水電具有明顯的低碳排放特性

（中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)，中國(guó)大壩協(xié)會(huì)，中國(guó)水利水電科學(xué)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(duì)低碳排放特性、相對(duì)環(huán)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(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿?。它們具有低碳排放特性、環(huán)境友好特性、可持續(xù)利用特性3個(gè)特征。

廣義的綠色能源包括：①在能源的生產(chǎn)、消費(fèi)過程中，利用現(xiàn)代技術(shù)，開發(fā)選用對(duì)生態(tài)環(huán)境低污染或無污染的能源，如天然氣、清潔煤（將煤通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成煤氣或“煤”油，通過高新技術(shù)嚴(yán)密控制的燃燒轉(zhuǎn)變成電力）和核能等；②化害為利，同改善環(huán)境相結(jié)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(qū)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(zhì)所在。

水電的可持續(xù)利用不存在問題。當(dāng)前，社會(huì)各界對(duì)于水電綠色能源特性的懷疑，主要是質(zhì)疑它的低碳排放和環(huán)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(huán)境友好兩方面進(jìn)行。

英國(guó)著名雜志《Nature》（自然）2007年增刊刊載一篇《水力發(fā)電：溫室氣體的元兇？》的文章。文中說：“水力發(fā)電站長(zhǎng)期以來被視為清潔能源。但是科學(xué)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(fā)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(quán)威的專家，但仍不難發(fā)現(xiàn)，這些學(xué)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(tài)平衡所必需的正?，F(xiàn)象。所有的動(dòng)植物都是由碳水化合物構(gòu)成，動(dòng)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(huán)，是地球生態(tài)系統(tǒng)中生命現(xiàn)象的重要特征。每時(shí)每刻，地球上各種動(dòng)、植物都在生長(zhǎng)的過程中，進(jìn)行著碳元素的吸收和排放。

在地球日常進(jìn)行的碳循環(huán)中，森林的覆蓋率會(huì)對(duì)空氣中的二氧化碳濃度有較大影響。森林中的樹木在生長(zhǎng)過程中，通過光合作用，不僅將大量的二氧化碳轉(zhuǎn)換為氧氣，而且其樹干、根系本身和周圍的土壤中也會(huì)保持大量的有機(jī)碳。因此，森林的覆蓋率對(duì)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(duì)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(huán)保意識(shí)的提高和對(duì)森林作用的重視，雖然世界局部地區(qū)的森林覆蓋率可能會(huì)有所減少，但總體變化的幅度不會(huì)太大，目前還不足以對(duì)整個(gè)世界碳循環(huán)構(gòu)成巨大威脅。

除此之外，各種動(dòng)植物體本身都是碳元素的載體。在人類出現(xiàn)以前的遠(yuǎn)古時(shí)代，由于沒有火的使用，所有動(dòng)植物死亡之后的軀體最終都被埋藏于地下，形成了現(xiàn)在大量沉積在地殼中的煤炭和石油。經(jīng)過數(shù)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(huán)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(yīng)我們?nèi)祟惿娴臍夂蛩健?/p>

在人類的工業(yè)化之前，人們還沒有能力大規(guī)模開采煤炭、石油，因此，人類活動(dòng)對(duì)地球碳循環(huán)的影響是極其有限的。但是，當(dāng)我們學(xué)會(huì)了開采利用煤炭、石油這些礦物化石能源之后，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源的巨大需求，導(dǎo)致大量的化石能源被燃燒。燃燒不斷產(chǎn)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(dǎo)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(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，并可能會(huì)產(chǎn)生溫度增高、冰山融化、海水上漲、淹沒大陸、氣候環(huán)境變化異常等一系列可怕后果。

最近美國(guó)《科學(xué)》雜志刊發(fā)的一篇研究報(bào)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(shí)2000ppm的水平?？茖W(xué)研究證實(shí)：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(zhì)所在。為此，我們必須改變現(xiàn)在快速把幾億年以前就已經(jīng)不參與碳循環(huán)的地下碳源（礦物能源）不斷釋放出來的趨勢(shì)。目前，全世界公認(rèn)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(guān)于水庫淹沒將釋放甲烷氣體的現(xiàn)象，就像沼氣發(fā)酵。但是，路透社文章中“如果一個(gè)國(guó)家的水力發(fā)電能力增長(zhǎng)1倍，其釋放甲烷氣體的量也將增加8%”的說法，是絕對(duì)不可能成立的。因?yàn)?，甲烷氣體并非只有水庫排放，各個(gè)國(guó)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(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織報(bào)告養(yǎng)牛業(yè)大量排放甲烷的問題），再加上每個(gè)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(guān)系極為密切，因此，我們可以肯定這種定量研究的結(jié)論，只能針對(duì)某些國(guó)家或地區(qū)，不具有普遍意義。

