水力发电是我国能源革命电力转型的安全保障

张博庭

(中国水力发电工程学会，北京 100044)

2021年11月召开的COP26认为，近年来世界各国在落实《巴黎协定》的减排承诺方面，虽然取得了不小的成绩，但距离全球要把温升控制在1.5℃之内的目标，还有很大的差距。各国必须加速能源转型，尽快让化石能源退出历史舞台。目前，100%的使用可再生能源，被认为是最可行的碳中和方式之一。因为，零碳的电力供应，是社会实现碳中和的前提。

1 零碳的电力是碳中和的前提

各国实现碳中和的前提，是首先要实现零碳的电力。因为，从可持续发展的角度看，未来人类能源的来源，只能是可再生能源。况且，自然界中的可再生能源也非常丰富，科学家们保守的估计，大约是目前全球所用能源总量的三千多倍，足以满足人类的生存和发展。当前人们获得可再生能源的最有效方式，主要是发电。所以，人们只有先实现了零碳的电力供应，再通过不断地扩大电能替代，逐步解决交通、建设、冶金、化工等领域的碳排放，才能最后实现碳中和。

也有人认为：即使电力不能实现零碳，还可以通过其他碳汇，实现电力的碳中和。但是，要知道，目前人类社会的电气化水平只有30%左右。未来要实现全社会的碳中和，即使实现了零碳的电力，还有要逐步替代60%以上各种化石能源的艰巨任务。 因此，如果连电力都不能做到零碳，如何替代其他各领域的化石能源？况且，在其他领域，几乎不可能替代全部的化石能源，所以，需要创造一定的碳汇来实现碳中和。

总之，如果一个国家的电力都需要碳汇的平衡才能做到零碳排放，那么整个社会的碳中和几乎是不可能的。所以，实现碳中和社会的前提，是实现100%的由可再生(初期至少是非化石)能源供电。

1.1 水电是可再生能源的主力军

从2020年全球各种发电构成比例可知，水能仍是最主要的可再生能源，总量接近风光发电总和的二倍。水能不仅是当前最主要的可再生能源来源，而且还是风、光等间歇性能源入网的最重要的保障。尤其是水能中的抽水蓄能，是在当前化学储能技术还不成熟的情况下，人类能源转型的基础保障。因此通常认为：水电是能源革命的主力军，风能是第二梯队，太阳能是决胜力量[1]。

此外，水、风、光发电的特征也存在着很强的互补性。其中的水电通常是可以人工调控，是能够让风、光的发电满足电力负荷的保障。只可惜自然界中的水能资源太少，所以，各国水能资源的大小，往往是决定其能否顺利实现100%的由可再生能源供电的一个关键因素[2]。

根据各国的国情，国际上众多权威能源研究机构都预测，多数国家都可以在2050年实现100%的由可再生能源供电。这不仅在技术上可行，而且经济上最优[3]。在这项研究预测中，各国水能的情况至关重要。

1.2 中国的可再生能源资源极为丰富

由于青藏高原的存在，我国水、风、光资源都比较丰富。高原的地形构成了丰富的水、风、光能源资源，尤其是我国的水能资源，世界储量第一[4]。

目前我国不仅各种可再生能源发电技术、成本，都走在了世界的前列，而且输电技术也是全球领先。所以，我国的资源禀赋和条件，是世界上最具有实现碳中和优势的[5]。不过，我们的能源转型与国外的路径有所不同。国外通常是高碳-低碳-零碳，需要经历三个阶段。而我们则可以直接从高碳过度到零碳。因此，我国减碳的道路与国外相比，似乎是起步相对困难，但却比较容易实现碳中和。

2 丰富的水能让我国具备了实现双碳条件和可能

2.1 由于退煤电，我国曾一度实现了碳达峰

其实，我国早在2013年曾经一度实现了碳达峰[6]。其原因，就是因为2009年我国的煤炭价格的高企，国内的煤电行业普遍出现了成本倒挂的严重亏损，不愿意再新建煤电厂。所以在2009年“十二五”前夜，能源电力行业几乎非常一致的把满足社会电力需求增长的希望寄托在了水电、核电和风电上(当时的光伏发电成本还非常高)。为此，我国曾要求“十二五”期间水电的新开工量达到1.2亿kW。尽管后来我国的核电发展规划，由于日本福岛的311地震事故而搁浅。但是，仅仅是当时大力发展的水电和风电，就已经连续多年满足了我国社会电力需求的增长。

