一百多年來，水力發電一直是美國可靠的能源。在能源需求日益增長和氣候變遷威脅日益加劇的背景下，利用優先考慮環境和社區需求及關係的技術突破，可以改善老化基礎設施的低效率狀況。 

水力發電界的一些人認為，激進設計和理念的機會有限。另一些人仍然不相信新方法值得投資。然而，最近的趨勢表明，那些不願意採用創新實踐的設施，隨著產業的發展，很可能難以保持競爭力。  

選擇在效能、社區和環境需求交叉點運作的設施可以增加設備的終身價值，減少生態影響，提高營運彈性，並降低維護和營運成本。  

在低影響水力發電研究所 (LIHI)，我們將創新定義為新理念、新技術，或獨特、高效能、針對特定場地的技術。自 1999 年以來，我們已認證了數百座水力發電設施，獲得了有關新興技術、系統和營運實踐的寶貴見解，這些技術、系統和營運實踐正在變革產業，並改寫著未來的可能性。  

本文以 LIHI Certified® 計畫作為積極顛覆和改變的例子，探討了創新的實際行動。 

創新對水力發電的未來至關重要 

水力發電產業繼承了許多挑戰，這些挑戰可能會使創新追求變得複雜，但同時也為現代化提供了理想的起點。 

平均超過 60歲， 許多水力發電廠的服役年限已超過百年，其使用壽命已接近尾聲，且運作的機械、技術和設備均已過時，存在著高昂的維修成本和停機風險。供應鏈問題是改進的常見障礙。材料通常由國際製造商運輸，導致延誤和供應短缺，影響專案進度並增加成本。有些水力發電廠需要客製化維護和零件，而這些零件價格昂貴且難以購買。  

此外，氣候變遷日益嚴重，大眾對環境和文化對社區群體影響的意識也不斷提升，已成為討論和考慮的重要焦點。因此，工廠必須滿足更高的性能標準，遵守政府法規，並獲得公眾的認可。 這個現實使得水力發電廠更容易受到更頻繁的系統故障和中斷的影響，同時也面臨事故增加、安全威脅增加、預算限制、合規問題以及氣候準備不足等問題。  

值得關注的趨勢與技術  

水電創新正在發生。隨著環境危機和水資源格局的變化加劇了固有的挑戰，這些技術進步和自適應解決方案正在支持長期永續發展。  

更智慧的渦輪機，更安全的河流  

水力發電廠的技術差距各不相同，但許多專案的創新往往始於改進機械系統，例如渦輪機。 

兩項突出的技術是 阿基米德螺旋渦輪機（AST） 和 修復水力渦輪機（RHT）。這些解決方案可確保下游魚類安全通行，並降低受傷或死亡的可能性。   

阿基米德螺旋渦輪機提供了對魚類無害的低速解決方案，非常適合小規模、低水頭的場地。康乃狄克州梅里登的漢諾威池塘大壩計畫（LIHI #165) 是美國第一家利用阿基米德螺旋渦輪發電的公司，其洄游魚類（包括鯡魚、美洲西鯡和美洲鰻）的存活率達到 100%。  

Restoration Hydro 渦輪機將傳統渦輪機與先進的轉輪葉片設計相結合，無需使用昂貴的濾網。緬因州的自由瀑布計畫 (Freedom Falls Project) 就是這項技術的一個很好的例子。LIHI #178)。這個小型專案的表現優於其他渦輪機，預計 48 小時內存活率為 100%，受傷率低於 3%。 幼年鯡魚. 

這些創新提高了發電量，同時減少了用水量，使工廠和生態系統都受益。  

營運創新讓位給適應性  

能夠即時適應不斷變化的條件的水力發電設施能夠更好地提供穩定的電力生產，確保系統可靠性，並保護水生生態系統。維吉尼亞州的伯恩郡水力發電計畫就是一個例子。LIHI #152).  

