水電是節(jié)能減排的金鑰匙

本文系清華大學退休教授趙南元在巴黎氣候大會之后所作，其主要觀點：相比風電和光伏發(fā)電這類“劣質電”，調峰成本最低的是水電，水電是節(jié)能減排的金鑰匙。各國資源稟賦不同，不能盲目借鑒他國經驗，我國只要充分開發(fā)水電，就能打破減排的困局，而實現的關鍵則在于破解“水電破壞生態(tài)”的魔咒，識破萬物有靈論等人文生態(tài)學的弊害，使水電得以順利發(fā)展。作為水電人，您是否認同這樣的觀點？本刊歡迎您進行點評，歡迎發(fā)表您的見解。

減排任重道遠

巴黎氣候大會規(guī)定了減排目標是氣候變暖不超過2攝氏度，中國作為世界第一的二氧化碳排放大國首當其沖。有人說如果全球氣候變暖達到2攝氏度，則由于兩級冰蓋融化海平面上升，將導致上海街道淹水，變成威尼斯。人類活動造成地球暖化已經是科學界的主流意見，雖然仍有少數人發(fā)出質疑，畢竟天氣預報遠不如月蝕預報那樣令人信服，但是減排的重要性并不會因此受到影響。因為減排還有另一個理由，那就是化石能源不可再生，存量再多也是有限的，終歸有一天會用完。我國資源最豐富的煤炭，據說可采儲量10000億噸，按照每年開采50億噸計算，還可以開采200年。對于人生而言，200年太漫長，但是在歷史的長河中，200年只是短短的一瞬。節(jié)省化石能源，讓未來的人還有化工原料可用，是造福千秋萬代的大好事。

為什么會棄風棄電？

只要不想倒退到原始社會，減排的唯一途徑就是發(fā)展可再生能源。現在備受矚目的可再生能源是風電和光伏，近年來國家下大力氣發(fā)展，給出了強有力的財力和政策的支持，甚至發(fā)生了“產能過剩”，出口被人反傾銷的現象。產能上去了，應用方面卻不順利，發(fā)出的電力被白白扔掉一部分：

2012年，中國風電裝機容量增加了13ＧＷ，發(fā)電量增長首次超過煤電。與此同時，中國風電的“棄風”量也在這一年打破歷史紀錄，全國“棄風”電量達208億千瓦時，“棄風”率約17%。

近日，中國風能協會副理事長施鵬飛在接受記者采訪時表示，電網的接入、傳輸和消納仍是我國風電發(fā)展的主要瓶頸。電網的接入、傳輸在技術上并不困難，我國電力的遠距離傳輸技術居世界領先地位，只要在建設風電場時注意規(guī)劃輸電線路即可。真正的困難在于消納。

要理解消納的困難首先要知道風電和光伏發(fā)電的特點。眾所周知，風電是有風才能發(fā)電，風停了就沒電了；光伏是有太陽才能發(fā)電，陰天或夜間就沒電了。而且人類還沒有呼風喚雨撥云見日的本領，只能聽任這些電想來就來想走就走。要用時沒有，不用時來了只好扔掉，直接用這樣的天然供電當然是不靠譜的。借用阮次山描述優(yōu)質石油時所用“甜油”這個詞匯，我們可以稱這種劣質電為“苦電”。

要想消納這些“苦電”，就要依靠電網的調峰能力。一般電網都具有一定的調峰能力，以適應負荷隨時間的變化，但是一般的發(fā)電廠調整發(fā)電量都會造成一定的損失，所以調峰不是沒有成本的，這就是峰谷電價的來歷，在總體負荷較小，電力富余時（例如夜間）降低電價，可以鼓勵人們在此時多用電，減少調峰的損失，即使電價低些還是劃得來的。在負荷波動不大時，調峰損失還可以忍受，但是如果負荷波動太大，損失是發(fā)電廠是難以承受的，這也就是風電被棄電的根本原因。

前些日子看央視2頻道周日深夜的一個節(jié)目，就談到了可再生能源的調峰問題，一群業(yè)界精英人士向一位德國專家討教克敵良策，德國專家的訣竅就是做好預測，據他說德國現在預測天氣的準確度達到90%以上。凡事預則立不預則廢，提前準備好，風停了又沒太陽時開啟常規(guī)的發(fā)電廠，不至于手忙腳亂。其實諸葛亮借不來東風，只是預測何時刮東風確實有兩把刷子。

