水能是一级能源吗水力发电的计算公式

　　为向公众更加全面、客观地介绍当前水利水电工程建设和水电开发在保障我国能源安全中的重要作用，回应社会热点、回答公众质疑，增强各界对水利水电行业发展的科学认识，中国水力发电工程学会和中国大坝协会在北京组织召开本次科普论坛。会议邀请国务院发展研究中心研究员王亦楠，中国水科院副院长、国际大坝委员会荣誉主席贾金生教授，中国水利水电出版社社长汤鑫华，中国水力发电工程学会副秘书长张博庭教授，国家水电可持续发展研究中心隋欣教授等专家作报告，回答与会

　　影响和破坏生态环境是人们对水电开发的最大疑虑。然而，产生这种疑虑的原因，一方面是国际社会曾经历过误解水电的过程。很多那个时期出台的正式文件，至今还会误导着人们。除此之外，误解水电的另一个最大原因还在于，不能科学、全面的了解水与能源的关系。这种现象，在能源和环保领域中尤为普遍，并对我国的发展产生了严重的影响。

　　当前人类社会的可持续发展同时遭遇到了水资源短缺和能源匮乏、化石能源的污染排放严重等严重的威胁水力发电的计算公式。然而，在当年的科技水平下，科学的开发水电，几乎是唯一能同时解决这些难题的有效的方式。这就是联合国把今年的世界水日的主题确定为水与能源的一个重要意义。

　　如果仔细分析，各种所谓水电站的生态环境影响，并不是水力发电本身造成的影响，而是大型水库的影响。然而，只要现代的人类社会不想遭受毁灭性的洪水和干旱，就必须要接受这些所谓的影响。这就是我们存储洪水所必须的代价。这就像种粮食必须占用土地的道理一样。

　　对于人类社会必不可少的水资源调控来说，水电的能源作用，甚至可以认为是附加的。例如，我国的三峡工程，如果不是为了防洪和供水的需要必须建设一个大水库，完全可以采用多级开发（基本上不建设水库）。那样的话，三峡的总发电量几乎可以不受影响，而所谓迁移了大量的居民，淹没了大面积的河流等一系列生态影响几乎都可以没有。

　　我们为什么不采用分级开发三峡呢？因为我国建设三峡工程的首要目标，就是防洪和供水，而不是发电。而要实现这个防洪和供水的目标，就必须建设一个特大型的三峡水库。总之，三峡工程的实例应该最能说明：其实影响和破坏生态的不是水力发电，而是人类社会必不可少的大型水库水力发电的计算公式。然而，进一步看，站在人类生态的角度上看，建设大水库，不仅不是破坏生态，而且还是人类社会最重要的生态和环境保护。这其实就是，迄今为止全世界都体现出：水电和水资源开发程度越高的国家和地区的经济越发达，生态环境也越好的根本原因。

　　水电(大水库)的生态作用无可替代。水利水电工程的防洪、供水、发电、航运作用，本质上都是它的生态保护作用。表现在：

　　相对来说水库大坝占用土地或者水面之后，是把原来的自然生态转变为水库湿地的生态。湿地的生态环境作用非常重要，我们人类文明发展到今天的矛盾，决不是担心湿地太多了，而是湿地的不断减少。所以，关于水电大坝破坏生态环境的指责，大都是狭隘的炒作的结果。事实上水电大坝和大型水库的建设是人类为数不多的生态保护工程，走遍全世界几乎没有哪一座水库大坝建成之后，不是风景秀丽的旅游度假胜地。

　　科学的解释水与能源关系，加强水与能源方面的科普宣传，是摆在我们面前的一项艰巨任务。因为当前我们要科普宣传的对象，不仅包括普通百姓，而且还包括很多偏激的环保人士，甚至还包括相当的专业人士和政府官员。在能源、电力、环保，甚至我们水利领域内，都有不少高层次的专家和官员对水与能源的问题缺乏准确的理解。造成这一局面的原因，是水电所经历过的曲折历史。

　　水电是清洁的可再生能源，因此，世界上几乎所有的发达国家，都是优先开发利用可再生的水电，把尽可能多的可保存的化石能源留给后代。不过，到了20世纪的80年代，世界各国的大坝、水电工程的发展开始变缓。伴随着社会的进步和人们认识水平的提高，人们开始用环保的眼光来重新审视很多大型水坝工程的建设和运行。很多已经建成和正在规划建造的大坝和水电项目成为了敏感的话题，一些对环境和社会负面影响较大的项目，遭遇到公众的强烈，甚至于停止。全球的水电建设遭遇到了重大的挫折。

