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从可再生能源发展看水电温室气体减排作 用 表 1 有关水电的温室气体减排作用，历来都存在着一些争 议。有些问题我们已经多次重复过了，例如，我国的水库 从来都是要在蓄水前进行清理，所以，某些所谓热带水库 腐败的植物造成大量温室气体排放的现象根本就不可能出 现在我国。其次，所谓某些水电站水库的温室气体排放高 于火电厂的传言，都是一些不肯说明多大的水库与多大的 火电站相比较的结果。深究起来目前在全世界范围内还找 不到一个实际的案例。 相反，为了澄清这种似是而非的谣言，XX 年 XX 联合国 水电与可持续发展论坛之前，联合国有关机构曾经委托加 拿大做过专门研究，基本上澄清了这种错误说法。最近瑞 士联邦水科学技术研究所在制定绿色水电的评价标准时， 更加明确地指出了瑞士观测到每百万千瓦时水电的二氧化 碳排放量约为 3 到 4 吨，相应的百万千瓦时火电排放高达 850 到 990 吨。数据说明，如果在瑞士产生同等电力，水电 与火电两种发电方式的二氧化碳排放量差距，可能高达 200 到 300 倍。 除了上述这些具体的水电温室气体问题的争论，本文 将从另外两个更加宏观的角度，论述水电开发对于减少温 室气体排放的重要作用。 一、京都议定书的减排方向不容置疑 由于人类活动和自然变化的共同影响，全球气候正经 历一场以变暖为主要特征的显著变化，已引起了国际社会 和科学界的高度关注。1988 年 11 月，世界气象组织和联合 国环境规划署联合建立了政府间气候变化专门委员会，就 气候变化问题进行科学评估。IPCC 分别于 1990 年、1996 年、XX 年出版了三次气候变化评估报告，目前正在组织科 学家撰写第四次评估报告。 XX 年 IPCC 第三次评估报告指出，1860XX 年全球平 均气温上升了 0.40.8，二十世纪九十年代是 20 世纪最 暖的十年。有许多证据表明，过去 50 年观测到的全球增暖 大部分归因于人类活动的影响。 在全球变暖背景下，近 100 年来中国年平均气温明显 增加 0.50.8，比同期全球增温平均值略高。近 50 年， 尤其在 20 世纪 80 年代中期以后增暖更加明显。近 100 年 中国年降水量变化趋势不显著，但地区差别和长期波动较 大。近 50 年来中国主要极端天气气候事件的频率和强度出 现了明显变化。华北和东北地区干旱趋重，长江中下游流 域和东南地区洪涝加重。1990 年以来，多数年份全国年降 水量均高于常年，出现南涝北旱的局面。 据气候模式预测，未来 100 年全球气温将升高 1.45.8，全球特别是北半球中高纬度地区的降水量将 增加。未来中国气温增加明显，降水量也会呈增加趋势。 与 XX 年比较，2020 年中国年平均气温将增加 1.32.1， 2050 年增加 2.33.3。预计到 2020 年，全国平均年降 水量可能将增加 23%，到 2050 年可能增加 57%。未来 中国的极端天气气候事件发生频率可能增大，将对经济社 会发展和人们生产生活产生很大影响。 气候变化及其影响是多尺度、全方位、多层次的，正 面和负面影响并存，但负面影响更受关注。全球变暖对许 多地区的自然生态系统已经产生了影响，如海平面升高、 冰川退缩、冻土融化、河冰迟冻与早融、中高纬生长季节 延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植 物数量减少、一些植物开花期提前，等等。 气候变化对我国国民经济的影响可能以负面为主，将 使我国未来农业生产面临以下三个突出问题：农业生产的 不稳定性增加，产量波动大；农业生产布局和结构将出现 变动，作物种植制度可能发生较大变化；农业生产条件改 变，农业成本和投资大幅度增加。气候变暖将导致地表径 流、旱涝灾害频率和一些地区的水质等发生变化，特别是 水资源供需矛盾将更为突出。与高温热浪天气有关的疾病 和死亡率可能增加。气候变暖引起的海平面上升还将严重 影响到沿海地区的社会经济发展。 目前的研究认为，气候变暖的主要因素是大气中的温 室气体成分增加，尤其是二氧化碳成分的增加。因此，除 了对还原氧气和碳元素积蓄能力较强的森林面积的不能大 幅度减少之外，过多的燃烧矿物能源，造成埋藏地下的碳 元素大量释放，是造成温室气体的最主要的因素。