水電在能源發(fā)展和結(jié)構(gòu)調(diào)整以及在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的重要作用

董新亮,余春濤,嚴(yán)秉忠,譚 建,夏傳清

(1.中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院,四川 成都 610072;2.中國水電工程顧問集團公司 北京 100011)

1 我國能源資源構(gòu)成情況及生產(chǎn)消費現(xiàn)狀

我國的水力資源極其豐富,儲量居世界第一,而且開發(fā)利用程度較低,具有廣闊的開發(fā)前景。與其它可再生能源相比較,水電能源的開發(fā)利用不僅技術(shù)成熟、成本低、效率高、電能質(zhì)量好,且在今后很長一段時間內(nèi),水電是改善我國電源結(jié)構(gòu),減少溫室氣體排放的重要手段。

2007年底我國煤炭探明儲量 3000億 t,占世界總量的 6.2%;石油探明儲量 212億 t,占世界的4.2%;天然氣探明儲量 22萬億 m3,占世界的4.5%。2007年底我國剩余探明可采儲量中,煤炭為 1825.4億 t,儲采比為 69.7;石油為 20.95億 t,儲采比為 11.3;天然氣為 2.56萬億 m3,儲采比為36.9。水力資源的理論蘊藏年電量為 6.08萬億kW·h;技術(shù)可開發(fā)裝機容量 5.41億 kW,技術(shù)可開發(fā)年電量 2.47萬億kW·h;經(jīng)濟可開發(fā)裝機容量4.02億 kW,經(jīng)濟可開發(fā)年電量 1.75萬億 kW·h。生物質(zhì)能總計2.8億 t(含農(nóng)作物秸稈、林木剩余物、畜禽糞便、工業(yè)有機垃圾等),風(fēng)能 10億 kW(其中陸地 2.5億 kW,海上 7.5億 kW)。

2007年我國能源生產(chǎn)總量 23.7億 t標(biāo)煤,其中原煤占 76.6%,原油占 11.3%,天然氣占 3.9%,水電、核電、風(fēng)電等占 8.2%,在我國能源生產(chǎn)總量構(gòu)成中原煤仍占居首要位置。

2007年我國能源消費總量 26.55億 t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中原煤占 69.4%,原油占 20.0%,天然氣占3.4%,水電、核電、風(fēng)電等占 7.2%,能源消費結(jié)構(gòu)中仍以原煤為主。在我國煤炭消費構(gòu)成中,用于發(fā)電用煤所占比例接近 50%。

2 能源發(fā)展面臨的問題

2.1 能源生產(chǎn)迅速增產(chǎn),生態(tài)環(huán)境壓力明顯增加

在我國經(jīng)濟快速增長的驅(qū)動下,我國能源生產(chǎn)增長很快,而煤炭增長尤為迅速,近幾年其增長速度均高于我國能源生長總量的增長速度。過去 6年我國原煤產(chǎn)量增加了 12億 t,2007年產(chǎn)量達(dá)到 25.4億 t,約占全球產(chǎn)量的 40%。

由于煤炭的大量開采,與之相關(guān)的一系列問題越來越受到關(guān)注。其中最為嚴(yán)重的就是 SO2、CO2氣體以及煙塵、粉塵等的大量排放,給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力。我國 SO2排放量呈連續(xù)上漲趨勢,至 2006年底達(dá)到 2589萬 t。

2.2 能源消費以煤為主,能源結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化

改革開放特別是 20世紀(jì) 90年代以來,我國能源結(jié)構(gòu)總體上朝著優(yōu)質(zhì)化方向發(fā)展,煤炭消費占能源消費總量的比重由 1990年的 76.2%下降到 2002年 66.3%,但是近年來,煤炭占能源消費的比重有所上升,2007年達(dá)到了 69.4%,而發(fā)達(dá)國家這一比重平均只有 21%左右,世界平均也僅為 28.6%,我國是名副其實的煤炭生產(chǎn)和消費大國。

