligen 30 i Yangtzeflodens avrinningsområde, vilket motsvarar hälften av Kinas vattenkraftverk med en installerad kapacitet på över 1000 MW.

Vattenkraftverk med en installerad kapacitet på över 1000 MW tas i drift i Kina
Denna kraftverk, som går uppströms från Gezhouba-dammen och korsar Yangtzeflodens bifloder via Tre ravinersdammen, är den huvudsakliga kraftkällan i Kinas kraftöverföring från väst till öst, och även världens största kaskadkraftverk: det finns cirka 90 vattenkraftverk i Yangtzeflodens huvudström, inklusive Gezhouba-dammen och Tre raviner, 10 i Wujiangfloden, 16 i Jialingfloden, 17 i Minjiangfloden, 25 i Dadufloden, 21 i Yalongfloden, 27 i Jinshafloden och 5 i Mulifloden.
Tadzjikistan har världens högsta naturliga damm, Usoi-dammen, med en höjd på 567 m, vilket är 262 m högre än den befintliga högsta konstgjorda dammen, Jinping Level 1-dammen. Usoi-dammen bildades den 18 februari 1911, när en jordbävning med magnituden 7,4 inträffade i Sarez, och en naturlig jordskreddamm längs Murgabfloden blockerade flodens flöde. Den utlöste storskaliga jordskred, blockerade Murgabfloden och bildade världens högsta damm, Usoi-dammen, vilket bildade sjön Sares. Tyvärr finns det inga rapporter om vattenkraftproduktion.
År 2020 fanns det 251 dammar i världen med en högsta höjd på över 135 meter. Den högsta dammen för närvarande är Jinping-I-dammen, en välvd damm med en höjd på 305 meter. Nästa är Nurek-dammen vid floden Vakhsh i Tadzjikistan, med en längd på 300 meter.

Världens högsta damm år 2021
För närvarande har världens högsta damm, Jinping-I-dammen i Kina, en höjd på 305 meter, men tre dammar under uppbyggnad förbereder sig för att överträffa den. Den pågående Rogun-dammen kommer att bli världens högsta damm, belägen vid Vakhsh-floden i södra Tadzjikistan. Dammen är 335 meter hög och byggnationen påbörjades 1976. Den beräknas tas i drift från 2019 till 2029, med en byggkostnad på 2-5 miljarder amerikanska dollar, en installerad kapacitet på 600-3600 MW och en årlig kraftproduktion på 17 TWh.
Den andra är Bakhtiari-dammen som är under uppbyggnad vid Bakhtiari-floden i Iran, med en höjd på 325 m och 1500 MW. Projektkostnaden är 2 miljarder amerikanska dollar och en årlig kraftproduktion på 3 TWh. Den tredje största dammen vid Dadu-floden i Kina är Shuangjiangkou-dammen, med en höjd på 312 m.

En damm som överstiger 305 meter byggs
Världens högsta gravitationsdamm år 2020 var Grande Dixence-dammen i Schweiz, med en höjd på 285 meter.
Den största dammen i världen med högst vattenlagringskapacitet är Kariba-dammen vid Zambezifloden i Zimbabwe och Zambezi. Den byggdes 1959 och har en vattenlagringskapacitet på 180,6 km3, följt av Bratsk-dammen vid Angarafloden i Ryssland och Akosombo-dammen vid Kanawaltsjön, med en lagringskapacitet på 169 km3.

Världens största reservoar
Tre ravinersdammen, belägen vid Yangtzeflodens huvudström, har den största vattenlagringskapaciteten i Kina. Den färdigställdes 2008 och har en vattenlagringskapacitet på 39,3 km3, vilket gör den till den 27:e bästa i världen.
Den största reservoaren i Kina
Världens största damm är Tarbela-dammen i Pakistan. Den byggdes 1976 och är 143 meter hög. Dammen har en volym på 153 miljoner kubikmeter och en installerad kapacitet på 3478 MW.
Den största dammkroppen i Kina är Tre ravinersdammen, som färdigställdes 2008. Strukturen är 181 meter hög, dammvolymen är 27,4 miljoner kubikmeter och den installerade kapaciteten är 22500 MW. Rankad som 21:a i världen.

