水能如何開發

水墨大壩 攝影/魏啟揚

水電開發的現狀和潛力

應對氣候變化必須加快水電發展

哥本哈根聯合國氣候變化大會盡管僅達成了不具法律約束力的《哥本哈根協議》，但正如聯合國秘書長潘基文所說的“本次會議是朝著正確的方向邁出了一步”。中國為應對氣候變化已制定了明確的減排目標，即到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，并決定通過大力發展可再生能源，到2020年實現我國非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右。為兌現這一承諾，我國需要采取的關鍵措施之一就是大力發展可再生能源和核能。目前，中國核電在中國整個電力裝機中的比重不到2%，水電裝機容量的比重約為22%。

水電是可再生能源已經無可爭辯。那么，水電與化石能源相比，減排作用到底有多大？一度電相當于355克標準煤釋放的熱量。但是我國原煤質量不一，平均熱量為每公斤20920千焦，低于標準煤釋放每公斤29288千焦。因此一度水電可以替代497克原煤。水電專家潘家錚院士曾算了一筆賬“1度電≈0.5千克煤”，即一度水電約可節約0.5千克原煤。以三峽工程為例，如果將三峽水電站替代燃煤電廠，相當于7座260萬千瓦的火電站，每年可減少燃煤5000萬噸，少排放二氧化碳約1億噸，二氧化硫200萬噸，一氧化碳約1萬噸，氮氧化合物約37萬噸以及大量的工業廢物，這對減輕我國和周邊國家及地區的環境污染和酸雨等危害有巨大的作用。所以，就目前的現狀來看，水電開發是實現節能減排的首選。

水電優勢和國際水電開發現狀

水電是可再生能源，相比其他能源擁有許多優勢。因此，國際上一直高度重視發展水電。最早大量開發水電的是西方發達國家。美國早在20世紀初就興建了一批大壩，當時，水電占全美電力供應量的40%，水電裝機容量為9萬千瓦。華盛頓州全州水電裝機容量到1997年已達到了2183萬千瓦，占總發電裝機容量2625.3萬千瓦的83.2%。現在，美國所有河流中只有一條黃石河尚未開發。

目前世界上有165個國家已明確將繼續發展水電，其中110個國家規劃建設規模達3.38億千瓦。發達國家因已基本完成水電開發任務，重點投入轉移到對已建水電站的更新改造、增加水庫的泄洪設施等，以提高防洪能力、調整電站運行調度、實施生態保護和修復，如北美、歐洲等不少國家。發展中國家多數制定了規劃，約在2025年左右基本完成水電開發任務，如亞洲、南美地區的發展中國家。欠發達國家和地區，雖然多數有豐富的水電資源，也一直致力于發展水電，但限于資金、技術等條件，大力開發水電仍然有很多困難，如非洲的不少國家。還有一些政局不穩的國家，雖然急需發展水電，但限于國力等條件，推進非常緩慢。2008年世界上在建大壩有1200多座，其中60米以上大壩有370余座，主要分布在亞洲、南美等55個國家。據國際大壩委員會統計數據顯示，目前世界平均已開發水電占其經濟可開發量的比例為40%，歐美等發達國家平均為71%，發展中國家和欠發達國家開發水平則相對較低。

我國的水能資源和水電開發

中國的河流眾多，徑流豐沛、落差巨大，其中水能蘊藏量1萬千瓦以上的河流有3800多條。

水能資源蘊藏量十分豐富，約占全世界水能資源總量的1/6，居世界第一位。根據徑流量和落差估算，中國河流水能資源蘊藏量6.944億千瓦，全部開發后預計年發電量60829億千瓦時。全部開發是有很大難度的，但經濟可開發水能資源的裝機容量預計為5.416億千瓦，可年發電量24740億千瓦時。

