水電具有明顯的低碳排放特性
2011-05-18新聞來源:中國三峽雜誌
何謂綠色能源
綠色能源一般具有相對低碳排放特性、相對環境友好特性。
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、風能、地熱能和海洋能等。它們具有低碳排放特性、環境友好特性、可持續利用特性等三個特征。
廣義的綠色能源則包括:一是在能源的生產、消費過程中,利用現代技術,開發選用對生態環境低汙染或無汙染的能源,如天然氣、清潔煤(將煤通過化學反應轉變成煤氣或“煤”油,通過高新技術嚴密控製的燃燒轉變成電力)和核能等。二是化害為利,同改善環境相結合,充分利用城市垃圾淤泥等廢物,從中提取的能源。廣義的綠色能源一般具有:相對低碳排放特性、相對環境友好特性。
水電的碳排放與化石能源的碳排放有根本區別
溫室氣體排放本身不是罪過,而是地球生態平衡所必需的正常的現象。
快速的、過量的釋放埋藏於地下的化石能源,是地球溫室氣體排放問題的本質所在。
水電的可持續利用不存在問題。當前,社會各界對於水電綠色能源特性的懷疑,主要是質疑它的低碳排放和環境友好。因此,要闡釋水電的綠色能源特性,也隻需從低碳排放、環境友好兩個方麵進行。
英國著名雜誌《Nature》(《自然》)2007年曾刊載一篇題為“水力發電:溫室氣體的元凶?”的文章。文中說:“水力發電站長期以來被視為清潔能源。但是科學家警告說,熱帶水庫所釋放的溫室氣體可能多於使用化石燃料的發電廠。”
盡管宣布水庫是釋放溫室氣體來源之一的人是頗具權威的專家,但是,我們仍不難發現,這些學者的研究方向存在一些問題。要知道溫室氣體排放本身決不是什麼罪過,而是地球生態平衡所必需的正常現象。所有的動植物都是由碳水化合物構成,動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,是地球生態係統中生命現象的重要特征。每時每刻,地球上各種動、植物都在生長的過程中,進行著碳元素的吸收和排放。
在地球日常進行的碳循環中,森林的覆蓋率會對空氣中的二氧化碳濃度有較大影響。森林中的樹木在生長過程中,通過光合作用,不僅將大量的二氧化碳轉換為氧氣,而且其樹幹、根係本身和周圍的土壤中也會保持大量的有機碳。因此,森林的覆蓋率對地球二氧化碳濃度有較大的影響。
然而,由於受到人類人口膨脹對土地需求的影響,想讓全球森林覆蓋率大幅度提高幾乎是沒有可能的。同時由於人類環保意識的提高和對森林作用的重視,雖然世界局部地區的森林覆蓋率可能會有所減少,但是,總體變化的幅度也不會太大,目前尚不足以構成對整個世界碳循環的巨大威脅。
除此之外,各種動植物體本身都是碳元素的載體。在人類出現以前的遠古時代,由於沒有火的使用,所有動植物死亡之後的軀體最終都被埋藏於地下,形成了現在大量沉積在地殼中的煤炭和石油。經過數億年的演變,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,最後也就形成了近代適應我們人類生存的氣候水平。
在人類的工業化之前,人們還沒有能力大規模開采煤炭、石油。因此,人類活動對地球碳循環的影響是極其有限的。但是,當我們學會了開采利用煤炭、石油這些礦物化石能源之後,現代社會對能源的巨大需求,導致大量的化石能源被燃燒。燃燒不斷產生出二氧化碳和其它溫室氣體,使得原來沉積在地下的碳元素,大量地被釋放到空氣中去。這必然會導致地球大氣中的二氧化碳等溫室氣體含量急劇升高,帶來強烈的溫室效應,可能會產生溫度增高、冰山融化、海水上漲、淹沒大陸、氣候環境變化異常等一係列可怕的後果。