　　围绕着水坝的利、弊的争论，在20世纪90年代，以国际上的一个《世界水坝委员会》WCD的组建和一份《水坝与发展》报告的提出达到。当时不少人甚至认为大型水电站的生态环境影响过于严重，因而，建议否认水电可以作为一种可再生的清洁能源。在1996年的世界可持续发展高峰会议上，大型水电确实被排除在可再生能源的范围之外，会议只承认小型水电的可再生能源地位。

　　大小水电区别何在？当然是能否具有水资源的调控能力的大水库，显然，这个结论错误也在于，没有考虑大型水电开发中极其重要的水资源作用。

　　在WCD的《水坝与发展》报告发表之后，引起了发展中国家以及众多水利水电专业学术组织的广泛质疑和批评。人们通过深入的调查研究，逐渐澄清了一些《水坝与发展》调查报告中类似水电的温室气体排放与火电相当，甚至超过火电等污蔑水电的错误。与此同时，面对全球又20亿人不能得到电力供应，10亿人喝不上干净的饮用水的难题，发展中国的水库大坝不可取代的作用不能不被人们重新重视。

　　很快，2002年在南非约翰内斯堡举行的世界可持续发展高峰会上，由非洲国家提议，到会的192个国家一致。大型水电也有必要被确认为可再生的清洁能源。那次峰会还达成了具体的协议，承诺要加大政府间推动包括水电在内的可再生能源领域的国际合作活动。并建议于2004年在中国举行一次水电高层论坛，探讨相关的议题，进一步的完成约翰内斯堡世界可持续发展峰会的任务。中国的国家改革和发展委员会接受了这一建议，与联合国经济与社会事务部于2004年10月在北京共同召开了水电与可持续发展论坛。并发表了倡导和支持全球水电开发的《北京宣言》。

　　会议之后，曾经停止了对水电的支持的世界银行，立即恢复了并加大了对水电的支持力度。世行总结指出：水电占全球电力总供应量的五分之一，曾一度带动了加拿大、挪威和美国等国的经济增长。然而，由于环境与社会方面的疑虑，以及财政支持的匮乏，导致了上世纪九十年代水电投资停滞不前。时至今日，随着新兴经济体的崛起，在吸取了历史教训之后，水电行业的角色正在被重新塑造，并出现复兴盛景。

　　由于国际社会确实曾经经历过误解水电的过程。很多那个时期出台的正式文件，至今还会误导着人们的思想。例如，在96年大型水电不应属于可再生能源的结论基础上，我国2000年出台的《21世纪科技发展纲要》也强调只有小水电才属于可再生能源。

　　在2002年国际社会重新强调大型水电的可再生能源的地位转变了之后，虽然我国的《可再生能源法》也采用这一结论。但却未必能体现在所有1996年至2002年期间出台的各种重要文件中。因此，很多误导水电的结论至今还存在于各种正式文件中。所以，对于不了解水电所经历过的这段特殊历史的人来说，即使某些严谨的科技工作者，也难免会被那个时期的一些国际主流文件所误导。所以，某些环保组织和偏激的环保人士误解水电，就更是家常便饭了。

　　例如，某反感水电的环保组织负责人说水电能源是江河给我们的馈赠之一，但是不要忘记江河还给我们提供着许多其他重要的生态服务功能水能是一级能源吗，如清洁的饮水、丰富的食物等。。他显然是想当然的把水电与其调节河流水资源的生态功能对立起来了。为了达到污蔑、诋毁水电的目的，这个组织曾资助过一个《2013年长江上游联合考察》，在这个考察报告的新闻发布会上，考察的负责人居然公开的炒作说长江生态系统已经崩溃。这一爆炸性的新闻，立即成为社会争议焦点。事后查明，这完全是环保组织想利用金沙江水电的投产之际，故意组织的一次造谣宣传。

　　因此，他们不仅把梯级水电开发之后，水库连成串的遐想当成了考察的发现来骗人，而且还敢大言不惭的宣布他们根本没有去考察过的长江的生态系统已经崩溃。人民日报的记者调查时水力发电的计算公式，他们终于承认，他们所组织不是什么科学考察，而是一次针对水电的科普宣传活动。事实上，把水与能源割裂开来的环保组织，经常会组织这种借考察的名义，专门造谣污蔑水电的活动。