为了减 少全球温室气体的排放，我们已经制定了京都议定书 要求各国按照计划，缩减、减少温室气体的排放数量。我 们知道目前的温室气体主要来自现代化社会的巨大的能源 需求，减小温室气体的排放不能以牺牲人的现代化生活为 代价。所以，应用不会增加温室气体排放的可再生能源， 减少矿物能源的应用就是我们解决温室气体排放问题公认 的最佳方案。 我们需要强调，现在有一些人研究温室气体排放的时 候，有些偏离方向。他们总是热衷于找出来某种所谓新的 “温室气体排放元凶”。实际上这是一种方向性的错误。 我们可以把地球表面的碳循环，看成是一个几 XX 来不断演 变而成的正常的碳循环系统。这个系统中的任何碳排放、 转换都应该是基本平衡的，不会导致地球大气中的碳含量 发生突变。但是，地球上还有大量的矿物能源被埋藏在地 下。这矿物能源是几亿年以前的动植物躯体沉积形成的， 也可以说这些矿物能源是几 XX 以来早已退出了地球表面的 碳循环的碳元素。快速的、过量的把这些早已经退出碳循 环的地下矿物能源挖出来、燃烧掉，使其重新回到地球大 气中去的行为，是造成温室气体不断增加的真正原因。 例如，最近有研究报告说，牛屁的温室气体排放量高 于汽车。但是，从如果我们地球碳循环的宏观上分析，即 使牛屁的温室气体排放总量高于汽车，它也不会像汽车那 样造成地球的温室气效应。因为牛总是要吃草、吃饲料。 每头牛一生中所排放的温室气体中的碳含量，总不会超过 该条牛一生中所需要吃掉的草料中的碳含量。当我们担心 牛的二氧化碳排放过高的时候，不要忘记维持牛的生命所 需要的饲料，在其生长过程中，可能需要消耗同样多的二 氧化碳，并在光合作用下把它变成氧气。正是牛的生长和 饲料的生长，一起构成了一次自然界中的碳循环。这与汽 车燃烧矿物能源，释放出大量埋藏于地下的碳元素是有着 根本的区别的。 关于水库的水电的温室气体排放高于火电的说法，也 是一种逻辑方向上的错误。水库属于人工湿地，其本质与 天然湿地没有什么差别。即使现在我们为了解决天然水资 源的时空分布不均的矛盾，需要有意识地建造很多水库， 但是，水库这种人造湿地的出现，相对于近代人类的社会 化活动造成的湿地面积缩小，并没有从总体上改变地球表 面的湿地面积下降的趋势。所有湿地都会有温室气体的排 放，这是几 XX 来湿地参与地球生态系统碳循环的一部分。 即使你观测到了某一地区的湿地，排放出大量的温室气体， 你也根本不必大惊小怪。即便是所谓热带水库排放大量温 室气体的现象，在任何热带雨林中都是自然存在的。 因此，我们可以归纳说，任何其它所谓的新发现的温 室气体排放“元凶”，都只能说是局部的，“盲人摸象” 的观测结果，不可能有什么实际意义。不管是“牛屁”也 好，水库也好，不管你所观测到的温室气体排放有多么严 重，它们都是地球正常碳循环的一部分，不可能构成什么 温室气体排放的元凶。相反，这些把牛屁与汽车比较，把 水电与火电比较的所谓温室气体排放“元凶”的炒作、宣 传，绝对是一种对京都议定书的误导，只能放松人们 控制汽车、火力发电的温室气体排放问题的警惕，加剧全 球温室气体的恶化。 二、在发电领域内几种主要的可再生能源的比较分析 由上面的分析可知，造成全球温室气体问题的原因就 是现代社会矿石能源的过量燃烧、使用。因此，减少矿物 能源的燃烧、使用，是解决温室气体排放的唯一途径。但 是，人类社会的发展现实，已经离不开各种能源的使用， 所以，所谓减少矿物能源的消耗必须要有相应的替代能源。 这就是要发展和利用清洁能源和可再生能源。 从减少温室气体排放的作用上看，核能是当前公认的 清洁能源之一。按照目前的技术水平，核裂变发电的温室 气体减排作用非常重要，因此，现阶段我们应该加紧核电 的建设，提高清洁能源的比重。不过，核能不属于可再生 能源，我国的铀矿资源非常有限，如果建设 50 座常规的百 万千瓦级核电站，仅够运行 40 余年。这就决定了我国的核 能发电的比例，最终不可能太高。快中子堆核裂变发电技 术虽然能够提高一些资源利用率，但是其成本和安全性的 问题仍然有待于进一步突破。核聚变发电技术目前还看不 到什么前景。所以，根据全世界的资源现状和技术水平， 当前最有效的温室气体减排措施，就是要加速可再生能源 的开发、利用。此外，随着时间的推移，各种能源资源也 都有一个逐渐枯竭的可持续利用问题。从这个意义上来看， 只有开发利用可再生能源，才是既能解决温室气体排放， 又能解决能源枯竭矛盾的发展方向。