长江上游流域水电开发在我国低碳经济中的地位

【关键词】： 水电开发 长江上游流域 温室气体排放 二氧化碳排放 清洁能源 化石能源 装机容量 三峡工程 大型水电站 低碳

【正文】：

　　1低碳经济背景下长江上游流域水电开发

1.1我国能源结构和需求分析随着我国经济的发展，虽然我国人均能源消耗量还未达到世界人均消耗量，但是巨大的能源需求已经对我国能源开发提出了严峻的挑战。在我国能源消费结构中，化石能源占93%以上，其中煤炭所占比例为69%左右，结构性特点尤为突出。据统计，2010年我国一次能源生产总量29.9亿t标准煤，原煤生产量32.4亿t、原油2.03亿t、天然气967.6亿m3。全国年总发电量42065.4亿kW·h，其中火电33301.3亿kW·h、水电7210.2亿kW·h、核电738.3亿kW·h(来源于中华人民共和国2010年国民经济和社会发展统计公报)。由此可见，我国能源结构中以煤炭和石油为代表的化石能源占最重要的地位，化石能源在燃烧过程中不可避免地排放温室气体，增加了经济发展中的高碳成分。根据我国国家能源发展战略规划及2050年未来情景预测，我国在2050年的能源需求在基准情景下达到78亿t标准煤，节能情景下达到66亿t标准煤，低碳情景和强化低碳情景下可能是56亿t和50亿t标准煤。因此，从我国未来能源需求和低碳经济发展的角度看，需要科学发展替代能源，优化能源结构，降低化石能源在我国能源结构中的份额。
　　1.2发展低碳经济应大力开发水电在众多替代能源中，水电拥有明显的优势，它是一种可再生的清洁能源［4］。为了实现2020年非化石能源占一次能源消费比重达15%的目标，必须优先开发水电清洁能源，促进我国低碳经济的健康发展。
　　我国水能资源丰富，水能资源理论蕴藏量年电量60829亿kW·h，平均功率为694400MW，其中技术可开发装机容量541640MW，年发电量24740亿kW·h，居世界首位［5］。改革开放以来，我国水电开发得到了快速的发展，建成了以三峡工程为代表的一系列大型水电站，在全国范围内形成了十三个水电开发基地。截止2010年，我国水电装机容量已经突破200000MW，位居我国电力能源结构第二位。但是，我国水能资源的开发利用率约36%，低于世界平均60%的开发利用率，远低于发达国家80%以上的开发水平。作为水能资源储量世界第一的国家，我国的水电能源开发还有很大的发展空间。如果全部经济技术可开发量都得到开发，相当于每年可替代8.77亿t标准煤的化石能源，减少二氧化碳排放21.83亿t。随着三峡工程的建成，标志着我国水电发展水平已经在水电设备制造、水电工程建设等方面位居国际领先水平，具有丰富的开发经验和先进的开发技术。因此，在今后相当长的时期内，与其他新能源相比，水电是装机容量最大、技术最成熟、电网输电最现实的可再生清洁能源。
　　1.3长江上游流域在我国水电开发中的地位长江流域水能资源极为丰富，水电可开发量居全国之冠，长江水力资源总量占全国河流总量的36%，总落差达到5400m，水能资源蕴藏总量达268000MW。长江流域水能资源集中分布在宜昌及其以上流域，干流水电可开发量占46%，支流占54%，尤其是金沙江、雅砻江、大渡河、乌江等干支流流域，梯级水电站开发具有显著的优势。

