長江上游流域水電開發(fā)在我國低碳經濟中的地位

張超然 陳先明

金沙江白鶴灘水利樞紐工地全貌。 攝影/張愛忠

長江上游流域水電開發(fā)在我國低碳經濟中具有怎樣的地位？該文從水電開發(fā)與二氧化碳減排效果、水庫溫室氣體排放分析等方面進行了探討。

——編者

金沙江向家壩水利樞紐全景。 攝影/高峰

引 言

隨著全球氣候變暖現(xiàn)象的日益明顯，以改變傳統(tǒng)的能源消費方式為主導的低碳經濟發(fā)展模式已經得到了各國政府和公眾的高度重視，發(fā)展低碳經濟已經成為全球性共識。所謂低碳經濟，是在可持續(xù)發(fā)展理念指導下，通過技術創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產業(yè)轉型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能減少經濟發(fā)展過程中煤炭石油等高碳能源消耗，減少二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放，達到經濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護雙贏的一種經濟發(fā)展形態(tài)。因此，世界各國政府從工業(yè)、農業(yè)、能源與交通等各個方面提出了重要的節(jié)能減排措施。在1992年6月聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上，一百五十多個國家制定了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，以應對全球氣候變暖給人類經濟和社會帶來的不利影響，這是世界上第一個為全面控制二氧化碳等溫室氣體排放的國際公約。2009年，我國政府在哥本哈根氣候大會上提出2020年中國控制溫室氣體排放的行動目標為單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，2020年非化石能源占一次能源消費比重達15%。

調整我國能源結構，發(fā)展低碳經濟模式，是實現(xiàn)我國減排承諾的重要舉措。在全球氣候變化研究中，水電通常被視為沒有溫室氣體產生的能源生產方式。已有研究表明，水電生產不需要消耗任何化石燃料，可以大幅度減少二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放，是現(xiàn)階段可大規(guī)模開發(fā)并具有顯著溫室氣體減排效應的綠色能源，因此作為可再生清潔能源的水電必將為減少溫室氣體排放、促進低碳經濟的發(fā)展做出巨大的貢獻。

低碳經濟背景下長江上游流域水電開發(fā)

我國能源結構和需求分析

隨著我國經濟的發(fā)展，雖然我國人均能源消耗量還未達到世界人均消耗量，但是巨大的能源需求已經對我國能源開發(fā)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。在我國能源消費結構中，化石能源占93%以上，其中煤炭所占比例為69%左右，結構性特點尤為突出。據(jù)統(tǒng)計，2010年我國一次能源生產總量29.9億t標準煤，原煤生產量32.4億t、原油2.03億t、天然氣967.6億m3。全國年總發(fā)電量42065.4億kW·h，其中火電33301.3億kW·h、水電7210.2億kW·h、核電738.3億kW·h(來源于中華人民共和國2010年國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報)。由此可見，我國能源結構中以煤炭和石油為代表的化石能源占最重要的地位。化石能源在燃燒過程中不可避免地排放溫室氣體，增加了經濟發(fā)展中的高碳成分。根據(jù)我國國家能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃及2050年未來情景預測，我國在2050年的能源需求在基準情景下將達到78億t標準煤，節(jié)能情景下達到66億t標準煤，低碳情景和強化低碳情景下可能是56億t或50億t標準煤。因此，從我國未來能源需求和低碳經濟發(fā)展的角度看，需要科學發(fā)展替代能源，優(yōu)化能源結構，降低化石能源在我國能源結構中的份額。

發(fā)展低碳經濟應大力開發(fā)水電

在眾多替代能源中，水電擁有明顯的優(yōu)勢，它是一種可再生的清潔能源。為了實現(xiàn)2020年非化石能源占一次能源消費比重達15%的目標，必須優(yōu)先開發(fā)水電清潔能源，促進我國低碳經濟的健康發(fā)展。

我國水能資源豐富，水能資源理論蘊藏量年電量60829億kW·h，平均功率為694400MW，其中技術可開發(fā)裝機容量541640MW，年發(fā)電量24740億kW·h，居世界首位。改革開放以來，我國水電開發(fā)得到了快速的發(fā)展，建成了以三峽工程為代表的一系列大型水電站，在全國范圍內形成了十三個水電開發(fā)基地。截止2010年，我國水電裝機容量已經突破200000MW，位居我國電力能源結構第二位。但是，我國水能資源的開發(fā)利用率約36%，低于世界平均60%的開發(fā)利用率，遠低于發(fā)達國家80%以上的開發(fā)水平。作為水能資源儲量世界第一的國家，我國的水電能源開發(fā)還有很大的發(fā)展空間。如果全部經濟技術可開發(fā)量都得到開發(fā)，相當于每年可替代8.77億t標準煤的化石能源，減少二氧化碳排放21.83億t。隨著三峽工程的建成，標志著我國水電發(fā)展水平已經在水電設備制造、水電工程建設等方面位居國際領先水平，具有豐富的開發(fā)經驗和先進的開發(fā)技術。因此，在今后相當長的時期內，與其他新能源相比，水電是裝機容量最大、技術最成熟、電網輸電最現(xiàn)實的可再生清潔能源。