这也是世界可持续发 展高峰会议，最终一致确定的“行动计划”。 常说的可再生能源，包括水能、风能、海洋能、地热 能、太阳能、生物质能等。目前公认的比较成规模的可再 生能源主要有水能、风能、太阳能和生物质能四种。那么 这四种可再生能源在我国的发电领域内的作用和潜力到底 如何呢？根据有关资料的统计数据，我国的几种主要的可 再生能源的发电潜力如表 1 所示： 其中：理论可开发量：是指可用于发电的理论资源总 量。可开发度：是指受环境、分布条件和人们接受程度的 制约，实际资源与用于发电的百分比。当量装机容量：是 统一按照运行时数为 4500 折算后的装机容量。 下面我们分别地加以简单的分析介绍。 21 生物质能 生物质指农业、林业生产中产生的农林剩余物和能源 作物。能源作物包括野生的和人工种植的。生物质能的利 用主要有：直接燃烧技术，如非常原始而范围极广的炉灶； 现代技术是用于发电，需要解决收集、致密成型等问题； 生化转化技术，形成糖和木质素中间产品，再转化为沼气、 燃料酒精、生物柴油等，副产品为肥料，以热与电的方式 应用，或者从植物中提取生物柴油。 有一种观点认为，生物质能源消耗之后不是天然的可 补充的能源，因此不应该算是可再生能源。也有人说生物 质能虽然是可再生能源，但他的清洁性比不上水能、风能、 太阳能等，因为它直接燃烧或用于发电都要产生 CO2，也有 温室效应问题。我认为这些看法都是缺乏宏观考虑的认识。 如果从地球正常碳循环的角度去看，只要是不增加地下碳 元素的循环，都应该认为是可再生能源。只不过水能、风 能和太阳能的可再生阶段不需要经过地球的碳循环。就可 以直接的转换为各种能量，而生物质能必须依靠一次碳循 环来完成其可再生性。忽略生物质能燃烧的碳排放问题， 定义生物质能为可再生能源的这个观点，恰恰与前面我们 说的“牛屁”和“水库”的温室气体排放问题一样，不能 孤立看待正常的碳循环的温室气体排放问题。生物质能源 燃烧释放的碳元素，必定与其生长过程中完成的碳吸收相 平衡。所以，和牛屁、水库一样，它并不会增加地球温室 气体的排放。 生物质能源的主要矛盾在于种植生物需要土地，因此， 对于地少人多的我国来说，生物质能源的种植受到很大的 局限，一般只能停留在农村的薪柴、秸秆直接燃烧和沼气 利用方面。不能满足大规模发电的需求。所以，生物质能 源发电在我国的可再生能源的比重非常低，还不足总量的 1%。 也可以说“种植能源”的梦想，对我国来说并不是发展方 向。 22 风电 全球可实际利用风能为 2107MW，比地球上可开发利 用的水能总量大 10 倍。近年来风电一直保持着世界增长最 快的能源的地位，XX 年底，世界风机总装机容量约 5000 万 kW。世界风力发电如此快速地发展，欧洲风能协会预测 2020 年全球风力发电装机将达到 12.31 亿 kW，是 XX 年世 界风电装机容量的 38.4 倍，年安装量达 1.5 亿 kW；风力发 电量约为 30000 亿 kWh，将占全球发电总量的 12%。 我国幅员辽阔，风能资源比较丰富。据气象科研部门 估算，全国平均风功率密度为 100W/m2，风能资源总储量约 32.26 亿 kW，可开发和利用的陆地上风能储量有 2.53 亿 kW，海上可开发和利用的风能储量有 7.5 亿 kW。目前我国 的风电发展已经逐渐步入轨道，风电每千瓦的平均造价从 开始的 1 万多元降到七八千元，每千瓦时风电的还本付息 成本价也从 1 元以上降到 05 元左右。中华人民共和国 可再生能源法，并于 XX 年 1 月 1 日正式生效后，风电产 业进一步得到国家政策支持。根据国家发改委的长期产业 规划，我国的风电装机目标为 XX 年 400 万 kW，大型风电场 基本立足于国内制造的装备，风电上网电价进一步降低， 使风力发电基本能与常规电力相竞争；XX 年 1000 万 kW；2020 年 3000 万 kW，届时风电装机占全国电力装机的 2%。 据预测，我国有能力在 2020 年实现 4000 万 kW 的风电装机 容量，风电将超过核电、继煤电、水电之后成为中国第三 大主力发电电源。 风电是仅次于水电的比较成熟的可再生能源发电技术， 与水电其主要优点是不需要建造水库，没有移民生态等问 题。但是目前风电的发电成本还是比水电高出一倍以上， 由于风力的随机性较大，电源质量也比水电差，需要解决 蓄电问题或者要求一定的水电站相配合。