3 水力資源在我國能源資源構(gòu)成中的戰(zhàn)略地位

3.1 開發(fā)水力資源是滿足我國經(jīng)濟社會發(fā)展、保障我國能源供應(yīng)的重要措施

改革開放以來,我國經(jīng)濟取得了飛速的發(fā)展,特別是近年來,我國 GDP增長率連續(xù)多年維持在10%以上。經(jīng)濟的快速發(fā)展離不開能源的支撐。回顧我國經(jīng)濟發(fā)展和能源工業(yè)發(fā)展的歷程可以看出,能源緊缺是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要制約因素。20世紀(jì) 50年代以來,我國能源工業(yè)從小到大,不斷發(fā)展,特別是改革開發(fā)以后,能源供給能力不斷增強,促進(jìn)了經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展。但在經(jīng)濟發(fā)展過程中,能源供給不足的矛盾十分突出,往往只要固定資產(chǎn)投資規(guī)模擴大,經(jīng)濟發(fā)展加速,煤、電、油、運就會緊張,成為制約經(jīng)濟社會發(fā)展的瓶頸。到 20世紀(jì) 90年代末,隨著能源市場化改革不斷推進(jìn),能源工業(yè)進(jìn)一步對外開放和能源投入的增加,煤炭、電力產(chǎn)能大幅度提高,油、氣進(jìn)口增多,能源對經(jīng)濟發(fā)展的制約得到較大的緩解。進(jìn)入 21世紀(jì)以來,能源供求形勢發(fā)生了新的變化,工業(yè)化和城市化步伐的加快,一些高耗能行業(yè)發(fā)展過快,能源需求出現(xiàn)了前所未有的高增長態(tài)勢,能源對經(jīng)濟社會發(fā)展的制約又開始加大。我國是一個人口眾多的發(fā)展中國家,達(dá)到較高的現(xiàn)代化社會還要走相當(dāng)長的路。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,能源需求還會持續(xù)增長,供需矛盾和資源環(huán)境的制約還將長期存在。

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展,工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,居民消費結(jié)構(gòu)升級換代,能源需求不斷增長,今后一段時期內(nèi),能源消費彈性系數(shù)難以大幅降低,同時油、氣需求的增長將快于煤炭需求的增長。而我國受資源條件的限制,化石能源的開發(fā)維系時間極其短暫。2007年底我國剩余探明可采儲量中,煤炭的儲采比為 69.7;石油的儲采比為 11.3;天然氣的儲采比為 36.9。換句話說,按照目前開發(fā)速度,煤炭至多可用 70年,天然氣至多只能用 37年,而石油至多只能用 11年。傳統(tǒng)化石能源的短缺在今后必將成為我國經(jīng)濟發(fā)展的制約因素,因此從我國經(jīng)濟發(fā)展對能源需求變化趨勢來看,必須堅持節(jié)能和大力開發(fā)可再生能源,而大力開發(fā)可再生能源更是從根本上緩解我國能源供需矛盾的重要舉措。

另外,近年來煤炭價格、國際油價的持續(xù)上漲,致使物價上漲,通貨膨脹壓力巨大,相關(guān)企業(yè)的盈利能力降低,對世界各國尤其是發(fā)展中國家的經(jīng)濟發(fā)展形勢提出了嚴(yán)峻的考驗。而水力資源由于不消耗原材料,運行成本極低,開發(fā)水力資源對緩解我國經(jīng)濟形勢極其有利。

水能在可再生能源中占據(jù)重要地位,理論蘊藏年電量 6.08萬億 kW·h,技術(shù)可開發(fā)年電量 2.47億 kW·h。以技術(shù)可開發(fā)量來看,每年可節(jié)省11.43億 t原煤。由于水力資源是可再生能源,若以100年計,100年可節(jié)約原煤 1143億 t,占剩余煤炭資源的 62.6%。由此可見,開發(fā)水力資源,是滿足我國經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展、保障能源供應(yīng)的有效手段。

3.2 開發(fā)水力資源是優(yōu)化我國電源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)電力可持續(xù)發(fā)展的有效手段