此外，關(guān)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(chǎn)生的全部機(jī)理，對(duì)于溫室氣體造成的危害的認(rèn)識(shí)不夠全面。因?yàn)槿祟悓?duì)地球空間的認(rèn)識(shí)還有很大局限性。我們還不能肯定某些實(shí)驗(yàn)條件下得到的結(jié)論，是否完全反映了地球大氣的實(shí)際情況。再者，甲烷是一種可燃?xì)怏w，在自然界中的狀態(tài)極不穩(wěn)定，燃燒后將會(huì)與氧氣結(jié)合產(chǎn)生二氧化碳，甲烷在自然界中長(zhǎng)期保存的幾率不大。溫室氣體作用長(zhǎng)期影響的因素，最終可以統(tǒng)一歸納為大氣成分中的碳含量，并以考慮其中最為穩(wěn)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(guān)注所排放溫室氣體的種類，以及可能產(chǎn)生的全球溫室氣體效應(yīng)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(cuò)誤。水庫屬于人工濕地，其本質(zhì)與天然濕地沒有差別。所有濕地都會(huì)有溫室氣體的排放，這是幾萬年來濕地參與地球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的一部分。我們現(xiàn)在為了解決天然水資源時(shí)空分布不均的矛盾（同時(shí)包括發(fā)電獲取水能資源），需要建造很多水庫，但是相對(duì)于近代人類社會(huì)化活動(dòng)造成的濕地面積縮小，水庫這種人造濕地的出現(xiàn)，并沒有從總體上改變地球表面的濕地面積下降的趨勢(shì)。

濕地是維持地球生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要組成部分，素有“地球之腎”的美譽(yù)。濕地具有滋潤(rùn)養(yǎng)育動(dòng)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(zhuǎn)化為氧氣，也可以因?yàn)榧竟?jié)或水位的變化，把某些植物淹沒在水中，產(chǎn)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(xiàn)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?yàn)?，水庫的淹沒是人們有意識(shí)的行為，大多數(shù)情況下，人們都會(huì)在蓄水前盡可能地清理庫區(qū)，減少未來水庫水體中的雜質(zhì)。因此，在一般情況下，人造濕地（水庫）會(huì)比天然濕地造成的溫室氣體排放更小。

關(guān)于水庫會(huì)釋放二氧化碳的問題，也是對(duì)生態(tài)學(xué)的誤解。任何土地都會(huì)釋放二氧化碳，只有有機(jī)質(zhì)含量很低、微生物活動(dòng)微弱的冰原、裸巖和荒漠的二氧化碳釋放速度相對(duì)較低，因此，單獨(dú)強(qiáng)調(diào)二氧化碳釋放速度是沒有意義的，真正對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響的是二氧化碳的凈釋放速度。從這一點(diǎn)說，成熟的原始森林對(duì)控制全球變暖是無用的，因?yàn)槌墒斓纳稚鷳B(tài)系統(tǒng)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(shí)際上是混淆了兩種不同類型的碳釋放。在森林區(qū)修建水庫，由于淹沒土地上每公頃森林中可能儲(chǔ)存著幾百噸有機(jī)質(zhì)，這些林木在水下慢慢腐爛，會(huì)產(chǎn)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?yàn)橘|(zhì)量守恒是化學(xué)的最基本原理，當(dāng)被淹沒植物腐爛后，水庫就不會(huì)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(xù)不斷地釋放是不同的。

5 水庫每千瓦·時(shí)產(chǎn)生的溫室效應(yīng)與燃煤火電廠基本相等缺少科學(xué)依據(jù)

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

幾年前，曾有文章如 《大壩經(jīng)濟(jì)學(xué)》（美國(guó)Mc Cully，P.著，周紅云等譯，中國(guó)發(fā)展出版社出版）說：“有機(jī)物在分解過程中大量消耗水體中的氧氣，產(chǎn)生大量二氧化碳并排放到大氣中，形成溫室效應(yīng)。巴西一座名叫土庫魯衣的水庫建成后，對(duì)其6a的連續(xù)監(jiān)測(cè)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(duì)溫室效應(yīng)產(chǎn)生的影響相當(dāng)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(chǎn)生的溫室效應(yīng)影響比同等電力的燃煤電廠還要多20%。加拿大一個(gè)淡水研究所對(duì)兩個(gè)大型水庫的研究表明，其中一座水庫每千瓦·時(shí)電力所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，與一個(gè)燃燒火電廠基本相等。”

即使我們不考慮上述資料中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的可信度，實(shí)際上，所謂水庫和發(fā)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(jī)，有的水電站幾乎沒有水庫，比如葛洲壩水電站（裝機(jī)270萬kW）就是徑流式電站。所以要說“水庫每千瓦·時(shí)”可能是一個(gè)從零到接近無窮大的變量，具體針對(duì)某一個(gè)特定水庫才有意義。排放比較的結(jié)果也只適用于那個(gè)特定的水庫和電站，離開了那個(gè)水庫就沒有了意義。這種比較的百分?jǐn)?shù)根本說明不了問題。只有在水庫很大，而水電站裝機(jī)很小時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)文章敘述的情況。如果僅僅根據(jù)這種極為少見的特例，就推論出“其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)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(shí)電力所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)方面影響，與一個(gè)燃煤火電廠基本相等”這一結(jié)論，可以說完全是一種詭辯性的誤導(dǎo)。