長江上游流域在我國水電開發(fā)中的地位

長江流域水能資源極為豐富，水電可開發(fā)量居全國之冠，長江水力資源總量占全國河流總量的36%，總落差達到5400m，水能資源蘊藏總量達268000MW。長江流域水能資源集中分布在宜昌及其以上流域，干流水電可開發(fā)量占46%，支流占54%，尤其是金沙江、雅礱江、大渡河、烏江等干支流流域，梯級水電站開發(fā)具有顯著的優(yōu)勢。

從“我國十三大水電基地規(guī)劃裝機一覽表”可見，包括金沙江、大渡河和宜昌至重慶段在內的長江上游流域水電開發(fā)是我國水電開發(fā)的重鎮(zhèn)，從水電裝機容量和水能資源蘊藏方面均占據(jù)全國首位，包括金沙江、雅礱江、烏江、大渡河等干支流在內的長江上游水電裝機容量占十三大基地總裝機容量的59.23%。因此，長江上游干支流水電開發(fā)基地在全國水電開發(fā)空間布局中占據(jù)著重要的地位，代表了中國水電開發(fā)總體水平。

如果將該區(qū)域水能資源完全開發(fā)利用，每年可以提供7000億kW·h的清潔能源，相當于節(jié)約標準煤2.35億t，減少5.76億t的二氧化碳排放量。據(jù)初步分析，該流域2020年水能開發(fā)率可達75%左右，2020年將提供約5000億kW·h的清潔能源，相當于節(jié)約標準煤1.68億t。中國工程院發(fā)布的《中國能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略研究》報告指出∶在“節(jié)約優(yōu)先，總量控制”的原則下，2020年我國能源消費總量可控制在40億t標準煤。屆時長江上游水電基地可提供4.2%的非化石能源指標，為實現(xiàn)我國2020年非化石能源占一次性能源消費15%的目標提供約三分之一的貢獻率，對我國低碳經濟發(fā)展具有舉足輕重的作用。

我國十三大水電基地規(guī)劃裝機容量一覽表

我國“十二五”時期的能源發(fā)展規(guī)劃明確提出了優(yōu)先開發(fā)水電，重點推進金沙江、雅礱江、大渡河等流域大型水電基地建設，早日建成向家壩、溪洛渡等大型水電站，做好烏東德、白鶴灘兩個大型水電項目的前期工作。爭取在“十二五”末，水電在一次能源消費中所占比重達到6.5%左右，非化石能源在一次能源消費中的比重達到11.4%。2011～2015年未來五年我國能源戰(zhàn)略規(guī)劃將水電能源開發(fā)作為實現(xiàn)上述目標的關鍵，水電開發(fā)重點也將集中在長江上游干支流流域。

長江上游流域水電開發(fā)減排效益綜合分析

長江上游流域水能資源具有非常優(yōu)越的開發(fā)條件，一是該流域干流和支流絕大多數(shù)水電站技術經濟指標好，河流落差巨大而集中，流量穩(wěn)定，且具有較好的水庫調節(jié)性能，可以使得梯級水電站的出力過程平穩(wěn)，具有穩(wěn)定的發(fā)電能力；二是由于地形因素，該區(qū)域大型水電站均屬于河道型水庫，水庫庫區(qū)多為高山峽谷地帶，人口較少，水庫淹沒損失少；三是該區(qū)域附近均有大型火電站或電網，便于水電與火電相互補償、調節(jié)；四是該區(qū)域水電站建設工程量一般少于國內同類型水電站的建設量；五是水電站建設壩址均具有一定的交通條件。因此，長江上游干支流大型水電開發(fā)具備先天的優(yōu)勢，在全國水電開發(fā)中占據(jù)重要的地位，該區(qū)域水電的成功開發(fā)將關系著我國節(jié)能減排目標的實現(xiàn)及低碳經濟的成功轉型。

