数字化水电站兴起
未来水电站的发展将逐渐实现数字化、智能化。数字化水电系统可以实现水电与其他可再生能源协作，提供更具灵活性的电能来提升系统的辅助服务能力。不仅可以解决水电站在运作、维养、监管、分析等多流程中存在的隐性问题，并通过优化发电与调度安排，提升发电产能，实现经济效益增长。
将可视化与 GIS、粒子仿真、虚拟现实、边缘计算等技术相结合，数字孪生闽江流域水利工程，实现坝、堤、溢洪道、水闸、渠道、渡漕、筏道、鱼道、水电站、水质、环境、水位、降雨等的实时监测，实现对水力资源的可持续利用。
通过 Hightopo 将水电站厂房、生态鱼道、泄洪闸门等进行数字孪生，在云上打通虚拟和现实。集成业务系统中传感器采集的不同方面数据（例如生物信息、气象信息、水位水头信息、闸门启闭耗时、泄洪闸门开度等），然后通过接口的形式实现数据对接。虚拟模型可用于运行模拟和研究性能，可以将研究结果用于水电站运行效率的提升。
水电项目会影响上游和下游的水生生态系统，应当建造人工繁殖放流（如增殖站）、过鱼设施（工程补偿措施，如鱼道等）、自然保护区或其它补救措施维护生态平衡。通过 Hightopo 构建的可视化鱼道模块，清晰地展示出鱼道外观、结构、过鱼种类、洄游路线，让人了解鱼道的构造和运行原理。
水电项目会影响上游和下游的水生生态系统，应当建造人工繁殖放流（如增殖站）、过鱼设施（工程补偿措施，如鱼道等）、自然保护区或其它补救措施维护生态平衡。通过 Hightopo 构建的可视化鱼道模块，清晰地展示出鱼道外观、结构、过鱼种类、洄游路线，让人了解鱼道的构造和运行原理。
泄洪闸门
水电站水库能发挥滞洪和蓄洪作用。在水库溢洪道设置闸门，通过改变闸门开启度来调节下泄流量的大小。由于有闸门控制，防洪限制水位可以高出溢洪道堰顶，并在泄洪过程中随时调节闸门开启度来控制下泄流量，达到滞洪目的。蓄在水库的一部分洪水可在枯水期有计划地用于兴利需要。
通过智慧水利水电工程案例可直观地查看大坝主体数个泄洪闸门实时的启闭状态，辅以气象信息、水位信息数据显示，帮助集控中心的人员在汛期及时作出决策。
大型水电站都具有装机容量大的特点，影响着区域供电。一旦站内的水库、大坝（含副坝）、发电厂房、引水渠等发生故障，将造成大面积停电，严重影响社会的和谐稳定。水电站的智慧安防系统关联站内监控信号源，显示现场监控画面，对区域闯入、烟火、故障等进行监测，保障站内设施设备的良好运行。3D 场景内图标可点击查看相应监控画面、人员名称、报警时间、报警详情。
将 GIS 创新融入中，为可视化赋予更强大的地理智慧。支持接入多源异构数据，标注各个水电站位置信息，即时还原高精度真实现场。采集江河流域范围内的 DOM（数字正射影像）和 DEM（数字高程模型）数据，以真实的城市河道现状信息和周边景物信息为依据，对河道、河底的三维空间数据进行三维几何建模；然后叠加精细建模的水电站模型，并进行渲染优化；最后采用显示列表、纹理优先级、细节层级模型（LOD）等Hightopo渲染技术，实现三维河流实时逼真的虚拟场景显示，并提供丰富的人机交互手段。
力场粒子效果仿真模拟出江流流动，结合不同流速区间对应的不同粒子颜色，对流场进行渲染，实时展示流速数据。
仿真分析技术的应用范围涵盖社会的诸多方面，结合 Web 可视化引擎为工程仿真、气象预报、生命科学、科研教育、电力系统、交通运输、工业制造等不同领域的发展起到了推动作用，为不同的行业发展注入了新的动力。
水力发电与航运、养殖、灌溉、防洪和旅游组成水资源综合利用体系，让水力资源得到最大利用。未来，水电站的自动化、远动化等也将进一步完善推广；发展远距离、 超高压、 超导材料等输电技术，将有利于加速中国西部丰富的水力资源开发。
行业主要上市公司：长江电力(600900)、湖南发展(000722)、闽东电力(000993)、黔源电力(002039)、三峡水利(600116)、桂冠电力(600236)、桂东电力(600310)、西昌电力(600505)、郴电国际(600969)、湖北能源(000883)等
