书城科普读物低碳能源
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第14章 新时代的引擎—— 水能(1)

一、水电的“是非”之争

2008年4月2日,《南方周末》报刊发了一篇题为《西南水电大跃进“八个三峡筹划开建”》的报道。记者在四川成都、雅安和云南怒江实地调查采访后认为,在能源价格大涨的背景下,各大电力公司在西南各大江河的干流上开工建设大量的水电站,其总装机容量相当于8个三峡工程,这种大跃进式的开发方式不仅严重破坏当地生态,还将导致一系列隐患。

文章一出,一石激起千层浪,关于水电开发的是非之争被再次端上台面。媒体之间自成“正反”双方,“反方”如《南方周末》者大肆渲染水电开发的弊端,“正方”则浓墨重彩水电开发的利好。双方打得难解难分,“公说公有理,婆说婆有理”,孰是孰非,僵持不下……

综观双方的观点,好像都是有理有据,但是我们应该看到这样一个基本常识:凡事没有绝对,如同一枚硬币,具有两面性。“鱼与熊掌不能兼得”。一方面开发水电,在发电、防洪、灌溉、航运等方面意义重大;另一方面,将其定义为“对生态、气候完全没有影响”也是不客观的。因此,水电的开发与不开发,必须充分权衡利弊。在做的过程中,应当扬长避短、趋利避害,使其产生最大的价值。

以我国怒江开发中存在的争论作为一个例子来看看国内的情况。在这场争论中,我们不断地在“保护”与“开发”之间徘徊着,似乎还没有找到一个明确的答案。

我国水能资源丰富,能发电将近5.4亿千瓦左右,居世界第一位。但是,我国水能资源主要集中在西南地区。在我国水电水利规划设计的大幅项目地图前,可以清楚地看到,西部几乎所有的江河都被大坝拦腰截断。只有怒江的原始生态流域保存相对完好,也已规划开发。截至2006年,实际开发的水电在1.29亿千瓦左右,利用率不到25%,大大低于发达国家50%~70%的开发利用水平。

位于滇西横断山脉纵谷的怒江、澜沧江、金沙江三条大江,在东西150千米内紧密地排列依偎着,群山高耸,峡谷深壑,构成地球上独一无二的地理奇观。这三江的整个区域达41万平方千米,雪山和冰川环抱其间,古老的孑遗植物在这里延续生命,珍稀的动植物在其间繁衍生息,这是地球精心营造的一个最雄奇瑰丽的自然宝藏。2003年联合国教科文组织第27届世界遗产大会决定,将我国这一“三江并流”的自然景观列入联合国教科文组织的“世界遗产名录”。

准备在这里实施的怒江水电开发方案,刚一出台便引发巨大争议。双方争议的焦点在于:建坝所带来的破坏问题。反对者们列举了建坝后将出现的污水问题和泥沙淤积问题,说明建坝是不可行的。而支持者则认为,如果不进行开发,当地的群众无法脱贫而继续维持刀耕火种式的发展模式,生态环境同样会遭到严重破坏,因此支持者们认为只有当地老百姓不需要刀耕火种来维持正常生存,怒江的环境保护才能进行,才能可持续发展。我们难以评判谁是谁非,因为就现阶段的实际情况而言,政府可划拨的财政资金有限,不可能在完全不开发的情况下实现怒江环境的保护。但是在怒江修建大坝真的符合当地人民的长远利益吗?