　　去年的科技活动周，我们在这里举办过一次水电开发与防灾减灾的科普论坛，一位到会的著名水利专家，在发表了水利水电的开发有助于防灾减灾的精彩演讲之后，却提出了不要建设高坝大库的建议。某报纸还对此观点专门作了报道。后来，我们当时就在会上就提出来，高坝大库是水资源调控所必须的，并不是获取水电所需要的意见。此后，这位专家才开始意识到水与能源不可分割的内在联系。

　　为何如此高层次的水利专家，居然也会对水与能源的认识产生偏差？其重要的原因之一，就是国际社会的主流曾经对水电产生过误解。那个时期产生的文件，可能经常会误导严谨的学者和官员。

　　不少了解我国能源困局的电力专家，他们往往非常支持水电的发展。因为，他们知道水电是清洁的可再生能源，不仅价格上有优势，而且还具有很好的可调性，也是可再生能源入网的重要保障。但是，他们却常常会认为水电对生态环境的影响巨大。这里面，不仅包括国内的一些顶尖的能源电力专家，甚至也包括一些国际上的知名专家。

　　例如，笔者前不久在科普活动中接触到国际能源署的一些可再生能源的专家，开始他们还是只承认小水电是联合国所倡导的。听到了笔者的一些水资源开发不可替代的解释之后，他们才意识到，大型水电不仅应该属于可再生能源，而且还应该作为最重要的可再生能源，优先开发利用。

　　最近，亚洲能源研究组织Crenatiec的一位负责人，也曾在《能源》杂志发表过一篇文章【水电：亚洲的未来巨型蓄电池？】。文章的内容虽然非常支持水电的开发，但是，却存在大型水电严重破坏生态的错误认识。文章中曾说到值得强调的是，水电比煤炭更为清洁，但是相对风能和太阳能造成的环境问题却要严重一些。因此，水电虽然有很多优点，但也同样有着环境和社会方面的弊端。例如，三峡工程的建设迁移了大量的居民，淹没了大面积的河流，也因淤泥堆积、腐烂植物引起的沼气外泄、破坏渔业的现象而受到批评。。

　　与这位亚洲能源专家一样，不少电力能源工作者，只喜欢从电力能源方面评价水电的作用。然而，事实上水电的作用，并不仅仅是提供清洁的能源和在电网中的调节，而且还有巨大的水资源调控作用。如果水电仅仅是为了发电，我们完全可以想办法不建设水库或者尽量少的建设水库。但是，为什么很多水电站非要建设被一些能源工作者认为是生态环境影响巨大大水库呢？当然是因为天然水资源的时空分布无法满足人们的需求。在目前的科技水平下，人们调控水资源的最重要的手段，就是建设大型的水库进行调蓄。把洪水期的洪水留下来，等到枯水期再使用。或许是由于一些对我国的政府决策有影响的能源电力专家对水电存在误解。我国的电力工业的发展，始终没有像发达国家一样，把水电放在电力工业中放在优先发展的位置。并且，水电开发的滞后是造成我国的能源结构严重恶化的最重要原因。

　　至今为止，我国的能源、环保专家和官员中，由于不了解水与能源而认为水电破坏生态的还大有人在。因此，在我国的国民经济发展的几个五年规划的措辞中，就经历过水电从积极开发到有序开发后又回到积极发展的变化。为此，十一五期间，我国就曾有一些大型水电站建设被搁置、叫停。更为痛心的是，我国的十一五、十二五的水电开工规划，都远远没有完成。

　　这种水电发展受阻的结果，大大刺激了我国火电建设和煤炭需求的增速。以至于在本世纪初的那些年，我国的火电比重增速过快，能源结构急剧恶化，并带来了一系列严重的问题。有一段时间由于我国火电厂的增速过快，煤炭供不应求、价格飞涨、矿难频发、煤电矛盾突出。其根本原因在于我们国家煤炭的消耗量，大大超过了实际的开采和运输能力。特别是08年全球经济危机之前的那一阶段，我国遭遇了严重的煤电危机。