請德國專家來有他的道理，畢竟德國在運用風電和光伏方面在世界上遙遙領先，可再生能源發(fā)電量占比30%以上，而且曾經創(chuàng)造了可再生能源峰值功率占比接近80%的紀錄。但是中國畢竟不是德國，資源稟賦差別甚大，如果真的按德國人的方法干，那可就虧大發(fā)了。德國目前的核電較多，而中國主要是燃煤火電，核電和煤電都用蒸汽輪機，蒸汽輪機的啟動需要時間預熱，所以在需要預測方面并無不同。但是火電的調峰成本遠高于核電，沿用德國的熱電調峰方法得不償失。實際上調峰成本最低的是水電，而且不需要預測，德國為什么不用呢？道理很簡單，德國水能資源太少，發(fā)電占比估計在1%左右，根本背不動50%以上的風電和光伏，核電是次優(yōu)之選。而中國的水能資源得天獨厚，居世界第一位，調峰重任非水電莫屬。起動汽輪機需要預熱24小時以上，起動水輪機只需要水閘門開啟的時間，預測也就意義不大了。當然，將來如果中國核電發(fā)展多了，用核電調峰也是一個次優(yōu)的選項，但是現在中國核電肯定是不夠用的。

各種能源發(fā)電的比較

為了更深入討論這個問題，作為預備知識，先比較一下各種發(fā)電方式的優(yōu)缺點。

火電：初始建設成本最低，運行成本最高，調峰成本最高。

核電：初始建設成本較高，運行成本較低，調峰成本較低。

水電：初始建設成本最高，運行成本最低，調峰成本最低。

綜合發(fā)電成本每千瓦時：水電 0.3-0.4元，火電0.4- 0.5元，風電 0.6元，光伏 1.0元。核電成本應該比火電略低，但是由于保障安全的費用逐步升高，綜合成本也可能高于火電。

水電的三種運行方式：

單純發(fā)電： 普通水電站一般采用這種方式運行，裝機容量視平均來水量而定。以三峽為例，裝機容量32X70+10=2250萬千瓦，如果滿負荷運行，一年8760小時發(fā)電1971億千瓦時，實際年發(fā)電量在1000億千瓦時左右，這是受實際水量限制的。這種水電站往往肩負其他功能，例如防洪、抗旱、航運、供水、上下游水位控制等，這就使得這類水電站有時會犧牲電網調峰功能，滿足其他功能的需要，調峰只能在其他功能限制下進行，不可太任性，調峰能力不強。

發(fā)電調峰：如果要求水電站有較大的調峰能力，需要減少其他功能的需求，增加數倍的裝機容量。上述三峽的裝機容量是平均值的2倍，這種電站可以加到3-5倍，這樣其輸出功率可以在0-3或0-5倍平均功率的范圍自由調整，滿足電網調峰需求。

發(fā)電蓄能：如果需要水電站具備更大的調峰能力，能儲存電網的多余電力，可以讓水電站兼有抽水蓄能電站的功能。最理想的做法是建設一連串的梯級電站，各水庫首尾相連（否則無法把下一級水庫的水抽到上一級水庫中去），進一步加大裝機容量，而且水輪機都采用可以兼做水泵運行的機種。這種梯級電站比起一般的抽水蓄能電站，由于庫容大得多，功率也大得多。其蓄能的能力也是一般抽水蓄能電站所望塵莫及的。

橫斷山區(qū)梯級蓄能水電站設想

為了大幅度增加電網調峰能力，消納風電和光伏這些苦電，需要超大功率和超大容量的甜電——梯級蓄能水電站。我國最適合建設這種水電站的地點就在橫斷山區(qū)，這里是我國水能資源最豐富的地區(qū)，同時人口稀少，產業(yè)不發(fā)達，移民成本低，目前開發(fā)程度還很低，缺點是遠離用電地區(qū)，這個缺點可以靠特高壓遠程輸電技術解決。

橫斷山區(qū)的特點是南北走向的山脈夾著幾條江河：怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河、安寧河等，水量和落差都很大，地形非常適合于建造首尾相連的水庫，構成成批的發(fā)電蓄能電站。原有的首尾不相連接的水庫，也可以在其間增建一個或數個水庫使其相連。這樣的水電站集群建成之后，將極大增強我國的電網調峰能力，足以消納現存乃至未來的風電和光伏這些苦電。