　　从表1可见
　　［5］，包括金沙江、大渡河和宜昌～重庆段在内的长江上游流域水电开发是我国水电开发的重镇，从水电装机容量和水能资源蕴藏方面均占据全国首位，包括金沙江、雅砻江、乌江、大渡河等干支流在内的长江上游水电装机容量占十三大基地总装机容量的59.23%。因此，长江上游干支流水电开发基地在全国水电开发空间布局中占据着重要的地位，代表了中国水电开发总体水平。
　　如果将该区域水能资源完全开发利用，每年可以提供7000亿kW·h的清洁能源，相当于节约标准煤2.35亿t，减少5.76亿t的二氧化碳排放量。据初步分析，该流域2020年水能开发率可达75%左右，2020年每年将提供约5000亿kW·h的清洁能源，相当于节约标准煤1.68亿t，据中国工程院发布的《中国能源中长期发展战略研究》报告指出:在“节约优先，总量控制”的原则下，2020年我国能源消费总量可控制在40亿t标准煤。届时长江上游水电基地可提供4.2%的非化石能源指标，为实现我国2020年非化石能源占一次性能源消费15%的目标提供约三分之一的贡献率，对我国低碳经济发展具有举足轻重的作用。
　　在我国“十二五”时期的能源发展规划中明确提出了优先开发水电，重点推进金沙江、雅砻江、大渡河等流域大型水电基地建设，早日建成向家坝、溪洛渡等大型水电站，做好乌东德、白鹤滩两个大型水电项目的前期工作。
　　争取在“十二五”末，水电在一次能源消费中所占比重达到6.5%左右，非化石能源在一次能源消费中的比重达到11.4%。2010～2015年未来五年我国能源战略规划将水电能源开发作为实现上述目标的关键，水电开发重点也将集中在长江上游干支流流域。
　　2长江上游流域水电开发减排效益综合分析长江上游流域水能资源具有非常优越的开发条件，一是该流域干流和支流绝大多数水电站技术经济指标好，河流落差巨大而集中，流量稳定，且具有较好的水库调节性能，可以使得梯级水电站的出力过程平稳，具有稳定的发电能力;二是由于地形因素，该区域大型水电站均属于河道型水库，水库库区多为高山峡谷地带，人口较少，水库淹没损失少;三是该区域附近均有大型火电站或电网，便于水电与火电相互补偿、调节;四是该区域水电站建设工程量一般少于国内同类型水电站的建设量;五是水电站建设坝址均具有一定的交通条件［6］。因此，长江上游干支流大型水电开发具备先天的优势，在全国水电开发中占据重要的地位，该区域水电的成功开发将关系着我国节能减排目标的实现及低碳经济的成功转型。
　　统计数据显示，长江上游干支流水电开发基地规划总装机容量约为153617MW，年发电总量约7000亿kW·h，与发电量对应的二氧化碳年减排总量约为5.75亿t，其中金沙江水电开发基地的装机容量最大，约为58580MW，年发电总量约为2826亿kW·h，每年可减少二氧化碳排放2.3亿t。装机容量最小的乌江流域，规划装机容量约11220MW，年发电量约400亿kW·h，每年也可减少二氧化碳0.33亿t。总的来说，该区域水电开发基地的建成投产无疑将为我国低碳经济发展提供大量的清洁能源，可有效地减少对煤炭、石油等非再生的化石能源利用，从而显著降低我国经济的“碳”含量。目前该区域水电开发基地中三峡、葛洲坝、二滩、瀑布沟、构皮滩等已建成发电，向家坝、溪洛渡、锦屏一、二级等大型水电站正在开发建设中，未来还将有更多的大型水电站进入开发建设阶段。雅砻江二滩水电站工程因创造性地实施环境保护措施，获得了我国第一个以建设环境友好型社会为宗旨的环保奖项“国家环境友好工程”，以工程建设实践证明了只要兼顾水电工程的社会效益、经济效益和环境效益，水电清洁能源是不可质疑的生态环境友好型能源。下面以三峡工程为例，详细综合评估水电开发的减排效益。
　　三峡工程2003年7月首批机组发电，截至2010年12月31日累计发电4514.03亿kW·h，按照2010年我国火电机组平均发电煤耗335g/(kW·h)计算，三峡工程累计发电量相当于节约标准煤1.512亿t，减少二氧化碳排放约3.715t(根据国家发改委能源研究所推荐的标准煤二氧化碳排放系数计算，每t标准煤产生0.67t碳排放，折合二氧化碳排放2.457t)。如正常蓄水全部发挥效益，年发电量约1000亿kW·h，则可替代燃煤3350万t，相应减少二氧化碳排放约0.82亿t。同时，随着航运条件改善，2004年～2010年三峡水库货物通行量逐年增加，2010年全年通过三峡枢纽货运量达到8794万t，与2009年和2002年(三峡枢纽通航前历史最大货运量为1800万t)相比分别增加了1368万t和6994万t，增幅分别达到18.4%和388%。由于水运单位能源消耗低于公路运输，在相同货运量水平下，三峡水上货运量的增强也大大减少了公路运输能耗，相应减少二氧化碳排放。同时，由于航运条件改善在一定程度上促使船舶向大型化、标准化方向发展，船舶能耗大幅度降低，2007年三峡通航船舶的千t每公里平均能耗已由成库前的6.7kg降低至3.6kg［7］。2004年～2010年三峡枢纽增加货运量累计3.07亿t，降低通航能耗约相当于58.5万t标准煤，相当于减排二氧化碳约144万t。根据国家统计局2003年～2009年统计年鉴，综合考虑三峡工程发电、蓄水后航运条件改善以及替代公路运输等的减排效益，2003年～2009年，三峡工程总计减少温室气体排放约35372.6万t，对同期全国室外温室气体减排平均贡献率约为0.84%［8］。由此可见，水电开发减排效益巨大。
　　3长江上游大型电站水库温室气体排放分析水库的温室气体排放已经引起国际社会的广泛关注和激烈讨论，在世界不同地区如巴西、加拿大、芬兰等的研究也表明水库排放温室气体［9］。我国长江上游干支流大型水电站大坝形成的水库均属于河道型水库，并不会导致大面积的土壤与植被的淹没，消落带大部分属于石质岸基，且水库蓄水前进行了严格的清库工作，淹没的少量土壤所输入的有机质总量非常有限。下面以三峡水库和金沙江下游河段几座特大型水电站水库为例，评估长江上游大型水电站水库温室气体排放情况。
　　3.1长江上游几座特大型水电站功率密度计算分析根据联合国清洁发展机制执行理事会认可的水库的水电CDM项目温室气体排放量方法学，以功率密度ω值作为阈值，用来确定水电厂作为CDM项目活动的合格性。功率密度ω定义为装机发电容量除以(水库)淹没表面积，当ω≤4W/m2，水电项目不能应用目前的方法学;当4 W/m2＜ω＜10 W/m2，水电项目能应用目前经批准的方法学，但要计入项目水库的排放，其排放因子为90 gCO2eq/(kW·h);当ω≥10 W/m2，水电项目能应用目前经批准的方法学，并且可忽略来自水库的项目排放量。由表2可见，长江上游几座特大型水电站总装机容量、正常蓄水位对应水库淹没表面积以及计算功率密度。三峡工程总装机容量22500MW，正常蓄水位对应水库淹没面积1084km2，三峡的功率密度ω为20.756W/m2，根据上述标准，三峡水库的温室气体排放可以忽略。向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德是位于金沙江下游河段的四座特大型梯级电站，根据计算其功率密度ω分别为66.67W/m2、103.43W/m2、64.83W/m2、68.50W/m2，远满足ω≥10W/m2的标准，金沙江下游河段四座特大型梯级水电站水库的温室气体排放均可以忽略。

