水电在能源发展和结构调整以及在实现可持续发展战略中的重要作用

2011-04-23董新亮余春涛严秉忠夏传清

水电站设计 2011年1期

董新亮,余春涛,严秉忠,谭建,夏传清

(1.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都 610072;2.中国水电工程顾问集团公司北京 100011)

1 我国能源资源构成情况及生产消费现状

我国的水力资源极其丰富,储量居世界第一,而且开发利用程度较低,具有广阔的开发前景。与其它可再生能源相比较,水电能源的开发利用不仅技术成熟、成本低、效率高、电能质量好,且在今后很长一段时间内,水电是改善我国电源结构,减少温室气体排放的重要手段。

2007年底我国煤炭探明储量 3000亿 t,占世界总量的 6.2%;石油探明储量 212亿 t,占世界的4.2%;天然气探明储量 22万亿 m3,占世界的4.5%。2007年底我国剩余探明可采储量中,煤炭为 1825.4亿 t,储采比为 69.7;石油为 20.95亿 t,储采比为 11.3;天然气为 2.56万亿 m3,储采比为36.9。水力资源的理论蕴藏年电量为 6.08万亿kW·h;技术可开发装机容量 5.41亿 kW,技术可开发年电量 2.47万亿kW·h;经济可开发装机容量4.02亿 kW,经济可开发年电量 1.75万亿 kW·h。生物质能总计2.8亿 t(含农作物秸秆、林木剩余物、畜禽粪便、工业有机垃圾等),风能 10亿 kW(其中陆地 2.5亿 kW,海上 7.5亿 kW)。

2007年我国能源生产总量 23.7亿 t标煤,其中原煤占 76.6%,原油占 11.3%,天然气占 3.9%,水电、核电、风电等占 8.2%,在我国能源生产总量构成中原煤仍占居首要位置。

2007年我国能源消费总量 26.55亿 t标准煤,其中原煤占 69.4%,原油占 20.0%,天然气占3.4%,水电、核电、风电等占 7.2%,能源消费结构中仍以原煤为主。在我国煤炭消费构成中,用于发电用煤所占比例接近 50%。

2 能源发展面临的问题

2.1 能源生产迅速增产,生态环境压力明显增加

在我国经济快速增长的驱动下,我国能源生产增长很快,而煤炭增长尤为迅速,近几年其增长速度均高于我国能源生长总量的增长速度。过去 6年我国原煤产量增加了 12亿 t,2007年产量达到 25.4亿 t,约占全球产量的 40%。

由于煤炭的大量开采,与之相关的一系列问题越来越受到关注。其中最为严重的就是 SO2、CO2气体以及烟尘、粉尘等的大量排放,给生态环境带来了巨大的压力。我国 SO2排放量呈连续上涨趋势,至 2006年底达到 2589万 t。

2.2 能源消费以煤为主,能源结构需要优化

改革开放特别是 20世纪 90年代以来,我国能源结构总体上朝着优质化方向发展,煤炭消费占能源消费总量的比重由 1990年的 76.2%下降到 2002年 66.3%,但是近年来,煤炭占能源消费的比重有所上升,2007年达到了 69.4%,而发达国家这一比重平均只有 21%左右,世界平均也仅为 28.6%,我国是名副其实的煤炭生产和消费大国。

3 水力资源在我国能源资源构成中的战略地位

3.1 开发水力资源是满足我国经济社会发展、保障我国能源供应的重要措施

改革开放以来,我国经济取得了飞速的发展,特别是近年来,我国 GDP增长率连续多年维持在10%以上。经济的快速发展离不开能源的支撑。回顾我国经济发展和能源工业发展的历程可以看出,能源紧缺是经济社会发展的重要制约因素。20世纪 50年代以来,我国能源工业从小到大,不断发展,特别是改革开发以后,能源供给能力不断增强,促进了经济持续快速发展。但在经济发展过程中,能源供给不足的矛盾十分突出,往往只要固定资产投资规模扩大,经济发展加速,煤、电、油、运就会紧张,成为制约经济社会发展的瓶颈。到 20世纪 90年代末,随着能源市场化改革不断推进,能源工业进一步对外开放和能源投入的增加,煤炭、电力产能大幅度提高,油、气进口增多,能源对经济发展的制约得到较大的缓解。进入 21世纪以来,能源供求形势发生了新的变化,工业化和城市化步伐的加快,一些高耗能行业发展过快,能源需求出现了前所未有的高增长态势,能源对经济社会发展的制约又开始加大。我国是一个人口众多的发展中国家,达到较高的现代化社会还要走相当长的路。随着经济社会的发展和人民生活水平的不断提高,能源需求还会持续增长,供需矛盾和资源环境的制约还将长期存在。

随着我国经济持续快速发展,工业化、城镇化进程加快,居民消费结构升级换代,能源需求不断增长,今后一段时期内,能源消费弹性系数难以大幅降低,同时油、气需求的增长将快于煤炭需求的增长。而我国受资源条件的限制,化石能源的开发维系时间极其短暂。2007年底我国剩余探明可采储量中,煤炭的储采比为 69.7;石油的储采比为 11.3;天然气的储采比为 36.9。换句话说,按照目前开发速度,煤炭至多可用 70年,天然气至多只能用 37年,而石油至多只能用 11年。传统化石能源的短缺在今后必将成为我国经济发展的制约因素,因此从我国经济发展对能源需求变化趋势来看,必须坚持节能和大力开发可再生能源,而大力开发可再生能源更是从根本上缓解我国能源供需矛盾的重要举措。

另外,近年来煤炭价格、国际油价的持续上涨,致使物价上涨,通货膨胀压力巨大,相关企业的盈利能力降低,对世界各国尤其是发展中国家的经济发展形势提出了严峻的考验。而水力资源由于不消耗原材料,运行成本极低,开发水力资源对缓解我国经济形势极其有利。