一箭四雕

橫斷山區(qū)梯級蓄能水電站的建設，綜合效益非常之大。

首先，實現減排。2014年我國發(fā)電量5.54萬億千瓦時，其中水電只有約1萬億千瓦時，僅占不到20%，如果橫斷山區(qū)水電集群建成，則可以使我國水電發(fā)電量翻倍，接近2萬億千瓦時。而且由于電網調峰能力的增強，風電消納問題得以解決，可以與水電同步發(fā)展，我國蘊藏的風電資源每年2.3萬億千瓦時如果最終全部開發(fā)出來，加上新增水電就是3.3萬億千瓦時，每年可以減少煤炭消耗10億多噸，少排放近40億噸二氧化碳。如果再加上光伏，5.54萬億千瓦時幾乎可以不再需要燒煤發(fā)電，減排效果十分可觀。雖然今后幾十年發(fā)電量還會不斷增加，至少2030年達到峰值之后逐步減少碳排放是不困難的。減排不僅有長遠的控制氣候變暖的效果，更有克服霧霾的近期效果，不能不說是拖延不得的事。

其次是保增長。目前正值經濟增長下行壓力增大，保增長成為重要任務。水電的最大缺點就是初始投資巨大，目前的經濟形勢下這個最大缺點反而成了最大的優(yōu)點。投資對拉動增長有立竿見影的效果，而對于投資的最大擔心就是回報是否可靠。目前樓市銷售不暢，庫存較多，交通外部效益大，但回本不易，唯有投資水電是穩(wěn)賺不虧的。以溪洛渡水電站為例，工程總投資：792億元，年發(fā)電量571.2億千瓦時，以每千瓦時0.2元計算，年產值114億元，十年還本付息毫無懸念。其后的發(fā)電成本就微乎其微了，例如新安江水電站建成50年，平均下來的發(fā)電成本是0.44分/度。難怪有人說，一座水電站就相當于一臺巨大的印鈔機。因此，加快水電站的建設速度，近期可以增加投資保增長，遠期經濟效益更是造福萬代。一座水電站投資近千億元，橫斷山區(qū)數十座水電站總投資數萬億，其投資力度足以保持我國GDP穩(wěn)定增長，加大水電建設速度，保七保八都是有可能的。

第三是消化過剩產能。房地產市場的低迷，導致水泥和鋼材這些產業(yè)產能過剩，價格下跌，經營陷入困境。水電站建設是水泥和鋼材需求的大戶，一旦開始大規(guī)模興建水電站，產能過剩問題將迎刃而解，而且趁此原材料價格低迷時期實施建設，還可以大大節(jié)約成本，提高投資效益。有效生產力不會遭到破壞，又節(jié)約了建設成本，對雙方都是好處?，F今我國的城市化進程才走到一半，人均鋼產量只有日本的一半，人均鋼鐵積蓄量也才達到發(fā)達國家的一半，正值“先帝創(chuàng)業(yè)未半”的當口，此時揮刀對著來之不易的產能大殺大砍，決非明智之舉。

第四是有利于扶貧攻堅。十八大提出了全民進入小康，使得最后七千萬人口脫貧的艱巨任務，而橫斷山區(qū)又是少數民族眾多的貧困地區(qū)。興建水電站一方面可以通過移民改變貧困面貌，留在當地的人也可以用上電力炊事取暖，不僅不必再繼續(xù)砍柴破壞植被，還可以參與庫區(qū)植樹造林恢復生態(tài)，從而獲得收入實現脫貧，水庫養(yǎng)殖也能致富，這些都大有助于扶貧攻堅。

破解魔咒

建設水電站這個利國利民的大好事，過去十幾年間卻在重重阻力之下躑躅前行，究其原因，還是思想陷入了誤區(qū)，很多人的認識被賣拐的忽悠瘸了。這個忽悠人的魔咒就是所謂的“水電破壞生態(tài)”。

“水電破壞生態(tài)”和“轉基因不安全”是兩個最大的魔咒，與“手機基站輻射影響健康”這樣的小魔咒相比，其影響力要大得多，社會危害和造成的損失也要嚴重得多。這兩個魔咒都是靠海量的謠言造勢獲得了社會影響力。這些謠言都很容易駁倒，但是逐一駁斥起來其篇幅足以構成一本厚書，非本文可以容納的。揚湯止沸不如釜底抽薪，如果能抓住關鍵，一句話就可以說清楚。對于“轉基因不安全”，我們知道“一切轉基因育種所得到的品種，都可以用突變選擇這樣的常規(guī)育種方法獲得，所以區(qū)別轉基因和非轉基因毫無意義。”（參見拙文《轉基因與圖靈機》 對于“水電破壞生態(tài)”也只需一句話：“你聽說過湖泊破壞生態(tài)的說法嗎？水庫只是人造的湖泊而已，不可能破壞生態(tài)。”

