水能資源開發利用程度國際比較

徐 志,馬 靜,賈金生,3,張 瑩,王 菲

(1.中國水利水電科學研究院,北京 100038; 2.清華大學水利水電工程系,北京 100084; 3.中國大壩工程學會,北京 100038; 4.亞洲清潔能源投資集團有限公司,北京 100036)

隨著人口增多與經濟社會不斷發展,能源與環境壓力加大,水能資源作為一種清潔可再生能源,其開發利用受到廣泛的關注，同時也存在諸多質疑,比如對生態環境的影響等問題,在目前的工程背景下探討水能資源開發是很有必要的。

水能是我國規模最大的可再生能源,2014年我國常規水電裝機已達2.8億kW,發電量約1萬億kW·h,在非化石能源消費中占比76%[1],對實現國家節能減排戰略和保障國家能源安全起著巨大作用。目前,中國大壩數量和水電裝機容量均位居世界第一,正在建設和將要建設一大批規模宏大的世界級大壩水庫[2]。

關于水能資源開發利用,國內外做了很多研究。Zhao等[3]介紹了中國水電開發情況,指出中國現階段經濟、環境、社會存在的問題,并論證中國加快水電發展的必要性,以實現可持續發展;Yoshizu[4]指出日本水電潛力來源于高山及高強度的降雨,日本下一階段的水電發展重點在于建立可持續發展的可調速抽水蓄能發電系統,同時提供輔助性的風力和太陽能等清潔能源發電;Zimny等[5]基于現有數據和研究,通過圖表描述了1995—2011年各個國家水力發電的發展情況,對各國水資源利用情況進行分析,并介紹了波蘭的水電經驗和計劃;Daly等[6]對拉普拉塔河流域水電開發潛力進行了探討,評估了該地區水電發展的脆弱性和不足;賈金生等[7]認為應對全球變化,應該大力發展水電和儲水設施建設,提出了實現以保護環境、堅持經濟可持續發展等方式對水能資源進一步開發的建議;徐長義[8]分析了我國水電開發現狀及能源結構,認為大力開發利用水能資源是我國能源戰略和持續發展的必然選擇,并對今后水電如何發展提出了建議;李海英等[9]從全球氣候變化背景出發,對比不同國家水電開發程度,提出了我國應當優先發展水電,促進水電可持續發展;錢玉杰[10]對我國水能資源量、空間分布、水電發展以及能源安全進行了詳細闡述,提出要認清水能資源開發存在的問題,制定相應水電開放政策。因此，在目前的背景下討論關于對水電開發的質疑、大壩建設對生態環境的影響等問題,是很有意義的。

長期以來,對國際水電開發數據缺少全方位持續比較和分析,各個國家水能資源及其開發利用數據存在來源不清、更新不及時、結果一致性差等問題,難以滿足從國際視角明確我國水電發展水平、為我國水電開發提供準確現狀定位的實踐需求。本文旨在通過對全球各大洲、各國水能資源、水電開發利用等信息的追蹤,提供來源可靠、統一、權威的水電開發數據;通過對主要國家尤其是發達國家的水庫建設和水電開發等分析比較,從國際視角評估我國水能資源開發利用水平,為我國水庫大壩建設、水電開發提供準確的現狀定位。

1 資料來源與評價指標

1.1 數據來源

目前可以獲取的分國別水能資源信息,依據數據的來源可以分為政府間的國際組織數據庫和非政府的民間國際性學術組織或者研究機構數據庫以及由各國政府相關主管部門運行維護的數據庫。對目前可獲得的主要數據來源進行對比分析顯示,International Journal of Hydropower and Dams編輯出版的《World Atlas & Industry Guide》提供了最完整的水能資源開發、大壩建設等信息,聯合國糧農組織(FAO)AQUASTAT數據庫中關于各國水資源量等數據是各國進行相關研究最重要的信息,世界銀行(World Bank)WDI數據庫中關于經濟核算等數據具有最高的被引用頻次,聯合國UNdata數據庫中有關社會發展的數據最具可信度。鑒于此,本文水能、庫容等數據來自于World Atlas & Industry Guide數據庫,水量等數據來自于AQUASTAT數據庫；經濟核算等數據等來自WDI數據庫,人口、城市化水平、人類發展指數(human development index,HDI)等社會發展數據來自UNdata數據庫。若一些主要國家的數據缺失,則通過對該國官方數據庫或有關出版物的追蹤來補齊。