遗憾的是，2011年前后煤炭行业出现了严重的产能过剩，煤价出现大幅的下跌。煤电企业的利润大增，新建燃煤电厂的积极性重新高涨。再加上2014年中央审批权下放，各地新建的燃煤电厂建设规模严重失控。最终导致社会新增的电力需求的份额，几乎完全都被煤电夺回。结果我国的碳排放量从2017年之后，重新恢复增长。

2.2 “先立后破”不应“只立不破”

从2013～2017年，在“先立后破”的思想指导下，电力产能已经出现了严重的过剩。不仅煤电机组运行小时数屡创新低，而且，弃水、弃风、弃光(三弃)严重。最多时每年弃水的损失已经超过千亿kWh[7]。风电的弃风程度，有些地方最多时已经接近50%。这时候，非但没有采取任何“后破”(退煤)的举动，反而是继续加码建设煤电。最后的结果只能是可再生能源不得不给煤电让路。到2015年前后我国通过全国性大规模的“三弃” 终于压制住了我国可再生能源快速大发展的良好势头。结果使得风电的年新增装机，从最高的年份4千多万kW，猛跌到1千多万kW；一些年份水电的投资和年新增发电量，比最高峰时下降了90%左右。

包括某些一刀切的拆除小水电的歪风，也是从2015年刮起来的。后来居然出现了很多保留水库大坝只拆发电设备的怪事。这到底还是不是因为小水电破坏了生态？难道还看不清楚吗？相比之下，美国为了能履行巴黎协定，正在规划给数万座原来没有发电功能的水库大坝，加装发电设施[8]。这里难道会没有要为过剩的煤电产能让路的因素吗？

客观上，这10年的能源转型非但不是“先立后破”，而且连“只立不破”都不能算。而是在与能源转型反其道而行之的继续发展煤电。有关数据显示，近10年来煤电发电量的增长，是风光发电的2倍多，甚至远远超过全部水、风、光发电增长的总和。

历史已经用事实证明，一旦真正开启了煤电退出的步伐，不长时间之后就能实现碳达峰。同时也证明：要想让煤电退出，必须大力发展以水电为基础的可再生能源。而要想保住煤电，只要压制了水电就足以，因为没有了水电的支撑，新能源很难发展好。2014、2015年的电力数据均已经说明，只要大力发展水电和其他新能源，我国完全可以用可再生能源发电量的增长，满足全部社会电力需求的增长[6]。2014年的时候都没问题，现在应该更没有问题。因为最近几年的光伏发电技术、成本都又有了极大飞跃。

2.3 中国具有100%由可再生能源供电的巨大优势

首先我国的水能可再生资源最丰富，此外我国的各种发电、输电技术全产业链领先， 开发和制造成本的优势也十分明显。

我国水电的可开发年发电量超过3万亿kWh。目前我国的水电装机3.7亿kW，年发电量1.35万亿kWh。虽然已占世界的27.0%，但我国的水电开发利用程度还不足45%，还有巨大的发展潜力。我国的风能资源也十分丰富，仅在陆地80m、功率密度≥150 W/m2的技术可开发量超过100亿kW(2018年普查数据)。我国的太阳能资源，仅陆地理论储量1.86万亿kW。不仅如此，当前我国的水、风、光各种可再生资源的开发利用量，均为世界第一。

唯一令人遗憾的是，我国水能开发利用程度不仅远低于发达国家，而且，龙头水库电站的开发也严重滞后。以至于我国水电的电能质量普遍较差。经常是夏季的洪水期不得不弃水，而到了冬季，又因为蓄能量太少，而不得不靠煤电帮忙。这种现状造成电网部门对水电的印象非常不好。所以他们才宁愿建设最不适合给电网调峰的煤电，也不敢相信水电对电网的重要调节作用。