該徑流式發電廠使用三台擁有超過百年歷史的渦輪機。渦輪機與永磁發電機 (PMG) 和再生逆變器配合使用，可根據需要開啟和關閉，即使河流狀況和流量發生變化，也能有效率地管理發電。該系統利用感測器監測河川水位，確保穩定的發電量，並減少對細篩或洩水閘等額外設備的需求。  

魚類通道解決方案  

創新魚道，例如仿生魚道，模仿自然河道。這些結構有助於維持河川連結性，並保障水生物種的安全航行。 

紐約的奧斯威戈奇河計畫（LIHI #161) 就是這種方法的一個有力例證。在鰻魚堰開發區安裝了仿自然魚道後，該計畫立即取得了成效——短短五天內，就有14個物種的2000多條魚安全通過。 

這些系統需要極少的維護，並能無縫融入專案基礎設施和周圍的生態系統。  

數位化可能是下一個大事件  

數位化和自動化優化了系統，提高了安全性和靈活性，並減少了現場監督的需要。  

透過集中數據分析和 人工智慧大壩設計師 智慧監控、學習、控制系統， 衛星雷達追蹤大壩狀況數位化（軟體、硬體和系統）正在幫助操作員儘早發現問題並實施解決方案，減少機器停機時間並簡化流程，從而提高工廠的安全性、合規性和靈活性。  

一 學習 發現實施高階分析和持續監控進行預測性維護減少了現場檢查的需要，大多數工廠的糾正性維護成本降低了 90%，勞動生產率提高了 80%。    

數位化還支援自適應管理——一種靈活的數據驅動方法——使水力設施能夠持續監測並適應河流流量、環境條件和能源需求的變化。這種方法至關重要，因為氣候變遷導致水資源供應和水文模式更加多變。  

例如，島嶼公園計畫（LIHI #2) 實施適應性管理，以改善水質並支持漁業棲息地。該工程設有一個曝氣池，在水流過大壩時為其充氧，調節流量，以保持下游魚類族群的最佳溫度。秋季和初冬時節，水位也會儲存在較高的水位，以便在冬末進行精準定時放水，以支持關鍵的魚類生命週期。  

儘管採用現代數位技術存在潛在障礙，包括資料安全、啟動成本、系統整合和團隊成員的抵制，但這些創新值得投資。 

積極主動的合作與參與彌合社區差距  

水力發電計畫的成功取決於牢固的社區關係。許多社區對水電既愛又恨。一方面，水力發電通常是農村居民的主要能源。另一方面，專案的開發和運作可能會對居民產生不利影響。社區投資是教育居民、鼓勵參與和回饋社會的理想方式。   

當水力發電計畫採取協作方式，與民間社會密切合作並徵求當地意見時，社區會感受到參與其中的動機。在研究中， 「影響大眾對水力發電計畫看法的因素：系統性文獻綜述，」 研究人員發現，公眾輿論是預測能源技術發展成功的關鍵因素，環境、生態和社會經濟影響以及公眾參與是主要決定因素。  

安李母親計畫 (LIHI #24) 是社區管理的典範。該項目透過工廠參觀和演示，提供教育機會，重點是該設施的文化、歷史和 STEM 相關方面。該計畫還向傑薩曼縣公園和娛樂部門捐贈了一條舊滑道，用於展示和公眾教育。 

與風能或太陽能不同，水力發電開發對其環境和社區而言具有獨特性。包容性的規劃流程能夠讓當地利益相關者參與進來，共同解決問題並共享利益，有助於建立信任、提高透明度、促進公眾支持與合作，從而增強項目的長期可行性，並使該行業在可再生能源競爭中獲得競爭優勢。  

休閒活動刺激經濟成長並鼓勵當地參與  

水力發電設施管理的水庫、河流及其周邊土地通常是進行休閒活動的理想場所。這些活動吸引遊客，刺激旅遊業，並透過支持戶外用品、餐飲和住宿等行業來促進當地經濟發展。維護良好的休閒區還可以提升房產價值，並改善居民的整體生活品質。  

賓州東南部的霍爾特伍德計畫（LIHI #116) 提供划船、釣魚、露營和野餐等活動，為戶外運動愛好者打造目的地。作為新發電站聯邦許可的一部分，專案業主與激流划船社區密切合作，開發了霍爾特伍德遊樂園——這是美國僅有的兩個與水力發電項目相關的遊樂園之一。 

促進娛樂活動可以加強社區聯繫，並鼓勵設施營運商、地方政府和娛樂團體之間的合作，確保空間的可及性、安全性和環境永續性。 

擁抱創新，共創永續未來  

再生能源正經歷全球轉型，傳統模式已不足以滿足快速變化的世界的需求。一個完全創新的產業並非一朝一夕就能建成，但本文詳述的技術、流程與探索，是未來100年可能帶來高報酬的投資。  

隨著水力發電產業採用這些現代化技術，整合這些技術和類似進步的電廠所有者可以提高環境管理的標準，確保高效的能源生產並為更綠色的未來做出貢獻。  

查看“水電案例研究中的創新方法」以深入了解 LIHI 認證設施如何徹底改變產業。