水電具有明顯的低碳排放特性

（中國水力發電工程學會，中國大壩協會，中國水利水電科學研究院 北京100053）

水電；能源；低碳；排放

1 綠色能源的概念

綠色能源一般具有相對低碳排放特性、相對環境友好特性。綠色能源又稱清潔能源，可分為狹義和廣義兩種。

狹義的綠色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太陽能、風能、地熱能和海洋能等。它們具有低碳排放特性、環境友好特性、可持續利用特性3個特征。

廣義的綠色能源包括：①在能源的生產、消費過程中，利用現代技術，開發選用對生態環境低污染或無污染的能源，如天然氣、清潔煤（將煤通過化學反應轉變成煤氣或“煤”油，通過高新技術嚴密控制的燃燒轉變成電力）和核能等；②化害為利，同改善環境相結合，充分利用城市垃圾和淤泥等廢物，從中提取的能源。

2 水電與化石能源碳排放的區別

快速、過量地釋放埋藏于地下的化石能源，是地球溫室氣體排放問題的本質所在。

水電的可持續利用不存在問題。當前，社會各界對于水電綠色能源特性的懷疑，主要是質疑它的低碳排放和環境友好。因此，要闡釋水電的綠色能源特性，也只需要從低碳排放、環境友好兩方面進行。

英國著名雜志《Nature》（自然）2007年增刊刊載一篇《水力發電：溫室氣體的元兇？》的文章。文中說：“水力發電站長期以來被視為清潔能源。但是科學家警告說，熱帶水庫所釋放的溫室氣體可能多于使用化石燃料的發電廠?！?/p>

盡管宣布水庫是釋放溫室氣體來源之一的人是頗具權威的專家，但仍不難發現，這些學者的研究方向存在一些問題。溫室氣體排放本身是地球生態平衡所必需的正常現象。所有的動植物都是由碳水化合物構成，動物吸收氧氣放出二氧化碳，植物在光合作用下將二氧化碳還原成氧氣。這種二氧化碳與氧氣之間的碳循環，是地球生態系統中生命現象的重要特征。每時每刻，地球上各種動、植物都在生長的過程中，進行著碳元素的吸收和排放。

在地球日常進行的碳循環中，森林的覆蓋率會對空氣中的二氧化碳濃度有較大影響。森林中的樹木在生長過程中，通過光合作用，不僅將大量的二氧化碳轉換為氧氣，而且其樹干、根系本身和周圍的土壤中也會保持大量的有機碳。因此，森林的覆蓋率對地球二氧化碳濃度有較大影響。

然而，由于受到人類人口膨脹對土地需求的影響，想讓全球森林覆蓋率大幅度提高幾乎是不可能的。由于人類環保意識的提高和對森林作用的重視，雖然世界局部地區的森林覆蓋率可能會有所減少，但總體變化的幅度不會太大，目前還不足以對整個世界碳循環構成巨大威脅。

除此之外，各種動植物體本身都是碳元素的載體。在人類出現以前的遠古時代，由于沒有火的使用，所有動植物死亡之后的軀體最終都被埋藏于地下，形成了現在大量沉積在地殼中的煤炭和石油。經過數億年的演變，地下沉積的碳元素（煤炭和石油）越來越多，而直接參與日常大氣循環的碳元素變得越來越少。隨著地球空氣中的二氧化碳濃度逐漸減少，最后形成近代適應我們人類生存的氣候水平。

在人類的工業化之前，人們還沒有能力大規模開采煤炭、石油，因此，人類活動對地球碳循環的影響是極其有限的。但是，當我們學會了開采利用煤炭、石油這些礦物化石能源之后，現代社會對能源的巨大需求，導致大量的化石能源被燃燒。燃燒不斷產生出二氧化碳和其他溫室氣體，使原來沉積在地下的碳元素，被大量地釋放到空氣中，導致地球大氣中的二氧化碳等溫室氣體含量急劇升高，帶來強烈的溫室效應，并可能會產生溫度增高、冰山融化、海水上漲、淹沒大陸、氣候環境變化異常等一系列可怕后果。

最近美國《科學》雜志刊發的一篇研究報告也指出：如果人類將地球上所有的礦物資源耗盡，大氣中二氧化碳含量將增加到3億年前古生代晚期時2000ppm的水平。科學研究證實：快速、過量地釋放埋藏于地下的化石能源，就是地球溫室氣體排放問題的本質所在。為此，我們必須改變現在快速把幾億年以前就已經不參與碳循環的地下碳源（礦物能源）不斷釋放出來的趨勢。目前，全世界公認的解決這種非正常的溫室氣體過量排放的辦法，就是減少礦物能源的燃燒，除此之外，還沒有更好的解決途徑。

3 水庫的甲烷排放問題

關于水庫淹沒將釋放甲烷氣體的現象，就像沼氣發酵。但是，路透社文章中“如果一個國家的水力發電能力增長1倍，其釋放甲烷氣體的量也將增加8%”的說法，是絕對不可能成立的。因為，甲烷氣體并非只有水庫排放，各個國家的水電在其所有的甲烷氣體排放中的比重差距極大（例如，聯合國糧農組織報告養牛業大量排放甲烷的問題），再加上每個水庫溫室氣體的排放與水庫所處的緯度（類似沼氣制造中的溫度作用）關系極為密切，因此，我們可以肯定這種定量研究的結論，只能針對某些國家或地區，不具有普遍意義。