上：金沙江烏東德水利樞紐上游交通橋。 攝影/黃正平

下：二灘水電站遠景。二灘水電站是我國二十世紀建成投產的最大的水電站，是實施雅礱江流域梯級滾動開發(fā)的第一個項目。 攝影/CFP

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，長江上游干支流水電開發(fā)基地規(guī)劃總裝機容量約為153617MW，年發(fā)電總量約7000億kW·h，與發(fā)電量對應的二氧化碳年減排總量約為5.75億t，其中金沙江水電開發(fā)基地的裝機容量最大，約為58580MW，年發(fā)電總量約為2826億kW·h，每年可減少二氧化碳排放2.3億t。裝機容量最小的烏江流域，規(guī)劃裝機容量約11220MW，年發(fā)電量約400億kW·h，每年也可減少二氧化碳0.33億t。總的來說，該區(qū)域水電開發(fā)基地的建成投產無疑將為我國低碳經濟發(fā)展提供大量的清潔能源，可有效地減少對煤炭、石油等非再生的化石能源利用，從而顯著降低我國經濟的“碳”含量。目前該區(qū)域水電開發(fā)基地中三峽、葛洲壩、二灘、瀑布溝、構皮灘等已建成發(fā)電，向家壩、溪洛渡、錦屏一、二級等大型水電站正在開發(fā)建設中，未來還將有更多的大型水電站進入開發(fā)建設階段。雅礱江二灘水電站工程因創(chuàng)造性地實施環(huán)境保護措施，獲得了我國第一個以建設環(huán)境友好型社會為宗旨的環(huán)保獎項“國家環(huán)境友好工程”，以工程建設實踐證明了只要兼顧水電工程的社會效益、經濟效益和環(huán)境效益，水電清潔能源是不可質疑的生態(tài)環(huán)境友好型能源。下面以三峽工程為例，詳細綜合評估水電開發(fā)的減排效益。

三峽工程2003年7月首批機組發(fā)電，截至2010年12月31日累計發(fā)電4514.03億kW·h，按照2010年我國火電機組平均發(fā)電煤耗335g/(kW·h)計算，三峽工程累計發(fā)電量相當于節(jié)約標準煤1.512億t，減少二氧化碳排放約3.715t(根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所推薦的標準煤二氧化碳排放系數(shù)計算，每t標準煤產生0.67t碳排放，折合二氧化碳排放2.457t)。如正常蓄水全部發(fā)揮效益，年發(fā)電量約1000億kW·h，則可替代燃煤3350萬t，相應減少二氧化碳排放約0.82億t。同時，隨著航運條件改善，2004年～2010年三峽水庫貨物通行量逐年增加，2010年全年通過三峽樞紐貨運量達到8794萬t，與2009年和2002年(三峽樞紐通航前歷史最大貨運量為1800萬t)相比分別增加了1368萬t和6994萬t，增幅分別達到18.4%和388%。由于水運單位能源消耗低于公路運輸，在相同貨運量水平下，三峽水上貨運量的增強也大大減少了公路運輸能耗，相應減少二氧化碳排放。同時，由于航運條件改善在一定程度上促使船舶向大型化、標準化方向發(fā)展，船舶能耗大幅度降低，2007年三峽通航船舶的千t每公里平均能耗已由成庫前的6.7kg降低至3.6kg（據(jù)中國工程院《三峽工程論證及可行性研究結論的階段性評估綜合報告》）。2004年～2010年三峽樞紐增加貨運量累計3.07億t，降低通航能耗約相當于58.5萬t標準煤，相當于減排二氧化碳約144萬t。根據(jù)國家統(tǒng)計局2003年～2009年統(tǒng)計年鑒，綜合考慮三峽工程發(fā)電、蓄水后航運條件改善以及替代公路運輸?shù)鹊臏p排效益，2003年～2009年，三峽工程總計減少溫室氣體排放約35372.6萬t，對同期全國室外溫室氣體減排平均貢獻率約為0.84%。由此可見，水電開發(fā)減排效益巨大。

長江上游大型電站水庫溫室氣體排放分析

水庫的溫室氣體排放已經引起國際社會的廣泛關注和激烈討論，在世界不同地區(qū)如巴西、加拿大、芬蘭等的研究也表明水庫排放溫室氣體。我國長江上游干支流大型水電站大壩形成的水庫均屬于河道型水庫，并不會導致大面積的土壤與植被的淹沒，消落帶大部分屬于石質岸基，且水庫蓄水前進行了嚴格的清庫工作，淹沒的少量土壤所輸入的有機質總量非常有限。下面以三峽水庫和金沙江下游河段幾座特大型水電站水庫為例，評估長江上游大型水電站水庫溫室氣體排放情況。