水能在可再生能源中占据重要地位,理论蕴藏年电量 6.08万亿 kW·h,技术可开发年电量 2.47亿 kW·h。以技术可开发量来看,每年可节省11.43亿 t原煤。由于水力资源是可再生能源,若以100年计,100年可节约原煤 1143亿 t,占剩余煤炭资源的 62.6%。由此可见,开发水力资源,是满足我国经济持续健康发展、保障能源供应的有效手段。

3.2 开发水力资源是优化我国电源结构、实现电力可持续发展的有效手段

新中国成立以来我国电力取得了快速的发展,在 2007年我国电力装机更是突破 7亿 kW大关。电力的快速发展离不开经济的有力支撑,同时也说明电力为经济的发展提供了巨大的基础。从电力、煤炭、原油消费弹性系数来看,电力消费弹性系数连续多年维持在 1.2以上,相比煤炭和石油消费弹性系数的变化来看,GDP的增长对原煤和电力的依赖程度较高。而原煤中有近一半以上被用于发电,可见,GDP增长对电力的依赖最为紧密。

参考国外发达国家经济发展的轨迹,我国在今后很长一段时间内电力持续快速增长的局面不会改变。电力的快速增长需要有稳固的能源资源作为供应,而从目前我国电力构成来看,要想实现电力的可持续发展是不现实的,2007年我国发电装机构成中火电比例高达 77.7%,可再生能源的比例仅为22.3%,可再生能源比重偏低。

造成我国发电结构不合理的因素很多,其中与因为经济发展速度的快速增长而导致的电力发展规划不到位有必然的关系。水电工期相对较长,从前期准备到工程发电一般要 7～10年左右的时间;而风电等前期工作基础相对薄弱,大规模开发仍需要一定的积累;相对而言火电技术比较完善,工期也较短,一般为 2～3年左右的时间。由于电力规划缺乏预警机制,在经济发展超过预期的情况下,电力矛盾就会显现,这个时候为了快速弥补电力缺口,上火电也成为急功近利的一种表现,这是致使我国火电装机比例不降反升的原因之一。长期这样下去,电力结构不合理的局面很难被改变。从国外可再生能源的发展来看,必须优先发展可再生能源,在此基础上为适应经济发展需求再适时适当发展化石能源。

我国应制定优先快速发展水电和风电的方针,利用丰水期的水电和枯水期的风电实施互补,进而提高可再生能源的发电比重。而我国拥有丰富的可再生能源尚未开发,以水能为例,水力资源技术可开发装机 5.4亿 kW,2007年仅开发 1.45亿 kW,开发率仅为 19.7%,与发达国家相比相差甚远。

我国受季风气候的影响,夏季水多,枯期水少,致使枯水期水电出力不足,在目前的电力结构中,枯水期短缺的电力大部分是由火电来填补的,因此,枯水期电力紧张的矛盾尤为突出。我国西部主要大江大河都规划了具有调节能力的水库电站,目的就是提高水电枯期出力,进而优化电源结构,减少煤电装机。但由于水电站的淹没相对较大,指标相对较差,致使大中型水电的开发速度偏慢,对改善我国电源结构不利。以大渡河双江口水电站为例,双江口水电站建成后,下游电站的枯水期发电量可增加近70%,补偿效益十分显著。

此外,水电相比火电及风电等其它电源,具有调度灵活、安全可靠的绝对优势,从启动到满负荷出力,或从满负荷出力到完全停机,一般只需要几分钟的时间。所以,绝大部分大中型水电站一般都在电力系统中处于峰荷和腰荷区间,承担频繁的调峰任务。根据我国的实际情况,为保障整个电力系统调度运行的灵活性、安全性和经济性,水电装机占电力系统装机的比重应该在 1/4左右。随着人口增长、经济发展、工业化与城市化水平的不断提高,全国电力需求量持续快速增长,电网规模扩大,电力负荷的峰谷差也不断拉大,对调频、调峰和填谷的要求也越来越高,这种情况下水电的优势就越来越明显。

综上所述,开发水力资源,尤其是建设具有调节能力的水库电站是改善我国电源结构、实现电力可持续发展的有效手段。

3.3 开发水力资源是改善生态环境恶化、减少温室气体排放的重要措施

全球气候变暖问题已成为未来人类必须应对和解决的主要问题。目前的科学研究已经基本确认,造成全球气候变暖的主要原因是人类过度使用化石燃料,排放了大量温室气体。全球气候变暖的危害不亚于核弹的威力。而全球气候变暖,将更适合病原体孳生,疟疾等传染病和哮喘等呼吸系统疾病发病率的增加,同时极端天气的出现将更加频繁,洪水泛滥将不时发生,这将严重影响饮用水安全并削弱大自然的自我清洁能力。为此,世界大多数国家签订了《京都议定书》的减排目标,并制订了可行的减排计划,以减缓全球气候变暖带来的危害。在所有排放的温室气体中 CO2则是最主要的排放对象。表1列出了世界温室气体排放构成,由表可见,CO2在温室气体排放总量的比例高达 99.5%左右。

表1 世界温室气体排放量

从世界分部门 CO2排放量的统计来看(见表2),交通运输和电力是主要的排放大户,2006年电力排放的 CO2所占比例为 39.6%,交通运输占33.45%。可以说控制 CO2减排的关键应是控制电力和运输的减排量。控制电力的关键一方面是加强技术攻关,提高利用效率,但这不会从根本上减少CO2,只能控制单位千瓦的 CO2排放量;另一方面就是寻找替代能源,在满足经济发展需要的同时,以可再生能源、清洁能源来替代火电装机。