事实上，我国已探明可开发的水能资源就有：常规水电7亿kW(目前开发不足1/2)，抽水蓄能资源16亿kW(2020年普查的数据)[9]。再加上我国先进的特高压输电技术，这些资源足以支撑未来20～30亿kW风电、30～50亿kW光伏的入网。目前，我国仅四川省就还有20多个未开发建设的龙头电站。如金沙江上游的岗托、大渡河上游干支流的下尔呷及上寨，雅砻江上游干支流的木能达、关门梁等。云南省的龙头水库资源更丰富，如虎跳峡等。因此，龙头水电站建设的滞后，是我国能源电力转型的最大障碍。

2.4 上网电价让龙头水电建设受到严重制约

早期的成本加成上网电价，确实曾经导致了龙头水电站的造价不断增高。这种造价过高，主要是由水库移民造成的。如果客观的分析，开发水电本应是政府扶贫和促进社会公平的好机会。但由于政策引导不力，一些地方政府把水电开发商当成了唐僧肉，因此，才导致了水电移民的费用一涨再涨。

我国的三峡工程，是世界上最难开发的水电项目。但由于我们发挥了制度优势，我国不仅成功地开发了三峡，而且，还给全世界做出了榜样。遗憾的是，后来我国电力市场化，没有发挥好三峡开发的成功经验，反而把一些地方政府推到了水电开发的对立面。水电开发的扶贫作用是全世界公认的。我们各级政府本来就要扶贫，为什么就不能与水电开发结合起来呢？

例如，怒江的水电不开发，扶贫只能靠不断往里投钱。因为怒江贫困的根本问题，是地质灾害高发，导致的生存环境恶劣。而水电开发则可以把造成灾害的水能用来发电。变害为利，从根本上改变怒江地质灾害频发的恶劣环境。从而能让怒江地区富裕起来[10]。

世界银行对水电的定义是“减贫、减碳”。开发水电造福民众，我们当然支持。但如果地方政府把水电开发看成了唐僧肉，难免会有一些腐败分子就会利用这种机会，乘机敲诈公共利益。例如，我们在考察某电站时就发现，一些尚待开发的水电项目用地，已经被人大量的收购，种上了名贵的树苗。只等着让开发商赔钱。这些能够事先就得到消息并大量收购土地的人，能和地方的官员没有关系吗？显然，这类的问题只有调动起地方政府的积极性，才能予以避免。

总之，水电移民本应是促进社会进步、公平的大好时机。补贴给贫困群体，不仅应该，且花多少钱都值(不开发水电，我们也要扶贫)。但事实上，水电开发中最难解决的移民矛盾和最大的资金缺口，往往来自某些私有经济勾结腐败官员，乘机敲诈公共利益的腐败行为。

由于水电大规模市场化开发之后，没有注意调动地方政府水电开发的积极性，导致龙头水电建设的成本大幅度上升。最后，有关部门为了控制水电开发的成本快速上升，已经把原来成本加成定的上网电价，在2013年改成了标杆电价。这虽然有利于用经济手段控制水电开发成本，但也把龙头水电的高成本矛盾，压在了开发企业上了。从而导致我国长期效益最好的龙头水电站的开发受阻。

3 加速我国龙头水库电站开发是实现双碳的当务之急

3.1 唯有政府才能解决好龙头水库电站开发难题

首先，最好的办法是：按照三峡开发的成功模式，通过政策引导地方政府成为龙头水电开发的首要责任人。争取让每一个龙头水库，都像三峡的开发一样成功。这样才有可能继续实施成本加成的水电开发电价政策。客观地说，成本加成电价曾经是我国水电市场化开发的成功经验。这是我国电力体制改革后，水电大发展的重要保障。记得当年很多外国专家，对我国电力体制改革后水电的大发展非常纳闷？经过探讨才发现，是成本加成的电价政策，让电网公司成为了我国水电开发效益的蓄水池(因为水电市场化开发的难点就在于：短期效益极差、长期效益极好)。只可惜，后来由于解决不了地方政府与水电开发央企之间的矛盾，控制不住电价只能废弃。