国外的相似案例也许能够给我们提供一些借鉴。20世纪70年代,埃及建成了阿斯旺水坝。这座水坝给埃及人带来了廉价的电力,控制了水旱灾害,灌溉了农田,然而也破坏了尼罗河流域的生态平衡。几千年来定期泛滥的尼罗河水带来的肥沃土壤,冲积形成了富饶的三角洲。阿斯旺大坝建成后,截断尼罗河,阻挡了尼罗河夹带的大量淤泥,使两岸土地日渐贫瘠,尼罗河两岸绿洲失去了肥料的来源,没有足够的淡水冲刷土壤中的盐分,土地盐渍化、沙漠化倾向越来越严重,埃及这片美丽富饶的绿洲日渐消失。同时,高坝下游河段沉积物日积月累,使污染情况更加严重,水生动植物的生存环境受到影响。1965年地中海产沙丁鱼1.5万吨,而大坝建成后的第二年,埃及海域已见不到沙丁鱼了。尼罗河下游成了静止的“湖泊”,为血吸虫、蚊子的繁殖提供了条件,阿斯旺地区附近居民的血吸虫发病率高达80%~100%。基于对水利开发弊端的考虑,在瑞典,几乎所有未被大坝截流的河流均被法律保护起来,以免受到人为开发的破坏。在美国,大约有16000千米的“杰出”河段在1968年通过的联邦《国家自然与风景河流法案》中得到了保护,还有许多河流也受到州一级的立法保护。

然而,田纳西流域的水电建设却被证明是一个成功范例。田纳西河位于美国东南部,在20世纪20—30年代,该地区经济落后,工业基础薄弱,由于森林被破坏,水土流失严重,洪水泛滥成灾,加之交通闭塞、水运不通,环境恶化,疾病流行,文化落后,成了美国最贫困的地区之一。在第二次世界大战期间,美国国会立法,成立田纳西流域管理局,开始了规模宏大的田纳西流域治理工程,从在田纳西流域建设水电设施开始,经过40多年的规划和建设,田纳西流域的自然资源得到了综合和合理的开发,区域经济得以振兴。到1977年,全流域平均国民收入比1933年增加了34倍。可以说,正是从水电工程建设开始,改变了田纳西人的生活,把一个贫穷的田纳西,建设成了以工业为主,全面发展的现代化的田纳西。

在水电开发方面,结合当地居民的利益至关重要。在加拿大和美国等一些国家和地区,考虑到生态资源一直是当地居民在使用,所以采用居民以生态资源入股的方法,个人入股大约占30%左右。只要电站还在发电,还在创造经济效益,失去土地的当地居民就不会为生存担忧,他们一直与电站、与电力企业贫富与共。

正反两方面的案例还有很多,联系到中国的具体国情,发展是需要的,但不能操之过急,因为欲速则不达。保护也是需要的,但不能片面、地保守地认为保护就是不作改变,因为事物是永恒发展的。

水电“是非”之争,也许终将在客观中趋于平静。

二、潮汐的能量

据海洋学家计算,世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上,这不能不说是一个天文数字。

潮汐发电是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种,主要研发的国家有法国、前苏联、加拿大、中国和英国等国。20世纪初,欧美一些国家开始研究潮汐发电。第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4米,平均潮差8米。一道750米长的大坝横跨郎斯河。坝上是通行车辆的公路桥,坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。郎斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机,涨潮、落潮都能发电。总装机容量24万千瓦,年发电量5亿多度,输入国家电网。

1968年,前苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800千瓦的试验潮汐电站。1980年,加拿大在芬地湾兴建了一座2万千瓦的中间试验潮汐电站。试验电站、中试电站,那是为了兴建更大的实用电站做论证和准备用的。

世界上适于建设潮汐电站的二十多处地方都在研究、设计建设潮汐电站。随着技术进步和潮汐发电成本的不断降低,21世纪,将会不断有大型现代潮汐电站建成使用。

我国潮汐能的理论蕴藏量达到了1.1亿千瓦,在中国沿海,特别是东南沿海有很多能量密度较高,平均潮差4~5米,最大潮差7~8米。其中浙江、福建两省蕴藏量最大,约占全国三潮汐能的80.9%。中国的江夏潮汐实验电站建于浙江省乐清湾北侧的江夏港,装机容量3200千瓦,于1980年正式投入运行。