　　到2012年底，我国燃烧的煤炭已经超过全世界所有国家的总消耗量。与此同时大面积的雾霾污染，也已经非常严重。大家想想看，全世界的煤炭有多一半都烧在了中国东部的狭小区域内，空气污染的问题能不严重吗？

　　改革开放以前，由于受到经济能力的局限，我国水电、核电等清洁能源的建设虽然进展缓慢。但是，那种由于整体经济能力不足无能开发利用水电、核电的情况在全世界非常普遍。同时也是由于经济发展水平不高，社会的能源需求量也限，因此，过度依赖化石能源的现象在欠发展国家中，似乎也并不会造成太大的问题。但是，当一个国家的经济腾飞以后，如果仍然不能及时地开发利用水电和清洁能源，那么其快速增长的能源需求，必然要靠燃烧更多的化石能源来解决。难免会带来一系列严重的生态环境问题。

　　水与能源的关系十分密切。它们之间既有相互矛盾的一面，也有相辅相成的一面。例如，人们解决水资源短缺的一些重要方式，就是提水灌溉和海水淡化。显然提水灌溉和海水淡化都是一种用消耗能源换取和管理水资源的方式。而水电则是在管理和使用水资源的同时，获取能源的一种（双赢）的方式。

　　另外，火力发电也与水资源的供应密切相关（火力发电往往需要大量的耗水）。如果没有充足的水资源，火力发电也很难顺利的实现。可见，能够在水与能源的关系中，能实现双赢的绝对是水力发电。可见，面对当前人类社会关于水资源和能源的双重难题，加速水电的开发绝对是非常必要的。

　　在人类的工业化之前，人们还没有能力大规模开采煤炭、石油。因此，人类活动对地球碳循环的影响是极其有限的。但当我们学会了开采利用煤炭、石油等化石能源之后，大量的化石能源被燃烧，不断排放出二氧化碳和温室气体。使得原来沉积在地下的碳元素，大量地被释放到空气中去。

　　这必然会导致地球大气中的二氧化碳等温室气体含量急剧升高，带来强烈的温室效应，最终可能会产生冰山融化、海水上涨、淹没、气候环境变化异常等一系列可怕的后果。当前，过量的温室气体排放，已经成为当前人类社会最大的生态难题。

　　2009年美国加里佛尼亚大学科研人员在《科学》杂志发表论文指出地球3亿年前曾发生过大规模温室效应.。研究人员分析了发生在二叠纪初、4000万年时间段内的二氧化碳含量与气候和生物进化的情况水能是一级能源吗。通过对该图的分析发现，在古生代晚期时代的千百万年里，就曾发生过二氧化碳引起的全球性温室效应，而且这一现象不仅仅在人类出现之前，甚至在哺乳动物出现之前。

　　研究人员还指出水力发电的计算公式，今后，一旦人类将地球上所有的化石能源耗尽，大气中二氧化碳的含量将恢复到3亿年前古生代晚期时2000ppm的水平。总之，那样的空气含量是否能让人类存活下去，还是一个值得研究的问题。

　　A、在全球的范围内，水电的作用远大于核电。很多人认为核电的作用大于水电，其实不然，根据对全球历年发电量的统计。核电的比重从来都没有超过水电。不仅如此，从福岛核事故之后，核电的比重跟是大幅度下降。目前仅为水电的60%。

　　B、水电在全球的可再生能源发电中，比例高达85%。根据2011的统计数，水电是全球最重要的可再生能源，水力发电的比重占到了全球可再生能源发电的85%。

　　C、我国的水电在非化石能源发电中的比重高达85%。数据显示2012年我国水电仍远超清洁发电。我国风能、太阳能等可再生能源发电以及加上清洁的核电，总共只占非化石发电的15%。而我国的水电则占到了85%。可见，水电绝对是全球替代化石能源第一主力。这就是水电对于当代人类文明的重要性。

　　自然界中的水资源量总是随着时空不断的变化着的，然而水力发电的计算公式，人们对水资源的要求则是非常苛刻的，太多了不行（产生洪水泛滥），太少了同样也不行（干旱少雨，甚至危及生命）。目前，人们解决水资源时空分布不均的手段只能靠蓄水和调水。蓄水能解决水资源的时间分布不均的矛盾，调水可以解决水资源空间分布不均的矛盾。到目前为止，受到人类的科技水平的局限，人为大规模蓄水的方式只有建造水库这样一个方式，所以，大型水库的建设就是现代人类社会文明，必不可少的内容。

