水電在能源發展和結構調整以及在實現可持續發展戰略中的重要作用

董新亮,余春濤,嚴秉忠,譚 建,夏傳清

(1.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院,四川 成都 610072;2.中國水電工程顧問集團公司 北京 100011)

1 我國能源資源構成情況及生產消費現狀

我國的水力資源極其豐富,儲量居世界第一,而且開發利用程度較低,具有廣闊的開發前景。與其它可再生能源相比較,水電能源的開發利用不僅技術成熟、成本低、效率高、電能質量好,且在今后很長一段時間內,水電是改善我國電源結構,減少溫室氣體排放的重要手段。

2007年底我國煤炭探明儲量 3000億 t,占世界總量的 6.2%;石油探明儲量 212億 t,占世界的4.2%;天然氣探明儲量 22萬億 m3,占世界的4.5%。2007年底我國剩余探明可采儲量中,煤炭為 1825.4億 t,儲采比為 69.7;石油為 20.95億 t,儲采比為 11.3;天然氣為 2.56萬億 m3,儲采比為36.9。水力資源的理論蘊藏年電量為 6.08萬億kW·h;技術可開發裝機容量 5.41億 kW,技術可開發年電量 2.47萬億kW·h;經濟可開發裝機容量4.02億 kW,經濟可開發年電量 1.75萬億 kW·h。生物質能總計2.8億 t(含農作物秸稈、林木剩余物、畜禽糞便、工業有機垃圾等),風能 10億 kW(其中陸地 2.5億 kW,海上 7.5億 kW)。

2007年我國能源生產總量 23.7億 t標煤,其中原煤占 76.6%,原油占 11.3%,天然氣占 3.9%,水電、核電、風電等占 8.2%,在我國能源生產總量構成中原煤仍占居首要位置。

2007年我國能源消費總量 26.55億 t標準煤,其中原煤占 69.4%,原油占 20.0%,天然氣占3.4%,水電、核電、風電等占 7.2%,能源消費結構中仍以原煤為主。在我國煤炭消費構成中,用于發電用煤所占比例接近 50%。

2 能源發展面臨的問題

2.1 能源生產迅速增產,生態環境壓力明顯增加

在我國經濟快速增長的驅動下,我國能源生產增長很快,而煤炭增長尤為迅速,近幾年其增長速度均高于我國能源生長總量的增長速度。過去 6年我國原煤產量增加了 12億 t,2007年產量達到 25.4億 t,約占全球產量的 40%。

由于煤炭的大量開采,與之相關的一系列問題越來越受到關注。其中最為嚴重的就是 SO2、CO2氣體以及煙塵、粉塵等的大量排放,給生態環境帶來了巨大的壓力。我國 SO2排放量呈連續上漲趨勢,至 2006年底達到 2589萬 t。

2.2 能源消費以煤為主,能源結構需要優化

改革開放特別是 20世紀 90年代以來,我國能源結構總體上朝著優質化方向發展,煤炭消費占能源消費總量的比重由 1990年的 76.2%下降到 2002年 66.3%,但是近年來,煤炭占能源消費的比重有所上升,2007年達到了 69.4%,而發達國家這一比重平均只有 21%左右,世界平均也僅為 28.6%,我國是名副其實的煤炭生產和消費大國。

3 水力資源在我國能源資源構成中的戰略地位

3.1 開發水力資源是滿足我國經濟社會發展、保障我國能源供應的重要措施

改革開放以來,我國經濟取得了飛速的發展,特別是近年來,我國 GDP增長率連續多年維持在10%以上。經濟的快速發展離不開能源的支撐。回顧我國經濟發展和能源工業發展的歷程可以看出,能源緊缺是經濟社會發展的重要制約因素。20世紀 50年代以來,我國能源工業從小到大,不斷發展,特別是改革開發以后,能源供給能力不斷增強,促進了經濟持續快速發展。但在經濟發展過程中,能源供給不足的矛盾十分突出,往往只要固定資產投資規模擴大,經濟發展加速,煤、電、油、運就會緊張,成為制約經濟社會發展的瓶頸。到 20世紀 90年代末,隨著能源市場化改革不斷推進,能源工業進一步對外開放和能源投入的增加,煤炭、電力產能大幅度提高,油、氣進口增多,能源對經濟發展的制約得到較大的緩解。進入 21世紀以來,能源供求形勢發生了新的變化,工業化和城市化步伐的加快,一些高耗能行業發展過快,能源需求出現了前所未有的高增長態勢,能源對經濟社會發展的制約又開始加大。我國是一個人口眾多的發展中國家,達到較高的現代化社會還要走相當長的路。隨著經濟社會的發展和人民生活水平的不斷提高,能源需求還會持續增長,供需矛盾和資源環境的制約還將長期存在。