2009年7月7日,亚洲第一大潮汐能电站温岭江厦潮汐试验电站完成首次技改,这是该站自1985年建站以来最大的一次技改。该站位于浙江省温岭市西南角的江厦港,离温岭市区16千米。作为我国潮汐能开发利用的国家级试验项目,它的装机容量为世界第三,亚洲第一,仅次于法国朗斯潮汐电站和加拿大安娜波利斯的双向潮汐电站。温岭江厦潮汐电站于1985年建成投入运行以来,利用潮汐能共发电1.6亿多度。温岭江厦潮汐能实验电站颜建华站长透露,由于温岭江厦潮汐电站为我国海洋新能源开发所起的典范作用,我国计划将在三门湾再建一个万千瓦级的潮汐电站。

从总体上看,现今潮汐能开发利用的技术难题已基本解决,国内外都有许多成功的实例,技术更新也很快,具有广阔的发展前景。到目前为止,由于常规电站廉价电费的竞争,建成投产的商业用潮汐电站不多。然而,由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点,人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。

三、高效的波浪发电

英国“海蟒”波浪能发电高效实用

近来英国科学家发明一种海上发电装置,称之为“海蟒”。它是一种波浪发电设备,不会产生污染和噪音,也没有油污渗漏危险,不会对海洋生态带来威胁。这种装置长约200米,直径7米,由橡胶制成。“水蟒”工作原理十分简单,安装在距离海岸1~3千米远、水下40~90米的地方,固定在海床上。将海水充满“水蟒”的橡胶管。每当波浪经过时,弹性极强的橡胶管就会上下摆动,管内产生脉冲水流,推动尾部的水力涡轮发电机产生电流,然后通过海底电缆传输出去。每条“海蟒”能产生100万瓦电能,可以满足2000个家庭日常需要。

首批“水蟒”将在5年内安装完毕。选在可以产生长距离水下波浪的地方。“水蟒”用橡胶制成,比其他波浪发电装置更轻,结构更简单,制造和维修成本低,为可再生能源利用开发出一条新路。最近葡萄牙宣布研制成一条海上发电的“水蛇”,发电效果也很理想。

波浪能与潮汐能、海洋温差能、盐梯度能、洋流能等能源一样,是海洋能源中最丰富、最普遍、却较难利用的资源之一。波浪能又是海洋能中所占比重较大的海洋能源。海水波浪运动产生巨大的能量。据估算,世界海洋中的波浪能达700亿千瓦,占全部海洋能量的94%,是各种海洋能中的“首户”。

波浪能发电原理

与“海蟒”不同的是,大多数波浪发电是以空气为介质。其原理是将波力转换为压缩空气来驱动空气蜗轮发电机发电。它像一只倒置在水中的打气筒,当波浪上升时,将空气室中的空气顶上去,被压空气穿过正压水阀室进入正压气缸,驱动发电机轴端的空气蜗轮,使发电机发电;当波浪落下时,空气室内形成负压,空气被吸入气缸,驱动发电机另一轴端的空气蜗轮,使发电机发电,其旋转方向不变。

1982年,中国科学院广州能源所研制的航标用波浪发电装置通过鉴定。该装置用于直径2.4米的航标,在平均波高0.5米、平均周期3秒的情况下,满足航标灯用电需要。目前长江口使用的就是该装置。

1989年,广州能源研究所在广东珠海建成第一座示范实验波力电站。1996年,在广东省汕尾市建设100千瓦岸式振荡水柱波力电站。该电站设有过压自动卸载保护、过流自动调控、水位限制、断电保护、超速保护等功能,使我国波浪能转换研究实现跨越式发展,达到国际先进水平。总之,海洋能利用是八仙过海各显神通,对可再生能源利用起到推动作用。

20世纪50年代,世界各国开始重视潮汐能发电技术开发。其中投入运行最早,容量最大的潮汐电站,是法国1968年建成的朗斯电站。朗斯电站装机容量24万千瓦,年发电量5.44亿度。而后,1984年加拿大在安那波利斯建成装机容量为1.78万千瓦的世界第二大潮汐电站。近20多年来,美国、英国、印度、韩国、俄罗斯等相继投入相当大的力量进行潮汐能开发。