本文核心数据：水资源规模;社会用电规模;水力发电装机容量;水力发电量;水电消费量;区域和企业竞争格局等
行业概况
1、定义
水力发电(hydroelectric
power)是指利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含的位能转换成水轮机的动能，然后再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能的过程。
水力发电的基本流程：具有水头的水力—经压力管道或压力隧洞(或直接进入水轮机)进入水轮机转轮流道——水轮机转轮在水力作用下旋转(水能转变为机械能)——同时带动同轴的发电机旋转一—发电机定子绕组切割转子绕组产生的磁场磁力线(根据电磁感应定理，发出电来，完成机械能到电能的转换)——发出来的电经升降压变压器后与电力系统联网。
2、产业链剖析：
水力发电行业上游只要包括工程咨询、原材料与设备供应商。上游原材料主要为钢筋混泥土、钢材等，市场供应充足，国产化程度高;发电设备主要包括电动机、水轮机和变电器等，其中，发电机主要依赖于进口。中游为水力发电建设和运营，中游企业的最大成本为折旧，收入来源主要为发电收入。下游主要涉及售电主体和电力用户，其中电力用户用电需求不断增长，需求比较稳定。
行业发展历程：国家规划引导行业稳定发展
1910年中国第一座水力发电站——石龙坝水电站开始建设，拉开了中国水电建设的帷幕。之后中国水电行业经过不断学习和探索，逐渐掌握了自主设计和建设的能力。随着我国进入改革开放和社会主义现代化建设新时期，国家开始逐步探索水电行业投资体制和建设体制改革，逐渐解决建设资金和市场定价的问题。同时，国家方案规划的制订不断完善水力发电的布局，推动水力发电技术的发展。为满足电力系统日益增长的调峰需要，抽水蓄能电站也在快速发展。
行业政策背景：绿色发展要求、电价机制深化促进能源结构转变
近年来，我国出台多项与水电发力相关的政策，推动水力发电行业的建设和发展。2016年发布的各项“十三五”规划，全面布局了水力发电行业的五年发展。经过五年的建设发展，我国如今的水力发电能力已经有了大幅度提升。在“十四五”纲要中，再次明确强调了可再生新能源的重要性，要求加快水电站的布局，推动能源清洁化。
2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出，要加快西南水电基地建设，安全稳妥推动沿海核电建设，建设一批多能互补的清洁能源基地;建设雅鲁藏布江下游水电基地;加强重点水源和城市应急备用水源工程建设;布局一批坚强局部电网，建设本地支撑电源和重要用户应急保安电源。建设电力应急指挥系统、大型水电站安全和应急管理平台。
资源供给情况：水电能资源丰富
我国是世界上水电能资源最丰富的国家之一，水能理论蕴藏量居世界第一位;同时，我国水能资源的技术可开发量和经济可开发量均名列世界第一。水利部公布的《2021年中国水资源公报》数据显示，2014-2021年，我国水资源总量呈波动变化。2021年，我国水资源总量为29638.2亿立方米，比多年平均值偏多7.3%，比2020年减少6.2%。
社会用电情况：用电规模不断提升
根据中电联的数据，2013-2021年全社会用电量逐年提升。2021年1-12月，全国全社会用电量8.31万亿千瓦时，同比增长10.3%，两年平均增长7.1%。2022年1-8月，全国全社会用电量5.78万亿千瓦时，同比增长4.4%。
产业发展现状
1、行业发展规模：投资规模和装机容量占比均有所下降
从投资规模来看，根据中电联的数据，2021年，全国主要电力企业合计完成投资10481亿元，比上年增长2.9%。全国电源工程建设完成投资5530亿元，比上年增长4.5
%。其中，水电完成投资988亿元，比上年下降7.4%。