隨著我國經濟持續快速發展,工業化、城鎮化進程加快,居民消費結構升級換代,能源需求不斷增長,今后一段時期內,能源消費彈性系數難以大幅降低,同時油、氣需求的增長將快于煤炭需求的增長。而我國受資源條件的限制,化石能源的開發維系時間極其短暫。2007年底我國剩余探明可采儲量中,煤炭的儲采比為 69.7;石油的儲采比為 11.3;天然氣的儲采比為 36.9。換句話說,按照目前開發速度,煤炭至多可用 70年,天然氣至多只能用 37年,而石油至多只能用 11年。傳統化石能源的短缺在今后必將成為我國經濟發展的制約因素,因此從我國經濟發展對能源需求變化趨勢來看,必須堅持節能和大力開發可再生能源,而大力開發可再生能源更是從根本上緩解我國能源供需矛盾的重要舉措。

另外,近年來煤炭價格、國際油價的持續上漲,致使物價上漲,通貨膨脹壓力巨大,相關企業的盈利能力降低,對世界各國尤其是發展中國家的經濟發展形勢提出了嚴峻的考驗。而水力資源由于不消耗原材料,運行成本極低,開發水力資源對緩解我國經濟形勢極其有利。

水能在可再生能源中占據重要地位,理論蘊藏年電量 6.08萬億 kW·h,技術可開發年電量 2.47億 kW·h。以技術可開發量來看,每年可節省11.43億 t原煤。由于水力資源是可再生能源,若以100年計,100年可節約原煤 1143億 t,占剩余煤炭資源的 62.6%。由此可見,開發水力資源,是滿足我國經濟持續健康發展、保障能源供應的有效手段。

3.2 開發水力資源是優化我國電源結構、實現電力可持續發展的有效手段

新中國成立以來我國電力取得了快速的發展,在 2007年我國電力裝機更是突破 7億 kW大關。電力的快速發展離不開經濟的有力支撐,同時也說明電力為經濟的發展提供了巨大的基礎。從電力、煤炭、原油消費彈性系數來看,電力消費彈性系數連續多年維持在 1.2以上,相比煤炭和石油消費彈性系數的變化來看,GDP的增長對原煤和電力的依賴程度較高。而原煤中有近一半以上被用于發電,可見,GDP增長對電力的依賴最為緊密。

參考國外發達國家經濟發展的軌跡,我國在今后很長一段時間內電力持續快速增長的局面不會改變。電力的快速增長需要有穩固的能源資源作為供應,而從目前我國電力構成來看,要想實現電力的可持續發展是不現實的,2007年我國發電裝機構成中火電比例高達 77.7%,可再生能源的比例僅為22.3%,可再生能源比重偏低。

造成我國發電結構不合理的因素很多,其中與因為經濟發展速度的快速增長而導致的電力發展規劃不到位有必然的關系。水電工期相對較長,從前期準備到工程發電一般要 7～10年左右的時間;而風電等前期工作基礎相對薄弱,大規模開發仍需要一定的積累;相對而言火電技術比較完善,工期也較短,一般為 2～3年左右的時間。由于電力規劃缺乏預警機制,在經濟發展超過預期的情況下,電力矛盾就會顯現,這個時候為了快速彌補電力缺口,上火電也成為急功近利的一種表現,這是致使我國火電裝機比例不降反升的原因之一。長期這樣下去,電力結構不合理的局面很難被改變。從國外可再生能源的發展來看,必須優先發展可再生能源,在此基礎上為適應經濟發展需求再適時適當發展化石能源。

我國應制定優先快速發展水電和風電的方針,利用豐水期的水電和枯水期的風電實施互補,進而提高可再生能源的發電比重。而我國擁有豐富的可再生能源尚未開發,以水能為例,水力資源技術可開發裝機 5.4億 kW,2007年僅開發 1.45億 kW,開發率僅為 19.7%,與發達國家相比相差甚遠。