最近美國《科學》雜誌刊發的一篇研究報告也指出:如果人類將地球上所有的礦物資源耗盡,大氣中二氧化碳的含量將增加到3億年前古生代晚期時2000ppm的水平。科學研究證實:快速的、過量的釋放了埋藏於地下的化石能源,就是地球溫室氣體排放問題的本質所在。為此,我們必須改變現在快速把幾億年以前就已經不參與碳循環的地下碳源(礦物能源)不斷釋放出來的趨勢。目前,全世界公認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,除此之外似乎還沒找到更好的解決途徑。這也是全球需要製定和實施《京都議定書》的原因和目的。
沒有必要過分擔心水庫的甲烷排放問題
水庫淹沒將釋放甲烷氣體的現象,就好像沼氣發酵。
甲烷在自然界中長期保存的幾率不大。
2008年,路透社《中國188體育官網app 或許成為全球變暖的定時炸彈》的文章,引起了人們對水庫溫室氣體排放問題的關注。的確,目前溫室氣體引起的全球變暖,是全人類所麵的臨最大難題,應該引起高度重視。然而,越是重要的問題,就越應該慎重對待。
關於水庫淹沒將釋放甲烷氣體的現象,就好像沼氣發酵。但是,路透社的文章所說的“如果一個國家的水力發電能力增長一倍,其釋放甲烷氣體的量也將增加8%”的說法,絕對是不可能成立的。因為,甲烷氣體並非隻有水庫才排放,每一個國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,聯合國糧農組織報告養牛業大量排放甲烷的問題),再加上每個水庫溫室氣體的排放與水庫所處的緯度(類似沼氣製造中的溫度作用)關係極為密切,因此,我們可以明確的肯定這種定量研究的結論,隻能針對某些特別的國家或者地區,不可能具有普遍意義。
此外,關於甲烷的溫室氣體作用要比二氧化碳高出若幹倍的警告,也不夠全麵。首先,至今我們還不能非常確切地解釋溫室氣體產生的全部機理,對於溫室氣體造成的危害的認識不夠全麵。因為人類對地球空間的認識還有很大的局限性。我們還不能肯定某些實驗條件下得到的結論,是否完全反映了地球大氣的實際情況。再者,甲烷是一種可燃氣體,在自然界中的狀態極不穩定,燃燒後將會與氧氣結合產生二氧化碳,甲烷在自然界中長期保存的幾率不大。溫室氣體作用長期影響的因素,最終可以統一歸納為大氣成分中的碳含量,並以考慮其中最為穩定的二氧化碳含量為主。所以,從宏觀的層麵上看,我們不必過分關注所排放溫室氣體的種類,以及其可能產生的全球溫室氣體效應的差別。
水庫蓄水時的一次性碳釋放與其長期效益相比,可以忽略不計
水庫屬於人工濕地,其本質與天然濕地沒有什麼差別。
一般情況下,人造濕地(水庫)會比天然濕地造成的溫室氣體排放更小。
水電的溫室氣體排放高於火電的說法,更是一種邏輯上的錯誤。水庫屬於人工濕地,其本質與天然濕地沒有什麼差別。所有濕地都會有溫室氣體的排放,這是幾萬年來濕地參與地球生態係統碳循環的一部分。即使我們現在為了解決天然水資源的時空分布不均的矛盾(同時包括發電獲取水能資源),需要有建造很多水庫,但是,水庫這種人造濕地的出現,相對由於近代人類的社會化活動造成的濕地麵積縮小,並沒有從總體上改變地球表麵的濕地麵積下降的趨勢。
濕地是維持地球生態係統平衡的重要組成部分,素有地球之腎的美譽。濕地具有滋潤養育動植物的重要作用,其功能既能夠幫助濕地周圍的植物把二氧化碳轉化為氧氣,也有可能會由於季節或水位的變化,把某些植物淹沒在水中,產生一定的溫室氣體。類似南美的熱帶雨林遭遇洪水後被淹沒在水中,釋放出大量的溫室氣體的現象,在自然界中並不算少。相反,巴西的那種人造水庫造成的熱帶雨林被淹沒的情況反倒是極其罕見。因為,水庫的淹沒是人們有意識的行為,大多數情況下,人們都會在蓄水前盡可能的清理庫區,減少未來水庫水體中的雜質。因此在一般情況下,人造濕地(水庫)會比天然濕地造成的溫室氣體排放更小。