因此，在我国还 有大量的水电待开发的情况下，风电的发展远没有水电开 发市场化程度高，尚需要政府给与一定的扶持和资助。 23 太阳能 太阳能是资源量最大、分布最普遍的可再生能源，也 是一种取之不尽、用之不竭、对环境无任何污染的一次能 源。据全球权威能源机构预测，到本世纪中期太阳能将成 为人类能源构成中的重要组成部分，而到本世纪末太阳能 将成为人类能源构成中的主要组成部分。 我国属太阳能资源丰富的国家，全国 2/3 地区太阳能 年日照时数在 2200 小时以上，我国太阳能总辐射量大致在 9302334 千瓦时/平方米/年之间，陆地表面每年接收到太 阳辐射能相当于 17000 亿吨标准煤，具有良好的开发条件 和应用价值。我国有荒漠面积 108 万平方公里，主要分布 在日照资源丰富的西北地区等。如果利用 1%的荒漠安装并 网光伏发电系统，按照目前 100Wp/m2 的保守技术水平估算， 则装机容量可达到约 10.8 亿 kWp；若光伏发电系统的年利 用小时数按 1000 小时考虑，则每年发电量可达 1.08104 亿 kWh。 在我国，太阳能的光、热利用已有悠久的历史，上世 纪 50 年代太阳能伏电池的出现为太阳能利用带来了质的飞 跃，从卫星、飞船，到高山、海岛，以及偏远的山村、牧 场、沙漠，到建筑物的屋顶，一片片光伏电池板将阳光转 化为电流，以满足照明、电子仪器和动力用电等多种需要。 自上世纪 50 年代制造第一块太阳能伏电池以来，太阳能光 电应用已从简明的照明，发展到航天、通讯、石油、交通、 电力和国防等领域。 青海省每年大约有数万套进入农牧民家庭，青海农牧 区的 112 个无电乡全部建成太阳能光伏电站，解决了 908 个无电村农牧民的生活用电，覆盖农牧民人口 50 多万。青 海全省人口 550 万，如今 1/7 的人口靠太阳能告别无电时 代。在推进太阳能光伏电站建设的同时，青海省政府制作 太阳能灶 66000 台，全部免费发放给干旱山区的农牧民， 使 30 万农牧民用上了太阳能灶。 上世纪 80 年代开始,西藏那曲、日喀则、山南、阿里 等地区先后引进各种类型的太阳能光伏和风力发电机，建 成了一批光伏和风力发电示范乡、村。XX 年，政府又投资 8 亿多元，在山南、那曲、昌都、拉萨等地，建起了 350 座 光伏电站和风光互补电站，实现了乡乡通电。目前，又有 10 多个乡 600 多户 2398 人告别了酥油灯，用上了风光互补 电能。 我国已在 XX、深圳、上海等地建成多处示范工程。我 国 XX 年敦煌市筹建 100 兆瓦太阳能并网光伏发电项目，项 目建设方和投资方中濠新能源投资(XX)有限公司。总投资 60.27 亿元人民币，建设工期为 5 年的 100 兆瓦太阳能光伏 发电项目，建成后将是世界上最大的光伏发电项目。 我国太阳能利用的潜力最大，热利用已大面积推广， 太阳能光伏发电还存在着成本过高的问题，能否大规模应 用还有待于新的技术突破。一方面需要提高光电转化效率， 一方面需要降低制造成本。从长远看，随着技术的进步太 阳能发电将是最有前途的可再生能源。国家从政策上应该 鼓励有关太阳能发电技术的推广、应用，但是，必须认识 到目前我国还不具备大规模开发利用太阳能的条件。我国 目前生产的太阳能电池板 95%以上都出口到欧洲，这就是因 为我们国家和居民，目前还承受不起太阳能发电的成本。 24 水能 我国的水能资源极其丰富，储量世界第一，而且开发 利用程度较低，目前仅为 20%左右，具有广阔的开发前景。 与其它可再生能源相比较，水电能源不仅技术成熟、开发 成本低、效率高，电能质量好，而且，即便就是在温室气 体的减排方面，也比其他可再生能源有着更大的优势作用。 我为什么这么说呢？一般来说，发电成本的高低，就 反映着某种能源的社会投入产出比。通常情况下，能耗与 成本都应该是成正比的，不言而喻，产品的能耗高低必然 也会与温室气体排放大小有关。因此，水电的成本低，也 就是说明水电的温室气体减排作用最大。 举例来说，太阳能电池多为半导体材料制造，硅材料 来源于优质石英砂，也称硅砂。先将硅砂煅烧转换为多晶 硅，然后制成多晶硅锭，再用铸造法或硅带法制成多晶硅 基片，或直接用西门子法制成多晶硅棒，然后切割成为单 晶硅片。太阳能电池材料的制造工艺复杂，耗能巨大是太 阳能电池价格居高不下的主要原因之一，也是制约太阳能 电池发展的最大障碍。因单晶硅成本过高，目前太阳能发 电的成本约