我國受季風氣候的影響,夏季水多,枯期水少,致使枯水期水電出力不足,在目前的電力結構中,枯水期短缺的電力大部分是由火電來填補的,因此,枯水期電力緊張的矛盾尤為突出。我國西部主要大江大河都規劃了具有調節能力的水庫電站,目的就是提高水電枯期出力,進而優化電源結構,減少煤電裝機。但由于水電站的淹沒相對較大,指標相對較差,致使大中型水電的開發速度偏慢,對改善我國電源結構不利。以大渡河雙江口水電站為例,雙江口水電站建成后,下游電站的枯水期發電量可增加近70%,補償效益十分顯著。

此外,水電相比火電及風電等其它電源,具有調度靈活、安全可靠的絕對優勢,從啟動到滿負荷出力,或從滿負荷出力到完全停機,一般只需要幾分鐘的時間。所以,絕大部分大中型水電站一般都在電力系統中處于峰荷和腰荷區間,承擔頻繁的調峰任務。根據我國的實際情況,為保障整個電力系統調度運行的靈活性、安全性和經濟性,水電裝機占電力系統裝機的比重應該在 1/4左右。隨著人口增長、經濟發展、工業化與城市化水平的不斷提高,全國電力需求量持續快速增長,電網規模擴大,電力負荷的峰谷差也不斷拉大,對調頻、調峰和填谷的要求也越來越高,這種情況下水電的優勢就越來越明顯。

綜上所述,開發水力資源,尤其是建設具有調節能力的水庫電站是改善我國電源結構、實現電力可持續發展的有效手段。

3.3 開發水力資源是改善生態環境惡化、減少溫室氣體排放的重要措施

全球氣候變暖問題已成為未來人類必須應對和解決的主要問題。目前的科學研究已經基本確認,造成全球氣候變暖的主要原因是人類過度使用化石燃料,排放了大量溫室氣體。全球氣候變暖的危害不亞于核彈的威力。而全球氣候變暖,將更適合病原體孳生,瘧疾等傳染病和哮喘等呼吸系統疾病發病率的增加,同時極端天氣的出現將更加頻繁,洪水泛濫將不時發生,這將嚴重影響飲用水安全并削弱大自然的自我清潔能力。為此,世界大多數國家簽訂了《京都議定書》的減排目標,并制訂了可行的減排計劃,以減緩全球氣候變暖帶來的危害。在所有排放的溫室氣體中 CO2則是最主要的排放對象。表1列出了世界溫室氣體排放構成,由表可見,CO2在溫室氣體排放總量的比例高達 99.5%左右。

表1 世界溫室氣體排放量

從世界分部門 CO2排放量的統計來看(見表2),交通運輸和電力是主要的排放大戶,2006年電力排放的 CO2所占比例為 39.6%,交通運輸占33.45%。可以說控制 CO2減排的關鍵應是控制電力和運輸的減排量。控制電力的關鍵一方面是加強技術攻關,提高利用效率,但這不會從根本上減少CO2,只能控制單位千瓦的 CO2排放量;另一方面就是尋找替代能源,在滿足經濟發展需要的同時,以可再生能源、清潔能源來替代火電裝機。

表2 世界分部門 CO2排放量

我國作為世界上主要的 CO2排放大國,在能源生產和消費結構中煤炭一直占據著主導地位,能源結構的不合理也是致使 CO2大量排放的主要原因。電力作為 CO2排放的大戶,無疑是我國節能減排的關鍵。

從我國的電源結構來看,清潔能源和可再生能源的比重偏低。在清潔能源和可再生能源中,核電所占比例僅 1.27%,風電及其它能源占 0.64%,而水力資源占了 20.36%,水力資源在我國清潔能源和可再生能源中所占比例最大。

從我國水電減排 CO2效果來看,效果十分明顯,2005年水電減排 CO2為 3.77億 t,減排比例達21.37%,而 2005年我國水電裝機占電力系統的比例僅為 22.7%,可見大力開發水力資源,提高其在電力系統中的比重,是今后很長一段時間內減少CO2排放的最有效手段。

綜上所述,開發水力資源是滿足我國經濟社會發展、保障我國能源供應的重要措施;是優化我國電源結構、實現電力可持續發展的有效手段;也是改善生態環境惡化、減少溫室氣體排放的重要措施。

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