其次，水电的发电效益，至少都在百年以上，但是核算还贷期，最多只能30年。缺乏了电网的初期上网电价这个蓄水池，所有的龙头电站开发企业[11]，都要先忍受几十年的巨额亏损。试问，这种情况各级国资委能答应吗？

还有，龙头水电站的建设，会给下游的各个梯级电站带来较大的补偿效益。但如果一个流域电站分属不同的企业，龙头电站的开发企业根本就无力回收应有的效益。例如，虎跳峡水电站建成后，长江上的所有电站都会取得巨大的补偿效益。但是，华电集团如何能从三峡集团收取补偿？

由于这些原因，让我国本来非常重要的、效益也非常好的龙头水电站，反而不能得到正常的开发。如果国家能从政策上解决这些矛盾，就能完美的体现出龙头水电站开发的经济性。例如，在当前市场化开发的前提下，可否建立龙头水电基金。专门用来补贴初期的上网电价，减少一些开发企业初期还贷压力，待还贷期过后，再逐步收回。同时，该基金还可理直气壮的对下游的受益电站，适当收取补偿效益。

即使上述的办法都不行，还可以利用法律手段解决。我国的可再生能源法中曾明确规定，水电属于可再生能源，但因其本身已经具有市场竞争力，无需财政支持，所以，不属于可再生能源法的调整范围。并规定，对水电的具体支持政策，可由有关部门另行制定。在当前龙头水库电站遭遇开发困境的情况下，国家能源局完全可以依据可再生能源法的授权，具体的制定出一套对龙头水电站的支持政策，解决龙头水电初期效益差，长期效益好，市场化开发难的瓶颈问题。

事实上，我国龙头水电的开发严重滞后，不仅使得我国的水电电能质量非常不好。而且也严重的影响我国水资源调控能力。欧洲的库容系数 0.9以上，美国是0.66，我国只有0.3多。以至于我国旱涝灾害，总是交替发生[12]。总之，龙头水库电站的开发滞后，是对我国经济发展和现代化进程全面的、严重的制约，亟需国家出手，尽快解决[13]。

3.2 开发龙头水电须准确理解生态优先

生态优先是我国水电开发的重要原则[14]。然而，生态系统是有不同层次，对应着不同主体的综合系统。水电开发的生态优先，既不能简单的理解成是某种鱼的生态优先，也不是某种草的生态优先，更不是某种鸟的、猴子的生态优先。而必须是包括人在内的综合生态系统的生态优先。总书记在给乌东德水电站投产的贺信中，把水电开发的生态优先，诠释的非常高明。具体的表述是“生态优先、绿色发展”。如果只提生态优先，我们确实不知道到底是谁的生态应该优先。但是，有了后面的绿色发展，我们就能非常明确的体会到，因为发展只能是对人而言的，所以，生态优先的主体也一定是人。

以前，我们一些持有极端环保理念的官员，对生态优先的理解就有很大的偏差。例如，在长江保护法立法的草案中，就曾经有过要“严格限制大中型水电开发”的表述。直到总书记关于乌东德水电站的批示出来之后，他们才修改了这种荒唐的措辞[15]。

总之，要落实双碳，一定要学好总书记生态文明的思想。总书记的很多语言，非常淳朴但却富有深刻的哲理。例如，著名的“两山理论”。众所周知，金山、银山对于任何动植物都是生命的禁区，但是，却代表能给人带来幸福的财富。所以，“两山理论”很好的诠释了，保护生态的目的是为了人类更好的生存和发展。这和“江山就是人民，人民就是江山”一样，是我党执政为民的环保理念的体现。

正因为此，总书记也高度重视碳减排[16]。大家知道，以前我国对于碳减排的态度是“要我减排”，现在我们的态度是“我要减排”。这里面的差别极其巨大。以前我国的减排谈判代表，只认为碳排放是发展权，所以希望多多益善。认为即使排放多了，最多是有点损人利己而已。但在“我要减排”的理念下，结论则完全不一样了。从人类命运共同体的高度看，“碳排放”的本质，绝对是损人不利己，所以自己也一定要减排。