　　3.2三峡水库温室气体排放观测研究根据三峡水库温室气体排放的相关研究初步观测结果［8］，2009年10月～2010年9月三峡水库支流水域排放二氧化碳约19.91万t，干流水域排放二氧化碳约120.62万t，总计排放140.52万t。同期三峡工程发电819.12亿kW·h，相当于节约标准煤3030.74万t，减排二氧化碳约7446.54万t，水库二氧化碳排放通量观测结果远低于发电减排量。采用通用的排放因子进行分析，该时期三峡水库单位发电量生成的二氧化碳排放约为17.2g/(kW·h)，远低于2009年7月国家发改委发布的华中区域电网的排放因子数值［1125.5 g/(kW·h)］(注:国家发展改革委员会关于公布2009年中国区域电网基准线排放因子的公告，2009-07)，即在不考虑原有河道排放水平的前提下，三峡工程单位发电量的温室气体排放量约等于国内区域电网排放水平的1.52%，若考虑三峡工程建设前长江天然河道的温室气体排放，则三峡水库单位发电量的温室气体排放水平还会更低。
　　因此，在不考虑原有河道排放水平的情况下，相对于发电减排效益而言，三峡水库温室气体总排放量可以忽略不计。
　　4结论
　　水电清洁能源作为目前唯一可大规模开发的可再生能源，对于我国节能减排目标的实现和低碳经济的发展具有关键作用。长江上游流域是我国最大的水电开发基地，总装机容量约占全国十三个基地的60%。据初步分析，该流域2020年每年将提供约5000亿kW·h的清洁能源，相当于节约标准煤1.68亿t，2020年我国能源消费总量按控制在40亿t标准煤计算，届时长江上游水电基地可提供4.2%的非化石能源指标，为实现我国2020年非化石能源占一次性能源消费15%的目标提供约三分之一的贡献率。
　　根据联合国清洁发展机制执行理事会水电CDM项目的计算标准，以三峡水库和金沙江下游河段大型梯级水电站水库为例，表明长江上游流域大型水库的温室气体排放可以不予考虑。同时已有的三峡水库温室气体排放初步成果监测表明，三峡水库排放二氧化碳远低于发电减排量，相对于减排效益而言，其总排放量可以忽略不计。
　　但是，大力发展水电必须着力解决好环境、移民等问题，要把水电开发与生态环保、帮助移民脱贫致富和促进地方经济发展有机结合起来，实现人水和谐、环境友好的目标。同时，研究和推进流域梯级水电站优化联合调度，做到水资源综合利用和综合效益的最大化。
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