長江上游幾座特大型水電站功率密度計算分析

根據(jù)聯(lián)合國清潔發(fā)展機制執(zhí)行理事會認可的水庫的水電CDM項目溫室氣體排放量方法學，以功率密度ω值作為閾值，用來確定水電廠作為CDM項目活動的合格性。功率密度ω定義為裝機發(fā)電容量除以(水庫)淹沒表面積，當ω≤4W/m2，水電項目不能應用目前的方法學；當4W/m2＜ω＜10W/m2，水電項目能應用目前經批準的方法學，但要計入項目水庫的排放，其排放因子為90gCO2eq/(kW·h)；當ω≥10W/m2，水電項目能應用目前經批準的方法學，并且可忽略來自水庫的項目排放量。

“西電東送”重點工程貴州構皮灘水電站大壩，構皮灘水電站五臺機組全部投產并網發(fā)電。 攝影/張紹明/CFP

由“長江上游幾座特大型水電站功率密謀表”可見長江上游幾座特大型水電站的總裝機容量、正常蓄水位對應水庫淹沒表面積以及計算功率密度。三峽工程總裝機容量22500MW，正常蓄水位對應水庫淹沒面積1084km2，三峽的功率密度ω為20.756W/m2，根據(jù)上述標準，三峽水庫的溫室氣體排放可以忽略。向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德是位于金沙江下游河段的四座特大型梯級電站，根據(jù)計算其功率密度ω分別為66.67W/m2、103.43W/m2、64.83W/m2、68.50W/m2，遠遠超過滿足ω≥10W/m2的標準，金沙江下游河段四座特大型梯級水電站水庫的溫室氣體排放均可以忽略。

三峽水庫溫室氣體排放觀測研究

根據(jù)三峽水庫溫室氣體排放的相關研究初步觀測結果，2009年10月～2010年9月三峽水庫支流水域排放二氧化碳約19.91萬t，干流水域排放二氧化碳約120.62萬t，總計排放140.52萬t。同期三峽工程發(fā)電819.12億kW·h，相當于節(jié)約標準煤3030.74萬t，減排二氧化碳約7446.54萬t，水庫二氧化碳排放通量觀測結果遠低于發(fā)電減排量。采用通用的排放因子進行分析，該時期三峽水庫單位發(fā)電量生成的二氧化碳排放約為17.2g/(kW·h)，遠低于2009年7月國家發(fā)改委發(fā)布的華中區(qū)域電網的排放因子數(shù)值［1125.5g/(kW·h)］(注：國家發(fā)展改革委員會關于公布2009年中國區(qū)域電網基準線排放因子的公告，2009-07)，即在不考慮原有河道排放水平的前提下，三峽工程單位發(fā)電量的溫室氣體排放量約等于國內區(qū)域電網排放水平的1.52%，若考慮三峽工程建設前長江天然河道的溫室氣體排放，則三峽水庫單位發(fā)電量的溫室氣體排放水平還會更低。

因此，在不考慮原有河道排放水平的情況下，相對于發(fā)電減排效益而言，三峽水庫溫室氣體總排放量可以忽略不計。

大渡河上正在建設的錦屏二級電站工地。 攝影/章軻/CFP

長江上游幾座特大型電站功率密度表

結 論

水電清潔能源作為目前唯一可大規(guī)模開發(fā)的可再生能源，對于我國節(jié)能減排目標的實現(xiàn)和低碳經濟的發(fā)展具有關鍵作用。長江上游流域是我國最大的水電開發(fā)基地，總裝機容量約占全國十三個基地的60%。據(jù)初步分析，該流域2020年將提供約5000億kW·h的清潔能源，相當于節(jié)約標準煤1.68億t，2020年我國能源消費總量按控制在40億t標準煤計算，屆時長江上游水電基地可提供4.2%的非化石能源指標，為實現(xiàn)我國2020年非化石能源占一次性能源消費15%的目標提供約三分之一的貢獻率。

根據(jù)聯(lián)合國清潔發(fā)展機制執(zhí)行理事會水電CDM項目的計算標準，以三峽水庫和金沙江下游河段大型梯級水電站水庫為例，表明長江上游流域大型水庫的溫室氣體排放可以不予考慮。同時已有的三峽水庫溫室氣體排放初步成果監(jiān)測表明，三峽水庫排放二氧化碳遠低于發(fā)電減排量，相對于減排效益而言，其總排放量可以忽略不計。

但是，大力發(fā)展水電必須著力解決好環(huán)境、移民等問題，要把水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)保、幫助移民脫貧致富和促進地方經濟發(fā)展有機結合起來，實現(xiàn)人水和諧、環(huán)境友好的目標。同時，要研究和推進流域梯級水電站優(yōu)化聯(lián)合調度，做到水資源綜合利用和綜合效益的最大化。