建造水庫把河流變成了湖泊，二者的生態(tài)肯定不同，生態(tài)發(fā)生了改變，如果是變壞了，才可以說是“破壞”，如果是變好了，那就是“改善”。湖泊和河流的生態(tài)作用不同，二者缺乏可比性，如果一定要比，可以找一個單個參數來比，例如生態(tài)容量。顯然湖泊的生態(tài)容量大于河流，水庫的漁獲量遠遠大于原來的河流。從這個角度看，水庫的生態(tài)優(yōu)于河流，修建水電站是改善而非破壞生態(tài)，例如新安江水電站大壩后面的千島湖就是個生態(tài)環(huán)境優(yōu)良的旅游勝地。北京的觀鳥圣地也都在水庫周邊，今冬，在北京消失了70多年的小鳥——栗斑腹鹀多次在密云水庫被發(fā)現。這種鳥目前在全球僅存不到1000只，是世界上最珍稀的鳥類之一。

在一些偽環(huán)保分子看來，人工改變所造成的新生態(tài)一定不如原有的自然生態(tài)，在激流中生存的魚類要比靜水中的魚類價值高，就像《動物莊園》中所說的：“所有的動物一律平等，但是有些動物比其他動物更加平等。”這種看法的分歧實際上反映了東西方世界觀的分歧。在西方人看來，世界和人都是上帝造的，仁慈的上帝造了人也為他們準備了伊甸園這樣優(yōu)越的生活環(huán)境，人類自作主張偷食禁果才被逐出幸福的家園，上帝也規(guī)定了人該吃什么不該吃什么，并且預先準備好了這些物種。中國人的世界觀于此相反，老子曰“天地不仁,以萬物為芻狗”，盤古開天辟地女媧造人之后沒有任何關照和指示，要靠燧人氏有巢氏神農氏自行創(chuàng)造生存的環(huán)境。如果人造的真的不如天然，人類又何苦辛勤地改造自然呢？生命起源之后，原始的藻類把地球上原有的還原性大氣改變成了氧化性的大氣，才有了后來人類誕生的可能。人類從狩獵采集發(fā)展到放牧農耕，創(chuàng)造了大量栽培作物和飼養(yǎng)動物的新品種，徹底改變了地球的生態(tài)環(huán)境，才有能力在多次的滅絕危機中得以幸存。

關于生態(tài)學的種種錯誤思潮，感謝劉夙博士推薦了兩篇文章。文章對于與生態(tài)學有關的種種價值觀錯亂，及其哲學基礎和來龍去脈分析得十分透徹，可以使我們了解錯誤的生態(tài)觀念之起源和變遷史，知道它們錯在什么地方，知道“讓河流自由流淌”的口號是基于萬物有靈論和西方生態(tài)主義的產物。只有打破這些“人文生態(tài)學”的錯誤價值觀泛濫所產生的魔咒，利國利民的水電事業(yè)才能順利發(fā)展。

光伏發(fā)電

我國風電資源蘊藏量有限，和水電相加不到每年5萬億千瓦時，以目前的發(fā)電量看，占比已經相當高了，現有的大部分火電廠可以處于備份狀態(tài)。從長遠的規(guī)劃看，2050年我國的年發(fā)電量要超過10萬億千瓦時，可再生能源占比只有40%左右，如果需要進一步減排，加大可再生能源比重，風電水電達到了資源極限，只能借助光伏的力量。

我國陽光資源主要在西部，特別是青藏高原最佳。西藏面積120萬平方公里，拿出1/10的面積用于光伏發(fā)電，即可滿足每年5萬億度，完全取代煤電的需求。而且西藏靠近橫斷山區(qū)，距離蓄能地區(qū)較近，這些都是優(yōu)勢。遺憾的是，光伏的年發(fā)電小時數比風電低很多，對蓄能的要求更加嚴苛，即使是橫斷山區(qū)梯級電站群，要背起如此之大的光伏發(fā)電量也是很困難的。對此只能走一步看一步，逐步建設光伏電站，到背不動為止，至少每年1萬億度還是有希望的。也寄希望于核電發(fā)展，作為調峰的助力。

總之，只要充分開發(fā)水電，就能打破減排的困局，而實現的關鍵則在于破解“水電破壞生態(tài)”的魔咒，識破萬物有靈論等人文生態(tài)學的弊害，使水電得以順利發(fā)展?，F在少燒掉一噸煤炭，就給子孫后代留下一噸，現在不利用的水能，每天都是“逝者如斯夫”，一去不復返。