從第一座水電站建設至今，我國水電發展已歷百年。新中國成立前，雖有發展水電的需求，但由于國力衰微，只能艱難創業，在建設的量和質方面都只是起步。1949年以前，我國高于15米以上的水庫大壩只有22座，且洪災、旱災是當時我國面臨的心腹大患，雖然有大力發展水電的需要，但無力顧及。第二階段是從新中國成立算至改革開放始。我國在這一階段修建了大量的水庫大壩，是國際上修建水庫大壩最活躍的國家，但是修建水庫大壩的主要目的是防洪、灌溉等。相比之下，由于水電與火電相比，建設周期長、投資大、技術難、見效慢等原因，總體上發展緩慢、技術落后。第三階段是從改革開放至三峽、小浪底、二灘等特大型水庫大壩建成。我國水電發展在這一階段實現了質的突破，由追趕世界水平到很多方面居于國際先進和領先，不少水庫大壩經過了1998年大洪水、汶川大地震等的嚴峻考驗。而小灣等300米級高壩為代表的水電站建設標志著我國進入了新的發展階段。這一階段水電站設計質量高、建設速度快、施工質量好。同時，成熟的開發技術和管理模式，突出了綜合效益。

湖北利川騰龍洞，水能資源豐富。 攝影/稅曉潔/CFP

氣候變化條件下更需開發水電

為了有效利用水能資源，在高落差的流域往往發展起接力式的梯級電站。水力發電利用的是水流的重力勢能，梯級開發就如同一隊站在不同臺階上的人，站在最高處的人把一桶水倒至比自己低一階的桶里，第二個人繼續往低一階傳遞。只要存在水頭差，上一級電站使用過的水流就仍可為下一級電站利用。這樣根據河流各段不同落差，逐級修建水壩，以集中落差，調節流量，可以達到河流水力資源的合理開發和綜合利用。例如，1933年，美國政府組建田納西流域管理局，對田納西流域進行綜合開發和管理。十幾年的時間，在田納西干支流上建起54座水庫、30座水電站、9個梯級13座船閘，使其成為一個具有防洪、航運、發電等綜合效益的水利網，把水患連年、貧窮落后的田納西河流域變成了一個經濟較發達地區。

河流（特別是大江大河）開發是一項復雜的系統工程。要求全面規劃，協調好干支流、上中下游、庫容和裝機容量與淹沒損失，以及發電與防洪、灌溉、航運、供水、生態環境多方面的關系，綜合利用資源。所以，有效的梯級開發會對整個流域產生持久的正面影響。以烏江為例，全長1037公里，流域面積87920平方公里，集中落差2124米，水量與黃河相當，是名副其實的水電“富礦”。根據國家批準的《烏江干流規劃報告》，烏江干流擬建11座梯級水電站，總裝機容量879.5萬千瓦。依次為北源六沖河上的洪家渡水電站，南源三岔河上的普定、引子渡水電站，干流上的東風、索風營、烏江渡、構皮灘、思林、沙沱、彭水、大溪口水電站。烏江流域的整體開發，將更有利于統籌規劃，有利于實現水電開發經濟、環保、社會效益的最優化。

外賓們被三峽工程所震撼，紛紛在此留影 攝影/陳文

典型國家的人均庫容

積極開發水電，加快儲水設施建設

發展水電離不開修建水庫大壩。聯合國定義了一個人類發展指數以綜合反映各國人均的GDP、壽命和教育水平。把各國人類發展指數與人均水庫庫容進行比較可以發現，對絕大多數國家而言，一個國家或地區水庫大壩發展水平與國家人類發展水平呈較強的正相關。人類發展指數大于0.9的國家，人均庫容擁有量平均為3184立方米，人類發展指數介于0.7～0.8的國家，人均庫容擁有量平均為541立方米，如中國2007年人類發展指數為0.772，在182個國家中列第92位，人均庫容528立方米，人類發展指數介于0.5～0.6的國家，人均庫容擁有量僅為125立方米。這與聯合國人類發展報告中所指出的“全球水基礎設施的分布與全球水風險的分布呈反比關系”是一致的。因此儲水設施建設通常既是推動發展的關鍵因素，同時也是經濟社會發展的自然結果。隨著人口的增加和城市化的進一步發展，全球每年預計需要增加640億立方米的供水量。不少人把河道變干歸因于水庫，這其實是一種誤解，河道干涸的主要原因是人口不斷增加引起的總用水量持續上升，是區域發展超越水資源承載力的表現。要實現供水安全和生態良好的目標，必須提高用水效率和增加雨洪利用，必須進一步修建足夠的儲水設施。因此，加快水電資源的開發利用既是發展清潔能源的需要，也是解決日益嚴峻的水安全問題的途徑之一，必會被更多的國家所重視。