關於水庫會釋放二氧化碳的問題,也是出於對生態學的誤解。任何土地都會釋放二氧化碳,隻有有機質含量很低、微生物活動微弱的冰原、裸岩和荒漠的二氧化碳釋放速度相對低些,因此單獨強調二氧化碳釋放速度是沒有意義的,真正對生態環境產生影響的是二氧化碳的淨釋放速度。從這一點說,成熟的原始森林對控製全球變暖是無用的,因為成熟的森林生態係統光合作用與呼吸作用相等,二氧化碳的淨吸收速度基本為零。
將水庫和火電站釋放二氧化碳等同起來,實際上是混淆了兩種不同類型的碳釋放。在森林區修建水庫,由於淹沒土地上每公頃森林中可能儲存著的幾百噸有機質,這些林木在水下慢慢腐爛,可能產生大量的二氧化碳,但這是可以通過清庫避免的。即使水庫有碳釋放,但這種碳釋放也是一次性的,和火電不同。因為質量守恒是化學的最基本原理,當被淹沒植被腐爛殆盡後,水庫就不會有二氧化碳淨釋放,水庫即使有二氧化碳釋放也隻存在於蓄水的前期,這與火電廠隻要工作就有大量的二氧化碳不斷持續釋放是不同的。
“水庫每千瓦小時電力所產生的溫室效應與燃煤火電廠基本相等”缺少科學依據
大型水電站應該與小水電一樣,享有清潔的可再生能源的地位。
水庫和發電功率問題根本沒有可比性。
幾年前,曾有文章如《大壩經濟學》(美國Mc Cully, P.著,周紅雲等譯,中國發展出版社出版)說:“有機物在分解過程中大量消耗水體中的氧氣,產生大量二氧化碳並
排放到大氣中,形成溫室效應。巴西一座名叫土庫魯衣的水庫建成後,對其6年的連續監測表明,在此期間該庫共排放了945萬噸二氧化碳和9萬噸甲烷,其對溫室效應產生的影響約相當於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後的3年中,共排放了2375萬噸二氧化碳和4萬噸甲烷,其產生的溫室效應影響比同等電力的燃煤電廠還要多出20%。加拿大一個淡水研究所對兩個大型水庫的研究表明,其中一座水庫每千瓦小時電力所產生的溫室效應方麵影響,與一個燃煤火電廠基本相等。”
即使我們不考慮上述資料中實測數據的可信度。實際上,所謂水庫和發電功率的問題根本就沒有可比性。有的水庫有幾十億的庫容也可能沒有裝機,有的水電站幾乎沒有水庫,比如葛洲壩水電站(裝機270萬千瓦)就是徑流式電站。所以,要說“水庫每千瓦小時”可能是一個從零到接近無窮大的變量,隻能具體針對某一個特定水庫才有意義。排放比較的結果也隻適用於那個特定的水庫和電站,離開了那個水庫就沒有意義了。這種比較的百分數根本說明不了什麼問題。隻有在水庫很大,而水電站裝機很小的時候,才可能會出現文章敘述的情況。如果僅僅根據這種極為少見的特例,就推論出“其產生的溫室效應影響比同等電力的燃煤電廠還要多出20%”和“一座水庫每千瓦小時電力所產生的溫室效應方麵影響,與一個燃煤火電廠基本相等”可以說完全是一種詭辯性的誤導。
為了否定水電的清潔性,國內外很多媒體的宣傳都大量的引用這段關於水電產生溫室氣體的敘述,可是所有引用者似乎都沒注意到,就在這本書的同一章節裏,作者指出“這個結論不能隨意推廣,因為不同的水庫和發電站發電量之間沒有一定的比例關係,其誤差可能達到8萬倍”。
這種水電的溫室氣體排放與一個燃煤火電廠基本相等的說法,有極大的殺傷力。它直接影響人們對大型水電是清潔能源的定義。上個世紀90年代,這種誤導曾經迷惑了不少國家。甚至聯合國的有關機構也曾多次爭論過水電的清潔性問題。2002年世界可持續發展高峰會議之前,聯合國可持續發展委員會也一直把大型水電與小水電區別對待。1997年,世界銀行委托國際上著名的反壩組織“世界水壩委員會”對全球125座大型水壩進行調查。盡管有的調查案例確實反映出水庫淹沒前後溫室氣體的排放會有所增加,但是,調查承認,這與不同水庫所處的地區和淹沒前的清理工作有關。最後,該組織2000年提供的最終調查結論已經將大壩的這一“罪狀”排除在外。