　　联合国每三年发布一次的《水资源报告》中不仅每次都要提到水电的重要作用。而且，在联合国的水资源报告中，多次提到过世界的水资源本来是够用的，世界的水危机主要是由于设施不足，管理不善造成的。能够解决水资源短缺的设施主要就是储水设施。这里所谓的储水设施最主要的是大型水库。

　　水电站泄洪时的巨大能量，会对大坝安全构成巨大的威胁。外行人可能不了解，但搞工程的人都知道，水电站汛期泄洪的结构，需要采取大量的消能措施。除了建有必要的消力池之外，什么挑流效能、水跃消能、孔板效能、窄缝效能等等。总之，很多重要的工程研究都是要解决水库在泄水的过程中，对水坝和整个水电站的工程结构的威胁。即便如此，泄洪的时间也不能太长。尤其是是对于水量大的水库，如果不发电只泄洪，对大坝来说是非常危险的。

　　曾经有不少人士，喜欢用河南板桥758垮坝所造成的数万人的死亡，作为反对水电开发的重要理由。而实际上，假设当年我国河南的板桥水库，如果真的建有水电站的话，恐怕也就不会发生那次垮坝事故了。因为一方面，具有水电站的水库，安全性更高。而且另一方面水电站的管理者，不仅具有一定的经济实力，而且随时都会对水库大坝的安全高度关注，及时采取各种有效措施。所以，水电大坝发生意外的概率比起完全公益性的水利大坝，会有大幅度的降低。

　　根据2007年联合国的一项调查，一个国家拥有的大坝数量及人均水库库容量，与该国社会经济发展具有紧密联系。联合国的人类发展指数被定义为一个介于0和1之间的数值。该数值越接近于1，表示人类发展水平越高。如果我们以每个国家水库指标（即：每百万人口水库数和人均库容这两个参数表示）与人类发展指数对比分析，可以比较清楚地看到，各国水资源开发状况与人类指数紧密相关。

　　根据联合国人类发展指数的评价结果，按发展水平可将国家分为三类：即高度发展（HDI≥0.8）、中度发展国家（HDI≥0.5）、低度发展（0）。调查数据表明，除了极个别的特例一个国家的人类发展指数，与该国的人均水坝数量和人均水库库容几乎成正比。

　　总之，当前全世界的现实几乎都是，水资源开发程度越高的国家和地区的经济越发达，生态环境越好。例如，美国的国土面积和水资源总量，都与我国相似。目前中国虽然水坝数量名义上比美国还多，但是水库总有效库容仅为美国的一半﹐如果以人均水库蓄水量来比较﹐中美差距在十倍以上。但由于缺乏水库的调蓄能力，我国一方面洪涝灾害频发﹐另一方面又是干旱严重﹐从本质上说﹐这些都是由于可控制的水资源总量不足造成的。相比之下，美国的绿水青山，自然灾害少，很大程度上就是由于他们的水库库容大，可以吸纳更多的洪水，抵御更大的干旱。我国生态环境上的巨大差距，恰恰体现在水库的蓄水能力上。

　　2012年7月，由国际大坝委员会联合国际灌排委员会、国际水资源协会和国际水电协会起草的《储水设施与可持续发展》世界宣言在日本京都隆重发布。该宣言呼吁全世界共同努力水力发电的计算公式，采取可持续的发展方式和建设和保护储水基础设施。

　　《宣言》披露世界每年淡水资源总量约有40万亿立方米，目前人类可利用量每年只有9万亿立方米，其中大约4万亿是需要由储水设施调节的。《宣言》还强调：21世纪面临的最大的挑战是人口增长对水、粮食和能源的需求，为了应对这个挑战，我们非常需要加强储水设施的建设和维护。从而能优化利用水资源，包括洪水管理与抗旱、粮食生产灌溉、发电、饮用水和卫生、工业用水、航运、环境等方面。

　　总之，今年的世界水日，联合国再次确定水与能源为主题。我们可以认为是再次强调2012年的这个储水设施宣言。因为，根据现实中水与能源的关系，我们要加速储水设施的建设，就必须要加速水电的开发。而加速水电的开发利用，则是解决当前人类社会的可持续发展同时遭遇到了水资源和能源难题的一个最佳选择。