Världens största dammkropp
Kongoflodbassängen består huvudsakligen av Demokratiska republiken Kongo. Demokratiska republiken Kongo kan utveckla en nationell installerad kapacitet på 120 miljoner kilowatt (120 000 MW) och en årlig kraftproduktion på 774 miljarder kilowattimmar (774 TWh). Flodbädden, som börjar i Kinshasa på en höjd av 270 meter och når Matadi-delen, är smal, med branta vallar och turbulent vattenflöde. Det maximala djupet är 150 meter, med ett fall på cirka 280 meter. Vattenflödet förändras regelbundet, vilket är extremt fördelaktigt för utvecklingen av vattenkraft. Tre nivåer av storskaliga vattenkraftverk har planerats, där den första nivån är Pioka-dammen, som ligger på gränsen mellan Demokratiska republiken Kongo och Republiken Kongo. Den andra nivån, Grand Inga-dammen, och den tredje nivån, Matadi-dammen, ligger båda i Demokratiska republiken Kongo. Pioka vattenkraftverk utnyttjar en vattenhöjd på 80 meter och planerar att installera 30 enheter, med en total kapacitet på 22 miljoner kilowatt och en årlig kraftproduktion på 177 miljarder kilowattimmar, där Demokratiska republiken Kongo och Republiken Kongo får hälften vardera. Matadi vattenkraftverk utnyttjar en vattenhöjd på 50 meter och planerar att installera 36 enheter, med en total kapacitet på 12 miljoner kilowatt och en årlig kraftproduktion på 87 miljarder kilowattimmar. Yingjia-forssträckan, med ett fall på 100 meter inom 25 kilometer, är den flodsträcka med de mest koncentrerade vattenkraftresurserna i världen.
Det finns fler vattenkraftverk i världen än Tre ravinersdammen som ännu inte är färdigställda.
Yarlung Zangbo-floden är den längsta platåfloden i Kina, belägen i den autonoma regionen Tibet, och en av de högst belägna floderna i världen. Teoretiskt sett, efter färdigställandet av Yarlung Zangbo-flodens vattenkraftverk, kommer den installerade kapaciteten att nå 50 000 MW, och kraftproduktionen kommer att vara tre gånger så stor som Tre ravinersdammen (98,8 TWh), och nå 300 TWh, vilket kommer att bli världens största kraftverk.
Yarlung Zangbo-floden är den längsta platåfloden i Kina, belägen i den autonoma regionen Tibet, och en av de högst belägna floderna i världen. Teoretiskt sett, efter färdigställandet av Yarlung Zangbo-flodens vattenkraftverk, kommer den installerade kapaciteten att nå 50 000 MW, och kraftproduktionen kommer att vara tre gånger så stor som Tre ravinersdammen (98,8 TWh), och nå 300 TWh, vilket kommer att bli världens största kraftverk.
Yarlung Zangbo-floden döptes om till "Brahmaputra-floden" efter att ha runnit ut ur Luoyus territorium och in i Indien. Efter att ha runnit genom Bangladesh döptes den om till "Jamuna-floden". Efter att ha konvergerat med Gangesfloden inom dess territorium flödade den ut i Bengaliska viken i Indiska oceanen. Den totala längden är 2104 kilometer, med en flodlängd på 2057 kilometer i Tibet, ett totalt fall på 5435 meter och en genomsnittlig lutning som rankas som den första bland de större floderna i Kina. Bassängen är långsträckt i öst-västlig riktning, med en maximal längd på över 1450 kilometer från öst till väst och en maximal bredd på 290 kilometer från norr till söder. Den genomsnittliga höjden är cirka 4500 meter. Terrängen är hög i väster och låg i öster, med den lägsta i sydost. Flodbassängens totala yta är 240 480 kvadratkilometer, vilket motsvarar 20 % av den totala ytan av alla flodbassänger i Tibet och cirka 40,8 % av den totala ytan av utflödesflodsystemet i Tibet, vilket rankas som femte bland alla flodbassänger i Kina.
Enligt data från 2019 är de länder med den högsta elförbrukningen per capita i världen Island (51699 kWh/person) och Norge (23210 kWh/person). Island är beroende av geotermisk och vattenkraftverk; Norge är beroende av vattenkraft, som står för 97 % av Norges elproduktionsstruktur.
Energistrukturen i de inlandsstater Nepal och Bhutan, som ligger nära Tibet i Kina, är inte beroende av fossila bränslen, utan snarare av deras rika hydrauliska resurser. Vattenkraft används inte bara inhemskt utan exporteras även.

Pumpad lagring av vattenkraft
Pumpkraftverk är en energilagringsmetod, inte en produktionsmetod för el. När efterfrågan på el är låg fortsätter den överskottskapaciteten att generera el, vilket driver den elektriska pumpen att pumpa vatten till en hög nivå för lagring. När efterfrågan på el är hög används det höga vattennivån för kraftproduktion. Denna metod kan förbättra utnyttjandegraden för generatoraggregat och är mycket viktig i näringslivet.
Pumplagring är en viktig komponent i moderna och framtida rena energisystem. Den betydande ökningen av förnybara energikällor som vind- och solenergi, i kombination med att de ersätter traditionella generatorer, har ökat trycket på elnätet och betonat behovet av pumplagringsbatterier.
Mängden vattenkraftproduktion är direkt proportionell mot den installerade kapaciteten för pumpkraftverk och relaterad till mängden pumpkraftverk. År 2020 fanns det 68 i drift och 42 under uppbyggnad världen över.
Kinas vattenkraftproduktion rankas först i världen, därför rankas antalet pumpkraftverk i drift och under uppbyggnad först i världen. Näst efter kommer Japan och USA.