此外，關于甲烷的溫室氣體作用要比二氧化碳高出若干倍的警告，也不夠全面。首先，至今我們還不能非常確切地解釋溫室氣體產生的全部機理，對于溫室氣體造成的危害的認識不夠全面。因為人類對地球空間的認識還有很大局限性。我們還不能肯定某些實驗條件下得到的結論，是否完全反映了地球大氣的實際情況。再者，甲烷是一種可燃氣體，在自然界中的狀態極不穩定，燃燒后將會與氧氣結合產生二氧化碳，甲烷在自然界中長期保存的幾率不大。溫室氣體作用長期影響的因素，最終可以統一歸納為大氣成分中的碳含量，并以考慮其中最為穩定的二氧化碳含量為主。所以，從宏觀的層面上看，我們不必過分關注所排放溫室氣體的種類，以及可能產生的全球溫室氣體效應的差別。

4 水庫屬于人工濕地與天然濕地沒有差別

水電的溫室氣體排放高于火電的說法，是一種邏輯上的錯誤。水庫屬于人工濕地，其本質與天然濕地沒有差別。所有濕地都會有溫室氣體的排放，這是幾萬年來濕地參與地球生態系統碳循環的一部分。我們現在為了解決天然水資源時空分布不均的矛盾（同時包括發電獲取水能資源），需要建造很多水庫，但是相對于近代人類社會化活動造成的濕地面積縮小，水庫這種人造濕地的出現，并沒有從總體上改變地球表面的濕地面積下降的趨勢。

濕地是維持地球生態系統平衡的重要組成部分，素有“地球之腎”的美譽。濕地具有滋潤養育動植物的重要作用，既能夠幫助濕地周圍的植物把二氧化碳轉化為氧氣，也可以因為季節或水位的變化，把某些植物淹沒在水中，產生一定的溫室氣體。類似南美的熱帶雨林遭遇洪水后被淹沒在水中，釋放出大量溫室氣體的現象，在自然界中并不算少。相反，巴西人造水庫造成的熱帶雨林被淹沒的情況反而極其罕見。因為，水庫的淹沒是人們有意識的行為，大多數情況下，人們都會在蓄水前盡可能地清理庫區，減少未來水庫水體中的雜質。因此，在一般情況下，人造濕地（水庫）會比天然濕地造成的溫室氣體排放更小。

關于水庫會釋放二氧化碳的問題，也是對生態學的誤解。任何土地都會釋放二氧化碳，只有有機質含量很低、微生物活動微弱的冰原、裸巖和荒漠的二氧化碳釋放速度相對較低，因此，單獨強調二氧化碳釋放速度是沒有意義的，真正對生態環境產生影響的是二氧化碳的凈釋放速度。從這一點說，成熟的原始森林對控制全球變暖是無用的，因為成熟的森林生態系統中光合作用與呼吸作用相等，二氧化碳的凈吸收速度基本為零。

將水庫和火電站釋放二氧化碳等同起來，實際上是混淆了兩種不同類型的碳釋放。在森林區修建水庫，由于淹沒土地上每公頃森林中可能儲存著幾百噸有機質，這些林木在水下慢慢腐爛，會產生大量二氧化碳，但可通過清庫避免。即使水庫有碳釋放，這種碳釋放也是一次性的，與火電不同。因為質量守恒是化學的最基本原理，當被淹沒植物腐爛后，水庫就不會有二氧化碳釋放，水庫即使有二氧化碳釋放也只存在于蓄水前期，這與火電廠只要工作就有大量二氧化碳持續不斷地釋放是不同的。

5 水庫每千瓦·時產生的溫室效應與燃煤火電廠基本相等缺少科學依據

大型水電站應該與小水電一樣，享有清潔的可再生能源的地位。水庫和發電功率問題根本沒有可比性。

幾年前，曾有文章如 《大壩經濟學》（美國Mc Cully，P.著，周紅云等譯，中國發展出版社出版）說：“有機物在分解過程中大量消耗水體中的氧氣，產生大量二氧化碳并排放到大氣中，形成溫室效應。巴西一座名叫土庫魯衣的水庫建成后，對其6a的連續監測表明，在此期間該庫共排放了945萬t二氧化碳和9萬t甲烷，其對溫室效應產生的影響相當于同等電力的燃煤電廠的60%；而另一座名叫巴爾比拉的水庫在蓄水后的3a中，共排放了2375萬t二氧化碳和4萬t甲烷，其產生的溫室效應影響比同等電力的燃煤電廠還要多20%。加拿大一個淡水研究所對兩個大型水庫的研究表明，其中一座水庫每千瓦·時電力所產生的溫室效應，與一個燃燒火電廠基本相等?！?/p>