从装机规模来看，2014-2021年，我国的全国全口径发电装机容量逐渐上升，其中，全国全口径水电装机容量也在逐年上升，但上升的幅度相比于总体较低，因此从水电装机容量在占比上逐年下降。2021年，全国全口径发电装机容量达23.8亿千瓦，全国全口径水电装机容量达3.9亿千瓦，占全部装机容量的16.4%。
2、行业供给情况：水电发电量整体上升，但电厂厂用电率还处于较低水平
从发电量来看，随着我国水力发电装机容量的提升，近年来我国水力发电量总体也呈上升态势，2021年中国电力总发电量为83768亿千瓦时，同比增长9.8%;受汛期主要流域降水偏少等因素影响，水力发电量为13401亿千瓦时，同比下降1.1%;中国水力发电量占总发电量的16.0%。
从电厂厂用电率来看，根据中电联数据，2017年以来，中国水电电厂厂用电率一直保持在0.3%左右，而火电电厂厂用电率则高达6%。发电厂的厂用电率是指单位时间内厂用变耗电量与发电量的百分比，是评价发电厂运行效率的重要指标之一。
注：2021年前各年数据为截至11月累计数据，2022年数据为截至8月累计数据。
3、行业需求情况：需求规模整体上升，供需形势总体平衡
2021年，全国全社会用电量83128亿千瓦时，比上年增长10.3%;全国电力供需形势总体平衡，部分地区有富余，局部地区用电高峰时段电力供应偏紧，疫情防控期间电力供应充足可靠，为全社会疫情防控和国民经济发展提供坚强电力保障。
由于电无法被大量储存，同时电的储存成本较高，因此我国的电力行业产销比较高，接近100%。根据水电产量占比对2014-2021年我国水电消费量进行测算，2021年水电消费量为133百亿千瓦时。
注：测算模型假设我国供用电结构相同，测算公式：水电消费量=(水力发电量/总发电量)*居民总用电量。
行业竞争格局
1、区域竞争：四川、云南、湖北的水电装机容量及发电量均处于领先地位
从装机容量分布来看，截至2021年末，我国水力发电规模最大的省份为四川省，水电装机容量达到了8887万千瓦，其次为云南，装机容量为7820万千瓦;排名二到十位的省份分别为湖北、贵州、广西、广东、湖南、福建、浙江和青海，装机容量在1000-4000万千瓦不等。
从发电量来看，2021年中国水力发电量最多地区为四川，水力发电量为3531.4亿千瓦时，占比26.37%;其次是云南地区水力发电量为2716.3亿千瓦时，占比达到20.29%;再次是湖北地区水力发电量为1531.5亿千瓦时，占比达到11.44%。
2、企业竞争：长江电力装机容量占比最大，市场集中度较高
我国的水力发电行业以国有垄断为主，但是三峡集团的长江电力水电装机量约占到全国的11.64%，五大发电集团旗下的水电总装机规模约占到全国的三分之一，约30.77%。从市场集中度来看，我国水力发电行业五大集团与长江电力总和接近市场的一半份额，行业集中度较高。
行业发展前景及趋势预测
1、装机容量和开发程度有望继续提升，抽水蓄能占比将不断扩大
2021年2月国家能源局下发可再生能源消纳目标建议函，官方首次正式提出2030年非化石能源占比目标25%并确保完成，明确2030年可再生占比须达到40%。根据中国水电发展远景规划，到2030年水电装机容量约为5.2亿kW，其中，常规水电4.2亿kW，抽水蓄能1亿kW，水电开发程度约60%;到2060年，水电装机约为7.0亿kW，其中，常规水电5.0亿kW，新增扩机和抽水蓄能2.0亿kW，水电开发程度73%，届时基本达到西方国家的开发水平。
2、大力发展抽水蓄能，建设绿色水电
水力发电存在不稳定的缺陷，同时水电站的建设会给当地环境造成一定程度的污染。因此，提高水电利用率和解决环境问题是未来水力发电的两大趋势。水电行业可以利用抽水蓄能装置提高电力储能，以解决当前水电供需时间上的不均衡;同时，大力发展绿色水电也是当前解决环境问题的必然趋势。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国水力发电行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