记得在2015年美国前总统克林顿到北京参加《中美清洁空气论坛》时，他在报告中披露，美国的科学研究发现，气候变暖，海平面上升之后，全球受淹没人口最多的十个地区和经济损失最严重的十个地区，都包括中国长三角和珠三角。也就是说，中国遭受气候变暖的损失，要远高于全球的平均水平。所以，过量的碳排放给中国带来的不仅不是发展，而是一种毁灭。反之，减少甚至停止碳排放，中国不仅仍然可以发展，而且完全可能发展得更好。例如2013年我们碳达峰时，并没有出现任何电荒，而2021年却由于煤电的产能严重过剩，而出现了全社会的电荒。

3.3 实现双碳才是最重要的生态优先

现有不少的龙头水库电站因为某些错位的生态优先理念，被认为是为了保护某种珍稀动植物，而不可以被开发。但是科学家预计，如果兑现不了双碳的承诺，地球的温升一旦超过6℃，地球将有一半的物种灭绝。试问我们想要保护的那些珍惜物种，能逃脱吗？

如果人类现有的储能技术不能出现重大的突破，就很难实现100%依靠可再生能源供电。其后果几乎必然是气候变暖，冰山融化。科学家们预计，地球两极的冰盖完全融化之后，海平面将要上升66 m。显然，如果控制不住碳排放，别说66 m，就是海平面上升6 m，也足以让我国最富裕的长三角、珠三角都不复存在。

所以，我国的长三角、珠三角都应该被看成是我国的“碳中和”生态保护区。而且这才是最重要的保护区。其他各种保护区的生态红线，如果与碳中和的保护目标有冲突，都应该给碳中和让路。具体来说就是，重要的龙头水库和抽水蓄能的开发都不应该受各种生态红线的制约[17]。

当然，我们也可以按照司法程序通过保护区的调整规定，逐一把某个具体的龙头水库或者抽水蓄能站点调整出生态红线。但是，如果要确保我国双碳目标如期实现，绝对应首先树立碳中和才是最重要的生态优先的科学理念。从法理上阐明对重要的水能、风能资源的保护，是最重要的生态保护。总之，丰富的水能资源是我国实现双碳目标的优势和保障，若不能得到充分开发利用，双碳目标的实现，只能寄希望于未来不确定的某种科技进步。

3.4 事实证明发展水电最有利于实现碳达峰

落实我国的双碳目标，没人公开反对。但是，真要想把双碳目标落在实处，就必须要重视和发挥水电的作用。按照总书记“十四五严控煤炭消费的增长，十五五煤炭消费逐年下降”的指示。显然在十四五末就必须要实现碳达峰。然而，根据历史的经验，若从现在起，我们就能像2009年那样真心的开始“弃煤电”并尽快启动水电的大开发，完全有可能在十四五末就实现碳达峰。不仅如此，我们电力的经济状况，还要比不退煤好得多。

在2013年的时候，我国煤电装机仅为7亿多kW。近年来，大约增加了近4亿kW的煤电装机。为这4亿kW的过剩煤电，需要2万多亿的投资。这2万亿元的过剩煤电投资，其实是没有任何实际效益的。然而，如要支付这2万亿元的贷款利息(按6%计息)，再加上偿还本金4%。我们发电企业每年为过剩的煤电，支付约10%无效成本，最高可达2000亿元。平均每年要有1 500亿的经济损失[18]。

假设我们从2013年起就不再新建煤电(不让煤电的产能过剩)，而用这2万亿投资，建设约2亿kW的龙头水电，不仅我国现有水电的电能质量有极大提高，可以大幅度的增加电网接纳新能源的能力。同时，我国的抽水蓄能也能按照最初的发展规划，2020年装机达到1亿kW左右。

设想一下，如果这样的话，我们当前的电力经济效益和安全的保障程度，绝对会比现在好得多。即使我们假定煤电在现有电网中的总发电量不能变，也不过就是相当于让现存的煤电机组运行小时数由4千多小时提高到6千多小时而已。这在1亿多kW抽水蓄能电站的配合下，没有任何问题。那样的话，我们的煤电企业每年可减少支出1 500多亿元。不仅不会出现当前的生存困境，而且由于煤碳用量的下降与我国严控煤炭产能同步，恐怕也不会出现煤炭产量的供不应求。因而，恐怕也不会出现这次严重的电荒。