即使我們不考慮上述資料中實測數據的可信度，實際上，所謂水庫和發電功率的問題根本沒有可比性。有的水庫有幾十億的庫容也可能沒有裝機，有的水電站幾乎沒有水庫，比如葛洲壩水電站（裝機270萬kW）就是徑流式電站。所以要說“水庫每千瓦·時”可能是一個從零到接近無窮大的變量，具體針對某一個特定水庫才有意義。排放比較的結果也只適用于那個特定的水庫和電站，離開了那個水庫就沒有了意義。這種比較的百分數根本說明不了問題。只有在水庫很大，而水電站裝機很小時，才會出現文章敘述的情況。如果僅僅根據這種極為少見的特例，就推論出“其產生的溫室效應影響比同等電力的燃煤電廠還要多20%”和“一座水庫每千瓦·時電力所產生的溫室效應方面影響，與一個燃煤火電廠基本相等”這一結論，可以說完全是一種詭辯性的誤導。

為了否定水電的清潔性，國內外很多媒體都大量引用這段關于水電產生溫室氣體的敘述，可是所有引用者都沒有注意到，就在這本書的同一章節里，作者指出“這個結論不能隨意推廣，因為不同的水庫和發電站發電量之間沒有一定的比例關系，其誤差可能達到8萬倍”。

這種“水電的溫室氣體排放與一個燃煤火電廠基本相等”的說法，有極大的殺傷力。它直接影響人們對大型水電是清潔能源的定義。20世紀90年代，這種說法誤導了不少國家，甚至聯合國的有關機構也曾多次爭論過水電的清潔性問題。2002年世界可持續發展高峰會議之前，聯合國可持續發展委員會也一直把大型水電與小水電區別對待。1997年，世界銀行委托國際上著名的反壩組織“世界水壩委員會”對全球125座大型水壩進行調查。盡管有的調查案例確實反映出水庫淹沒前后溫室氣體的排放會有所增加，但是，調查承認，這與不同水庫所處的地區和淹沒前的清理工作有關。最后，該組織于2000年提供的最終調查結論已經將大壩的這一“罪狀”排除在外。

2002年在南非約翰類斯堡舉行的聯合國可持續發展委員會的高峰會議上，根據該調查報告和非洲國家的強烈要求，通過激烈的辯論，會議最終明確了大型水電站應該與小水電一樣，享有清潔的可再生能源的地位。此后，在日本京都舉行的《第三屆世界水論壇》的部長級會議上，170多個國家的部長或代表團團長通過的“部長宣言”再一次明確了“水電（不僅是小水電，也包括大型水電）作為一種可再生、清潔能源的作用”。

6 水庫的實際排放量隨時間推移逐漸遞減為零

從定性分析來看，水庫淹沒產生二氧化碳的主要來源是殘留在水庫中的有機物（按照要求，蓄水前都應該進行清理），這種情況即便在天然濕地中也會發生，其最高排放極限也不過是把所有有機碳水化合物中的碳元素全部轉化為二氧化碳。有些資料中強調熱帶地區的水庫溫室氣體排放嚴重，還有些資料中又強調寒冷地區的水庫溫室氣體排放將持續很長時間。但是，把這兩個結論結合到一起強加給水庫就有問題了。熱帶地區的水庫由于氣溫高，植物分解腐化快，短時間內的排放量必然會加大；寒冷地區的氣溫低，水庫中的植物不易分解，所以，單位時間內的排放量較少，但是持續時間會很長?？傊?，可以肯定的說，水庫排放的數量有限，不會出現排放量很大、持續時間很長的情況，而且，實際排放會隨著時間的推移逐漸遞減為零。這與依靠不斷輸入原料進行燃燒，產生大約煤炭數量2.5倍的二氧化碳的火電廠相比，完全是兩種不同性質的排放，兩者之間不具有可比性。

7 過量燃燒地下的礦物化石能源造成溫室效應

任何探索溫室氣體排放的研究工作，應該首先保證大方向正確。數萬年以來的人類社會發展已經證明，地球的自然生態系統本身的正常碳循環是平衡的。自然狀態下的碳排放量，不論其大小，都為地球生命系統所必需。只有那些把幾億年來沉積于地下的礦物化石能源過量燃燒的行為，才會打亂目前地球生態系統的碳循環，增加大氣中的碳濃度，造成地球的溫室效應。

工業化以來，全球水電的開發應用是減少世界溫室氣體排放的最大功臣。盡管目前一些發達國家的水電資源幾乎開發殆盡，已經進入大規模發展風能、太陽能等新型可再生能源的階段。各種媒體所宣傳的可再生能源，也以風能、太陽能、生物質能為主。但是，由于受到技術水平和能量密度的局限，水電仍然是當前最有效率、最起作用的可再生能源。在發電領域內，目前全球可以利用的其他所有形式的新型可再生能源的總和，還與水電的作用相差一個數量級，而且這種局面在短期內不會被改變。因此，在一些發展中國家還有很多水能資源等待開發的情況下，不科學、不客觀的水庫溫室氣體評價阻礙水電的開發應用，不僅會誤導公眾，而且還將對全球的溫室氣體減排產生極為不利的負面影響。