2002年在南非約翰類斯堡舉行的聯合國可持續發展委員會的高峰會議上,根據該調查報告和非洲國家的強烈要求,通過激烈的辯論,會議最終明確了大型水電站應該與小水電一樣,享有清潔的可再生能源的地位。此後,在日本京都舉行的《第三屆世界水論壇》的部長級會議上,170多個國家的部長或代表團團長通過的“部長宣言”再一次明確:“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”。
水庫排放的數量是有限的,根本不會出現排放量很大持續時間很長的情況,而且,實際排放會隨著時間的推移逐漸遞減為零。
另外,從定性分析來看,水庫淹沒產生二氧化碳的主要來源隻是殘留在水庫中的有機物(按照要求,蓄水前都應該進行清理),這種情況即便在天然濕地中也會發生,其最高排放極限也不過是把所有有機碳水化合物中的碳元素,全部轉化為二氧化碳。有些資料中強調熱帶地區的水庫溫室氣體排放嚴重,還有些資料中又強調寒冷地區的水庫溫室氣體排放將持續很長的時間。但是,把這兩個結論結合到一起強加給水庫就有問題了。實際上熱帶地區的水庫由於氣溫高,植物分解腐化快,短時間內的排放量必然會加大。而寒冷地區的氣溫底,水庫中的植物不易分解,所以,單位時間內的排放量較小,但是持續時間會很長。總之,可以肯定的說,水庫排放的數量必定是有限的,根本不會出現排放量很大持續時間很長的情況,而且,實際排放會隨著時間的推移逐漸遞減為零。這與依靠不斷的輸入原料進行燃燒,產生大約煤炭數量2.5倍的二氧化碳的火電廠相比完全是兩種不同性質的排放。兩者之間根本不具可比性。比較的結論完全是一種用特定時間、特定環境的特例代替一般情況的欺騙性宣傳。那麼,這種水電排放高於火電的特例,在實際中的可能性到底有多大呢?全世界的情況我們不好下結論,但是從中國的情況看,根據中國水利部部長的報告,一例都沒有。
自然狀態下的碳排放量,不論其大小,都為地球生命係統所必需。隻有那些把幾億年來沉積於地下的礦物化石能源過量燃燒的行為,才會打亂目前地球生態係統的碳循環,增加大氣中的碳濃度,造成地球的溫室效應。
任何探索溫室氣體排放的研究工作,都應該首先保證在大方向上正確。數萬年以來的人類社會發展已經證明,地球的自然生態係統本身的正常碳循環是平衡的。自然狀態下的碳排放量,不論其大小,都為地球生命係統所必需。隻有那些把幾億年來沉積於地下的礦物化石能源過量燃燒的行為,才會打亂目前地球生態係統的碳循環,增加大氣中的碳濃度,造成地球的溫室效應。
工業化以來,全球水電的開發應用是減少世界溫室氣體排放的最大功臣。盡管目前一些發達國家的水電資源幾乎開發殆盡,已經進入大規模發展風能、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,也大都以風能、太陽能、生物質能為主。但是,事實上由於受到技術水平和能量密度的局限,水電仍然是當前最有效率、最起作用的可再生能源。在發電領域內,目前全球可以利用的其它所有形式的新型可再生能源量的總和,恐怕還與水電的作用相差一個數量級。這就是世界的現實,而且這種局麵在短期內不可能被改變。因此,在一些發展中國家還有很多水能資源等待開發的情況下,某些不科學、不客觀的水庫溫室氣體評價,阻礙了水電的開發應用,不僅會誤導公眾,而且還將對全球的溫室氣體減排產生極為不利的負麵影響。