Världens största pumpkraftverk är Bath County Pumped Storage Station i USA, med en installerad kapacitet på 3003 MW.
Det största pumpkraftverket i Kina är Huishou Pumped Storage Power Station, med en installerad kapacitet på 2448 MW.
Det näst största pumpkraftverket i Kina är Guangdong Pumped Storage Power Station, med en installerad kapacitet på 2400 MW.
Kinas pumpkraftverk under uppbyggnad rankas först i världen. Det finns tre stationer med en installerad kapacitet på över 1000 MW: Fengning pumpkraftverk (3600 MW, färdigställt mellan 2019 och 2021), Jixi pumpkraftverk (1800 MW, färdigställt 2018) och Huanggou pumpkraftverk (1200 MW, färdigställt 2019).
Världens högst belägna pumpkraftverk är Yamdrok vattenkraftverk, som ligger i Tibet, Kina, på en höjd av 4441 meter.

Stream vattenkraftproduktion
Avrinningsvattenkraft (ROR), även känd som avrinningsvattenkraft, är en form av vattenkraft som är beroende av vattenkraft men endast kräver en liten mängd vatten eller inte kräver lagring av stora mängder vatten för kraftproduktion. Vattenkraftproduktion från flodflöden kräver nästan helt ingen vattenlagring eller kräver endast byggande av mycket små vattenlagringsanläggningar. Vid byggande av små vattenlagringsanläggningar kallas dessa vattenlagringsanläggningar för justeringsbassänger eller förbassänger. På grund av bristen på storskaliga vattenlagringsanläggningar är kraftproduktion från strömmar mycket känslig för säsongsbetonade förändringar i vattenvolymen i vattenkällan. Därför definieras strömkraftverk vanligtvis som intermittenta energikällor. Om en regleringsbassäng byggs i ett strömkraftverk som kan reglera vattenflödet när som helst, kan den användas som ett toppkraftverk eller ett baslastkraftverk.
Världens största vattenkraftverk i Sichuanfloden är Jiraudammen vid Madeirafloden i Brasilien. Dammen är 63 meter hög, 1500 meter lång och har en installerad kapacitet på 3075 MW. Den färdigställdes 2016.
Världens tredje största vattenkraftverk är Chief Joseph-dammen vid Columbiafloden i USA, med en höjd på 72 meter, en längd på 1817 meter, en installerad kapacitet på 2620 MW och en årlig kraftproduktion på 9780 GWh. Det färdigställdes 1979.
Det största vattenkraftverket i Sichuan-stil i Kina är Tianshengqiao II-dammen, som ligger vid Nanpanfloden. Dammen har en höjd på 58,7 m, en längd på 471 m, en volym på 4800000 m3 och en installerad kapacitet på 1320 MW. Den färdigställdes 1997.

Tidvattenkraftproduktion
Tidvattenkraft genereras genom att havsvattennivåerna stiger och sjunker på grund av tidvatten. Generellt byggs reservoarer för att generera elektricitet, men det finns också direkt användning av tidvattenflödet för att generera elektricitet. Det finns inte många platser globalt som är lämpliga för tidvattenkraftproduktion, och det finns åtta platser i Storbritannien som uppskattas ha potential att möta 20 % av landets elbehov.
Världens första tidvattenkraftverk var tidvattenkraftverket Lance, som ligger i Lance, Frankrike. Det byggdes mellan 1960 och 1966 under 6 år. Den installerade kapaciteten är 240 MW.
Världens största tidvattenkraftverk är Sihwa Lake Tidal Power Station i Sydkorea, med en installerad kapacitet på 254 MW och färdigställdes 2011.
Det första tidvattenkraftverket i Nordamerika är Annapolis Royal Generating Station, som ligger i Royal, Annapolis, Nova Scotia, Kanada, vid ingången till Fundybukten. Den installerade kapaciteten är 20 MW och färdigställdes 1984.
Det största tidvattenkraftverket i Kina är Jiangxia Tidal Power Station, som ligger i södra Hangzhou, med en installerad kapacitet på endast 4,1 MW och 6 anläggningar. Det togs i drift 1985.
Den första tidvattengeneratorn i drift i North American Rock Tidal Power Demonstration Project installerades på Vancouver Island, Kanada, i september 2006.
För närvarande byggs världens största tidvattenkraftsprojekt, MeyGen (MeyGen tidal energy project), i Pentland Firth i norra Skottland, med en installerad kapacitet på 398 MW och förväntas vara färdigställt 2021.
Gujarat, Indien planerar att bygga det första kommersiella tidvattenkraftverket i Sydasien. Ett kraftverk med en installerad kapacitet på 50 MW installerades i Kutchbukten på Indiens västkust, och byggnationen påbörjades i början av 2012.
Det planerade tidvattenkraftverket Penzhin på Kamtjatkahalvön i Ryssland har en installerad kapacitet på 87 100 MW och en årlig kraftproduktionskapacitet på 200 TWh, vilket gör det till världens största tidvattenkraftverk. När det är färdigställt kommer tidvattenkraftverket i Pinrenna Bay att ha fyra gånger den installerade kapaciteten jämfört med det nuvarande kraftverket i Tre raviner.