為了否定水電的清潔性，國(guó)內(nèi)外很多媒體都大量引用這段關(guān)于水電產(chǎn)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(jié)里，作者指出“這個(gè)結(jié)論不能隨意推廣，因?yàn)椴煌乃畮旌桶l(fā)電站發(fā)電量之間沒有一定的比例關(guān)系，其誤差可能達(dá)到8萬倍”。

這種“水電的溫室氣體排放與一個(gè)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(duì)大型水電是清潔能源的定義。20世紀(jì)90年代，這種說法誤導(dǎo)了不少國(guó)家，甚至聯(lián)合國(guó)的有關(guān)機(jī)構(gòu)也曾多次爭(zhēng)論過水電的清潔性問題。2002年世界可持續(xù)發(fā)展高峰會(huì)議之前，聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)也一直把大型水電與小水電區(qū)別對(duì)待。1997年，世界銀行委托國(guó)際上著名的反壩組織“世界水壩委員會(huì)”對(duì)全球125座大型水壩進(jìn)行調(diào)查。盡管有的調(diào)查案例確實(shí)反映出水庫淹沒前后溫室氣體的排放會(huì)有所增加，但是，調(diào)查承認(rèn)，這與不同水庫所處的地區(qū)和淹沒前的清理工作有關(guān)。最后，該組織于2000年提供的最終調(diào)查結(jié)論已經(jīng)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(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)的高峰會(huì)議上，根據(jù)該調(diào)查報(bào)告和非洲國(guó)家的強(qiáng)烈要求，通過激烈的辯論，會(huì)議最終明確了大型水電站應(yīng)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(zhǎng)級(jí)會(huì)議上，170多個(gè)國(guó)家的部長(zhǎng)或代表團(tuán)團(tuán)長(zhǎng)通過的“部長(zhǎng)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(shí)際排放量隨時(shí)間推移逐漸遞減為零

從定性分析來看，水庫淹沒產(chǎn)生二氧化碳的主要來源是殘留在水庫中的有機(jī)物（按照要求，蓄水前都應(yīng)該進(jìn)行清理），這種情況即便在天然濕地中也會(huì)發(fā)生，其最高排放極限也不過是把所有有機(jī)碳水化合物中的碳元素全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳。有些資料中強(qiáng)調(diào)熱帶地區(qū)的水庫溫室氣體排放嚴(yán)重，還有些資料中又強(qiáng)調(diào)寒冷地區(qū)的水庫溫室氣體排放將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。但是，把這兩個(gè)結(jié)論結(jié)合到一起強(qiáng)加給水庫就有問題了。熱帶地區(qū)的水庫由于氣溫高，植物分解腐化快，短時(shí)間內(nèi)的排放量必然會(huì)加大；寒冷地區(qū)的氣溫低，水庫中的植物不易分解，所以，單位時(shí)間內(nèi)的排放量較少，但是持續(xù)時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)?？傊?，可以肯定的說，水庫排放的數(shù)量有限，不會(huì)出現(xiàn)排放量很大、持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的情況，而且，實(shí)際排放會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸遞減為零。這與依靠不斷輸入原料進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生大約煤炭數(shù)量2.5倍的二氧化碳的火電廠相比，完全是兩種不同性質(zhì)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(yīng)

任何探索溫室氣體排放的研究工作，應(yīng)該首先保證大方向正確。數(shù)萬年以來的人類社會(huì)發(fā)展已經(jīng)證明，地球的自然生態(tài)系統(tǒng)本身的正常碳循環(huán)是平衡的。自然狀態(tài)下的碳排放量，不論其大小，都為地球生命系統(tǒng)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(huì)打亂目前地球生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)，增加大氣中的碳濃度，造成地球的溫室效應(yīng)。

工業(yè)化以來，全球水電的開發(fā)應(yīng)用是減少世界溫室氣體排放的最大功臣。盡管目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家的水電資源幾乎開發(fā)殆盡，已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展風(fēng)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(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能為主。但是，由于受到技術(shù)水平和能量密度的局限，水電仍然是當(dāng)前最有效率、最起作用的可再生能源。在發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)，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(gè)數(shù)量級(jí)，而且這種局面在短期內(nèi)不會(huì)被改變。因此，在一些發(fā)展中國(guó)家還有很多水能資源等待開發(fā)的情況下，不科學(xué)、不客觀的水庫溫室氣體評(píng)價(jià)阻礙水電的開發(fā)應(yīng)用，不僅會(huì)誤導(dǎo)公眾，而且還將對(duì)全球的溫室氣體減排產(chǎn)生極為不利的負(fù)面影響。