1.2 評價指標

以水能資源開發利用為主線選取指標。按照評價內容,指標可以分為三大類,即資源量指標、開發利用指標、社會經濟指標。按照獲取方式,可以分為直接指標和間接指標。直接指標是指通過監測、調查而不需要加工處理即可直接獲取的指標,如水能蘊藏量、水電裝機、發電量、庫容、人口、GDP等,這類指標也叫一次指標。間接指標是指根據不同目的由直接指標經過計算獲得的指標,如水電開發度、人均發電量、人均庫容等,這類指標也稱為二次指標。原則上指標選取要符合國際慣例,被國際社會廣泛使用,具有國際認同度。具體指標如表1所示。

表1 評價指標

1.3 現狀年

有水能信息記錄的國家和地區為183個,《World Atlas & Industrial Guide》收集的資料更新至2013年;人口數據、人類發展指數、經濟指標是逐年統計,約有200個國家和地區信息。為統一起見,以2013年作為評價的現狀年,國家以《World Atlas & Industrial Guide》列出的名錄為準。

2 國際水電開發現狀

2.1 概述

世界水能資源理論蘊藏總量為43.6萬億kW·h/a,技術可開發量為15.8萬億kW·h/a,經濟可開發量約為9.5萬億kW·h/a。2013年世界水電裝機總量為10.6億kW,水電年發電量為3.8萬億kW·h,占世界水電技術可開發量的24.1%、經濟可開發量的40.3%[10-11]。世界水電開發狀況見表2和圖1。

表2 世界水電開發狀況

圖1 世界各大洲水電經濟開發度

表3 指標位列前10的國家情況

世界水能資源分布及開發情況有較大差異。亞洲水能資源最為豐富,約占全球水能資源理論蘊藏量的40%,其已開發的水能資源約占技術可開發量的21.1%和經濟可開發量的35.2%。歐洲、北美洲水能資源開發利用程度較高,經濟開發度超過68%,而非洲水能資源技術開發度僅為7.7%、經濟開發度僅為12.3%。與2007年相比,全球水電經濟開發度提高了5個百分點,增長來自亞洲、非洲,但全球水電開發的總體格局沒有改變。

2.2 主要指標分析

主要對與水電開發密切相關的水能理論蘊藏量、水電裝機、發電量、總庫容4個指標進行分析,列出排名前10位的國家各個指標數據如表3所示。

a. 水能理論蘊藏量。在有統計信息的183個國家和地區中,中國是世界水能理論蘊藏量最高的國家,其水能理論蘊藏量為6.08萬億kW·h/a,巴西水能理論蘊藏量排第二位,水能理論蘊藏量為3.02萬億kW·h/a。水能理論蘊藏量位居前10位的國家分別為中國、巴西、俄羅斯、印度、印度尼西亞、秘魯、剛果民主共和國、哥倫比亞、加拿大、厄瓜多爾。這10個國家的水能理論蘊藏總量為23.02萬億kW·h/a,占世界水能理論蘊藏量的52.8%。

b. 水電裝機。2013年全世界水電裝機排名前10位的國家分別為中國、巴西、美國、加拿大、俄羅斯、印度、波蘭、日本、法國、土耳其。中國水電裝機為2.8億kW,位居世界第一。巴西水電裝機為0.87億kW,排在第二。排名前10的國家水電裝機總量為7.19億kW,占世界水電裝機的67.9%。

c. 發電量。2013年中國水電發電量為9 116億kW·h,位居世界第一,是世界第二位的巴西(3 910億kW·h)的2.3倍，排名前10位的國家分別為中國、巴西、加拿大、美國、俄羅斯、印度、波蘭、日本、土耳其、委內瑞拉，排名前10的國家水電發電總量為2.7萬億kW·h,占世界水電發電總量的69.9%。

d. 總庫容。2013年全世界總庫容為7.2萬億m3,美國總庫容為14 598億m3,位居世界第一,中國總庫容9 323億m3,排在第二位。總庫容位居世界前10位的國家還有巴西、俄羅斯、加拿大、印度、贊比亞、津巴布韋、委內瑞拉、埃及,這10個國家的總庫容為5.5萬億m3,占世界總庫容的77.4%。

3 水電開發的國際比較

3.1 主要國家水電開發情況

為明確目標,尋找差距,需選擇代表性的國家進行比較。代表性國家選取綜合考慮以下因素:①選取的國家在國際社會中具有重要作用;②與我國的自然條件、水能資源條件等具有可比性;③兼顧發展水平及地域分布。本文選取不同大洲、不同發展階段的20個國家,分析水電開發現狀,這20個國家國土面積占世界的55.56%,人口占世界的61.83%,GDP占世界的71.94%,水能理論蘊藏量占世界的51.1%,水電年發電量占世界的73%,具有很強的代表性。這20個主要國家主要水電開發指標和其他信息見表4。