新中國成立以來我國電力取得了快速的發(fā)展,在 2007年我國電力裝機更是突破 7億 kW大關(guān)。電力的快速發(fā)展離不開經(jīng)濟的有力支撐,同時也說明電力為經(jīng)濟的發(fā)展提供了巨大的基礎(chǔ)。從電力、煤炭、原油消費彈性系數(shù)來看,電力消費彈性系數(shù)連續(xù)多年維持在 1.2以上,相比煤炭和石油消費彈性系數(shù)的變化來看,GDP的增長對原煤和電力的依賴程度較高。而原煤中有近一半以上被用于發(fā)電,可見,GDP增長對電力的依賴最為緊密。

參考國外發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟發(fā)展的軌跡,我國在今后很長一段時間內(nèi)電力持續(xù)快速增長的局面不會改變。電力的快速增長需要有穩(wěn)固的能源資源作為供應(yīng),而從目前我國電力構(gòu)成來看,要想實現(xiàn)電力的可持續(xù)發(fā)展是不現(xiàn)實的,2007年我國發(fā)電裝機構(gòu)成中火電比例高達(dá) 77.7%,可再生能源的比例僅為22.3%,可再生能源比重偏低。

造成我國發(fā)電結(jié)構(gòu)不合理的因素很多,其中與因為經(jīng)濟發(fā)展速度的快速增長而導(dǎo)致的電力發(fā)展規(guī)劃不到位有必然的關(guān)系。水電工期相對較長,從前期準(zhǔn)備到工程發(fā)電一般要 7～10年左右的時間;而風(fēng)電等前期工作基礎(chǔ)相對薄弱,大規(guī)模開發(fā)仍需要一定的積累;相對而言火電技術(shù)比較完善,工期也較短,一般為 2～3年左右的時間。由于電力規(guī)劃缺乏預(yù)警機制,在經(jīng)濟發(fā)展超過預(yù)期的情況下,電力矛盾就會顯現(xiàn),這個時候為了快速彌補電力缺口,上火電也成為急功近利的一種表現(xiàn),這是致使我國火電裝機比例不降反升的原因之一。長期這樣下去,電力結(jié)構(gòu)不合理的局面很難被改變。從國外可再生能源的發(fā)展來看,必須優(yōu)先發(fā)展可再生能源,在此基礎(chǔ)上為適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需求再適時適當(dāng)發(fā)展化石能源。

我國應(yīng)制定優(yōu)先快速發(fā)展水電和風(fēng)電的方針,利用豐水期的水電和枯水期的風(fēng)電實施互補,進(jìn)而提高可再生能源的發(fā)電比重。而我國擁有豐富的可再生能源尚未開發(fā),以水能為例,水力資源技術(shù)可開發(fā)裝機 5.4億 kW,2007年僅開發(fā) 1.45億 kW,開發(fā)率僅為 19.7%,與發(fā)達(dá)國家相比相差甚遠(yuǎn)。

我國受季風(fēng)氣候的影響,夏季水多,枯期水少,致使枯水期水電出力不足,在目前的電力結(jié)構(gòu)中,枯水期短缺的電力大部分是由火電來填補的,因此,枯水期電力緊張的矛盾尤為突出。我國西部主要大江大河都規(guī)劃了具有調(diào)節(jié)能力的水庫電站,目的就是提高水電枯期出力,進(jìn)而優(yōu)化電源結(jié)構(gòu),減少煤電裝機。但由于水電站的淹沒相對較大,指標(biāo)相對較差,致使大中型水電的開發(fā)速度偏慢,對改善我國電源結(jié)構(gòu)不利。以大渡河雙江口水電站為例,雙江口水電站建成后,下游電站的枯水期發(fā)電量可增加近70%,補償效益十分顯著。

