水利作为国民经济体系的组成部分，在我国具有特殊而重要的地位，发挥着防洪保安全、支撑经济社会发展、维护自然生态健康的基础性作用。
河湖环境的优美宜居建设任重道远，河湖是水资源的主要载体，具有自净化、引导水流、保护环境、滋润土地、弥补地下水一系列功能，在大自然生态系统中具有独特的作用，是自然界和人类社会维持运转的最主要的要素之一。近年来，河湖在提供基本水源基础上，其环境功能越来越受到人们的重视，河湖环境独有的自然生态、蜿蜒曲折、滋养森林、调节气候等方面特点，都使得河湖周边土地环境更适宜人类生存和发展。绿水青山就是金山银山，河湖环境扮演着“绿水”的重要角色，是提升人们高质量生活水平不可或缺的自然环境资源，河湖环境的改善和保持将是我国在新的历史发展阶段及以后长期发展的重要需求。
河湖环境的改善包括河内水量的充足、与历史水量相比的保持量、水质的安全、岸线的亲水程度、植被以及主要动植物的完整性、流域内水环境的改善等等，特别是针对我国地形复杂，地貌多样等特性，优美宜居的理想河湖环境建设任重而道远。
当前水利工程企业化管理将成为水利工程运行管理的主流，随着水利工程数量的不断增多，逐步建立了相应的工程管理技术规范，建立高效、低成本和安全的模式将是今后需要面对的重点问题。可视化技术与 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。
利用三维组态还原电力生产过程，监控机组运行状态，提高发电效率。支持集成各类视频资源形成统一的视频流，Hightopo 自研数字孪生技术关联坝顶、发电机层、配电室摄像头的视频信号源。通过场景交互来调取相应监控视频，满足运维人员的实时态势感知、历史数据回溯比对等需求。
进入主厂房后，支持以第一人称视角自由漫游（W A S D 方向键结合鼠标操作），可查看发电机详细运行参数、摄像头监控画面等信息。支持绘制并保存常用巡检路线，每次进入后按照固定路线自动漫游，满足个性化的巡检需求。通过巡检模拟人或者巡检车巡检的过程，经过设备时可以停留查看设备信息。
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。
2D 界面标注了摄像头分布情况、视频统计、行为分析报警、站内人员分布、人员报警等信息。通过可视化系统，可将视频监控系统、出入口管理系统、智能一卡通系统、入侵报警系统、作业过程管理系统、周界水域侦测系统、应急指挥系统等进行融合管理。
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。
能根据历史水位数据模拟出江流周边岸线变化情况，有助于判断水位临界值，提前调节水位，防止发生洪涝灾害或者提前通知周边居民转移。
基于已采集的江流、水库水质历史数据，使用HT云图渲染技术，取出某段立体水域，将水质数据的高低，用立体云图展示，并支持操作时间轴，反演全年的水质变化情况。根据推演数据判断水中化学残留物的含量、水中盐分、下游河水含盐量、水中血吸虫数量、微生物及细菌的数量、水生植物及藻类数量等。当出现严重水质问题时，及时采取补救措施。
目前，单一性质的水利工程项目越来越细化，造成众多单个项目规模很小，但项目立项的前期工作仍然复杂，因此如何合理设置项目规模以提升立项速度和管理效率，已经成为共识。此外，山水林田湖草是相互联系的整体，适合综合治理，也有很多项目本身就具有综合性特点，拥有多种用途，如水库大坝坝顶是交通要道，水库成为了湖泊，很多项目覆盖水资源的全产业链环节合并开展、统一经营等等。
水电的发展可以说是我国能源革命电力转型的试金石。电力转型不启动，水电的发展受影响最大，而电力转型一旦启动，水电的快速发展则一定是先决条件。
伴随着近些年互联网+、BIM 等新技术在水利水电行业的应用日益成熟，生态系统和环境保护的持续被关注，为水利水电勘测设计单位的发展带来了新的机遇：“放管服”改革持续深化，事业单位体制改革、国企深化改革步伐进一步加快，资质管理改革持续推进，行业市场化程度不断提高；工程建设模式改革快速推进，提供了价值链延伸空间，水利信息化、智慧水利发展前景广阔。
构建数字孪生流域。需按照“需求牵引、应用至上”的要求，以自然地理、干支流水系、水利工程、经济社会信息为主要内容，对照物理水利及其影响区域建立全要素的数字化映射。在数字化映射中实现预报、预警、预演、预案为目的，在数字孪生流域的基础上，集成耦合多维多时空尺度高保真数学模型，构建数字孪生流域模拟仿真平台，将物理参数实时映射到数字流域。
构建水利智能业务应用体系，在流域防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调节等预演基础上，提前规避风险、制定预案，生成决策建议方案，为水利工程实时监控、优化调度和水资源优化配置等提供超前、快速、精准的决策支持。
正如下图所示一样，数字孪生的水利管理解决方案，帮助用户多种角度直观展示大坝主体、厂房、船闸、升船机、发电机组、闸门泄水建筑物等重点管理对象的运行态势，实现水利管理综合运营态势一屏掌握。监控指标主要包括变形、应力、渗流量等，其中可以依据水工建筑物手册确定大坝安全系数，拟定应力预警值；再结合典型大坝渗流分析结果拟定渗流量的监控预警值。Hightopo 3D 可视化场景，采用 B/S 架构，经过模型轻量化处理后，用户无需再花费高价钱去采购高性能的图形工作站来支撑三维可视化系统。
用户通过 PC、 PAD 或是智能手机，只要打开浏览器可随时随地访问三维可视化系统，实现远程监查和管控。
支持集成各类监测系统数据，基于地理信息系统（Geographic Information System，GIS），直观展示自建、报汛和共享水雨情测报站点等要素的分布、覆盖面积、类型和监测信息，结合专业分析预测模型，对流量、流速、降雨（雪）、蒸发、泥沙、冰凌、墒情、水质等水情参数进行多维度分析，对异常水情进行可视化预警告警，辅助用户及时掌握水情动态，提升对水害事故应急相应效率。
水利大坝安全监测至关重要，帮助运维管理人员直观具体的获取一手资料，分析大坝及基岩的运行状态，掌握大坝的工作形态，评价大坝安全状况，发现大坝异常提供依据，清晰、快速的定位监测仪器设施，及时获取相关测点的监测基础信息。
基础设施数字化，对水利水务基础设施的提升和改造更是提出了明确的要求和目标。建设新型基础设施与完善水利传统基础设施密切相关，相辅相成、相互促进，对进一步加快水利建设与改革发展提供了新的发展机遇。
江河湖泊，智慧水利，需立足现有基础，构建覆盖各级水行政主管部门、各类水利工程管理单位、相关涉水单位全面互联互通的水利网络大平台，面向下一代网络的发展，升级改造网络核心设备，全面支持 IPv6，广泛应用软件定义网络等技术优化网络结构、增强资源动态调配能力。打造高速、灵活、安全的新一代信息骨干网络，全面建成适应智慧水利业务动态变化的泛在互联的智能水利信息网。
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》。