尽管历史已经不能改变，但是，通过回顾分析，我们完全可以发现，倡导煤电为新能源调峰，对电力行业的危害有多大？今后如果我们继续无序发展煤电，无疑就是继续的加剧产能过剩，继续增加不必要的财务成本，加剧煤电企业和整个电力行业的经营困难。正如发改委能源研究所与美国马里兰大学的《中国煤电退役报告》所说，如继续新建煤电，将增加1.5万亿元的淹没成本。笔者还认为，这可能也是我国领导人为了实现碳达峰，明确要求“严控煤电”以及国家能源局大力推进抽水蓄能建设的一个重要原因。

4 换一个角度看本次电荒

最近发生的电荒，让大家的认识与2009年的电荒，似乎发生了根本性的转变。那时候，我们电力界的主要结论是：只要减少对煤电的依赖，就能减少电荒。而这一次，更多的声音却变成了“煤电不能少”。似乎是因为煤电少了，才出现了本次电荒。

事实正相反。2011年前后我国的煤炭出现了全行业的严重危机。产能过剩，产品卖不出去，国家拿出大量的资金和力量对煤炭行业进行整顿、转型。全国关闭了大量的小煤窑，安排了约80万的下岗职工，并且对今后各年度的煤炭产能严格进行限制。以避免今后再次出现类似的危机。笔者认为，这本来是非常成功的政策。但是，由于我们电力的转型发展出现了严重的倒退。燃煤发电量不仅没有随着新能源的增加而减少，反而逐年增加，且增加的幅度超过新能源的2倍，这必然会造成煤炭产量的供不应求。这一情况，被金融炒家利用后，出现了煤炭价格在几个月内就翻翻的怪事。以至于造成了这次严重的电荒。

总之，本次电荒的原因，分明首先是由于煤电产能严重过剩，压制了可再生能源的发展，造成了我国能源实质上的逆转型(继续增排)与我们能源转型的控煤政策发生了矛盾。导致了供不应求，煤价快速上涨，煤电的成本倒挂。这时候，我们紧急采取措施控制煤价，涨电价和释放煤炭产能都是解决矛盾的好办法。但是，绝不应因此得出“煤电还必须要发展，否则今后就避免不了电荒”的错误结论[19]。

从社会可持续发展的角度看，任何化石能源都必然会发生周期性的危机。人类从根本上避免能源危机的办法，就是尽快实现能源转型，完全依靠可再生能源。此外，可再生能源在转型初期的一些弱点，也会随着开发规模的不断扩大，而逐渐降低。不仅水能的深入开发会随着库容系数的增加，其水电的调节作用和能力会不断的增强。气候对风、光发电的波动影响，也能依靠不同区域的电网互联，进行一定程度的跨区域调节。总之，克服和避免电荒的关键，是加速向可再生能源转型。

5 结 语

在电力领域，国际社会对于实现碳中和的主流意见是“退煤弃核”100%的依靠可再生能源供电(并认为这不仅技术上可行，且经济上最优)。因为只有可再生的能源，才能满足人类的可持续发展。

我国的资源禀赋，是最有条件实现碳中和的。但国内很多人包括一些能源研究机构(甚至我们水电的同仁)，因为看不清这一点，竟然认为碳中和之后，也必须要保存一定数量的煤电。而用事实和数据澄清这些误解，是我们当代水电工作者的责任和使命。

本次电荒的出现，非但不是我们严控煤炭产能的政策失误，反而是由于我们的煤电打着为新能源调峰的旗号无序发展的结果，违背了能源转型的大方向。采取紧急措施之后，应该继续推进我国能源革命、电力转型。遵照国家“严控煤电”的指示，创造条件，加速抽水蓄能和龙头水电站的建设，为煤电的逐步退出和新能源发电的大规模入网，提供安全保障。早日实现我国100%由可再生能源供电，兑现减排承诺。