表4 主要國家水電開發狀況

3.2 水電開發與社會經濟發展水平

a. 人類發展指數。人類發展指數HDI是由聯合國開發計劃署(UNDP)在《1990年人文發展報告》中提出的,用以衡量聯合國各成員國經濟社會發展水平的綜合指標,人類發展指數包括“出生時預期壽命”“平均受教育年限”“預期受教育年限”及“人均國民收入”4個成分指標[15-16]。HDI避免了把人均GDP作為衡量人類發展單一指標的缺點，其數值區間為[0,1],數值越趨向于1,說明人類社會發展水平就越高。

以2013年聯合國發布的HDI為例,HDI大于0.9的國家多為發達國家,如挪威(0.944)澳大利亞(0.933)、瑞士(0.917)、美國(0.914)、德國(0.911);HDI介于0.8～0.9的國家多為較發達國家,如奧地利(0.881)、西班牙(0.869)、阿根廷(0.808);HDI值在0.5～0.8的國家,大多是處在拉丁美洲、亞洲、非洲的發展中國家,例如巴西(0.744)、中國(0.719)、牙買加(0.715);HDI小于0.5的國家多為亞洲、非洲的欠發達國家,如蘇丹(0.473)、科特迪瓦(0.452)、剛果民主共和國(0.338)等。

b. 社會經濟發展水平與水能資源開發利用。研究HDI與儲水設施建設、人均發電量之間的關系,能夠很直觀地根據不同發展階段國家水電開發的不同對我國水電開發利用水平進行評價、定位。

2013年,HDI>0.9的國家人均庫容擁有量為3 399 m3、人均發電量為1 330 kW·h;HDI在(0.8,0.9]的國家,人均庫容擁有量2 958 m3、人均發電量1 307 kW·h;HDI在(0.7,0.8]的國家,人均庫容擁有量1 090 m3、人均發電量771 kW·h;HDI在(0.6,0.7]的國家,人均庫容擁有量552 m3、人均發電量294 kW·h;HDI在(0.5,0.6]的國家,人均庫容擁有量僅301 m3、人均發電量僅119 kW·h。

依照這個觀點,分析各個國家2013年的人類發展指數與水庫大壩、水電發展之間的相關性。結果表明,相對于發達國家儲水設施建設和水電發展的高水平,發展中國家仍需繼續大力開發利用水能資源。但是以色列HDI為0.89,人均庫容僅為25 m3、人均水電發電量不足10 kW·h;贊比亞HDI為0.6,人均庫容為13 069 m3、水電發電量134 kW·h，經濟發展水平和水能資源開發利用程度不相匹配。不過總體來看,水能資源開發利用水平、儲水設施建設程度與人類發展水平呈很強的正相關。此外,與2007年的數據相比[20],不同人類發展水平國家儲水設施建設、水能開發利用的總體趨勢沒有改變,但不同人類發展水平國家間的差距有進一步加大的趨勢。

c. 中國水能資源開發利用的國際定位。2013年中國人類發展指數0.719處于(0.7，0.8)區間，屬于中等人類發展水平國家,水庫總庫容9 323億m3,居世界第2位,人均庫容687 m3,低于HDI介于0.7～0.8國家的平均值約20.6%,與HDI介于0.6～0.7國家的水平接近。水電發電量為9 116億kW·h,居世界第一,人均發電量為672 kW·h，低于HDI介于0.7～0.8國家的平均值約9.2%。人均庫容、人均發電量與人類發展指數比較結果顯示,我國儲水設施建設、水能資源開發利用與社會經濟發展水平相比略有滯后。

4 結論及建議

通過國際追蹤,對主要國家特別是發達國家水能資源開發、儲水設施建設分析比較,從國際視角,明確我國水能資源開發利用水平,為水電開發、水能資源管理提供準確的現狀定位。追蹤結果表明,2013年,全球水電總裝機10.59億kW,經濟開發度40.3%,水庫總庫容7.2萬億m3。我國水電裝機、水電發電量位居世界第一,水庫總庫容列在美國之后位居世界第二,經濟可開發度52%,高于世界平均水平12個百分點,但仍低于歐美發達國家60%～70%的開發利用程度。同期我國HDI為0.719,屬中等人類發展水平國家,人均庫容、人均水電發電量指標均低于HDI為0.7～0.8國家的平均值。儲水設施建設、水能資源開發利用與社會經濟發展水平相比仍略有滯后,水能資源的開發利用和儲水設施的建設并沒有超越發展階段。我國是水能資源開發利用的大國,多項總量指標上位居世界前列,但在開發利用程度、與社會經濟發展匹配程度方面與發達國家相比,差距依然存在。中國應繼續穩步進行水能資源合理開發利用,做好水能資源開發的前期規劃,注重水能資源開發的質量,重視水能資源開發過程中的環境保護[14]。

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