此外,水電相比火電及風(fēng)電等其它電源,具有調(diào)度靈活、安全可靠的絕對優(yōu)勢,從啟動到滿負(fù)荷出力,或從滿負(fù)荷出力到完全停機,一般只需要幾分鐘的時間。所以,絕大部分大中型水電站一般都在電力系統(tǒng)中處于峰荷和腰荷區(qū)間,承擔(dān)頻繁的調(diào)峰任務(wù)。根據(jù)我國的實際情況,為保障整個電力系統(tǒng)調(diào)度運行的靈活性、安全性和經(jīng)濟性,水電裝機占電力系統(tǒng)裝機的比重應(yīng)該在 1/4左右。隨著人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、工業(yè)化與城市化水平的不斷提高,全國電力需求量持續(xù)快速增長,電網(wǎng)規(guī)模擴大,電力負(fù)荷的峰谷差也不斷拉大,對調(diào)頻、調(diào)峰和填谷的要求也越來越高,這種情況下水電的優(yōu)勢就越來越明顯。

綜上所述,開發(fā)水力資源,尤其是建設(shè)具有調(diào)節(jié)能力的水庫電站是改善我國電源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)電力可持續(xù)發(fā)展的有效手段。

3.3 開發(fā)水力資源是改善生態(tài)環(huán)境惡化、減少溫室氣體排放的重要措施

全球氣候變暖問題已成為未來人類必須應(yīng)對和解決的主要問題。目前的科學(xué)研究已經(jīng)基本確認(rèn),造成全球氣候變暖的主要原因是人類過度使用化石燃料,排放了大量溫室氣體。全球氣候變暖的危害不亞于核彈的威力。而全球氣候變暖,將更適合病原體孳生,瘧疾等傳染病和哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率的增加,同時極端天氣的出現(xiàn)將更加頻繁,洪水泛濫將不時發(fā)生,這將嚴(yán)重影響飲用水安全并削弱大自然的自我清潔能力。為此,世界大多數(shù)國家簽訂了《京都議定書》的減排目標(biāo),并制訂了可行的減排計劃,以減緩全球氣候變暖帶來的危害。在所有排放的溫室氣體中 CO2則是最主要的排放對象。表1列出了世界溫室氣體排放構(gòu)成,由表可見,CO2在溫室氣體排放總量的比例高達(dá) 99.5%左右。

表1 世界溫室氣體排放量

從世界分部門 CO2排放量的統(tǒng)計來看(見表2),交通運輸和電力是主要的排放大戶,2006年電力排放的 CO2所占比例為 39.6%,交通運輸占33.45%?？梢哉f控制 CO2減排的關(guān)鍵應(yīng)是控制電力和運輸?shù)臏p排量?？刂齐娏Φ年P(guān)鍵一方面是加強技術(shù)攻關(guān),提高利用效率,但這不會從根本上減少CO2,只能控制單位千瓦的 CO2排放量;另一方面就是尋找替代能源,在滿足經(jīng)濟發(fā)展需要的同時,以可再生能源、清潔能源來替代火電裝機。

表2 世界分部門 CO2排放量

我國作為世界上主要的 CO2排放大國,在能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中煤炭一直占據(jù)著主導(dǎo)地位,能源結(jié)構(gòu)的不合理也是致使 CO2大量排放的主要原因。電力作為 CO2排放的大戶,無疑是我國節(jié)能減排的關(guān)鍵。

從我國的電源結(jié)構(gòu)來看,清潔能源和可再生能源的比重偏低。在清潔能源和可再生能源中,核電所占比例僅 1.27%,風(fēng)電及其它能源占 0.64%,而水力資源占了 20.36%,水力資源在我國清潔能源和可再生能源中所占比例最大。

從我國水電減排 CO2效果來看,效果十分明顯,2005年水電減排 CO2為 3.77億 t,減排比例達(dá)21.37%,而 2005年我國水電裝機占電力系統(tǒng)的比例僅為 22.7%,可見大力開發(fā)水力資源,提高其在電力系統(tǒng)中的比重,是今后很長一段時間內(nèi)減少CO2排放的最有效手段。

綜上所述,開發(fā)水力資源是滿足我國經(jīng)濟社會發(fā)展、保障我國能源供應(yīng)的重要措施;是優(yōu)化我國電源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)電力可持續(xù)發(fā)展的有效手段;也是改善生態(tài)環(huán)境惡化、減少溫室氣體排放的重要措施。

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