（中国水力发电工程学会，中国大坝协会，中国水利水电科学研究院 北京100053）

水电；能源；低碳；排放

1 绿色能源的概念

绿色能源一般具有相对低碳排放特性、相对环境友好特性。绿色能源又称清洁能源，可分为狭义和广义两种。

狭义的绿色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能等。它们具有低碳排放特性、环境友好特性、可持续利用特性3个特征。

广义的绿色能源包括：①在能源的生产、消费过程中，利用现代技术，开发选用对生态环境低污染或无污染的能源，如天然气、清洁煤（将煤通过化学反应转变成煤气或“煤”油，通过高新技术严密控制的燃烧转变成电力）和核能等；②化害为利，同改善环境相结合，充分利用城市垃圾和淤泥等废物，从中提取的能源。

2 水电与化石能源碳排放的区别

快速、过量地释放埋藏于地下的化石能源，是地球温室气体排放问题的本质所在。

水电的可持续利用不存在问题。当前，社会各界对于水电绿色能源特性的怀疑，主要是质疑它的低碳排放和环境友好。因此，要阐释水电的绿色能源特性，也只需要从低碳排放、环境友好两方面进行。

英国著名杂志《Nature》（自然）2007年增刊刊载一篇《水力发电：温室气体的元凶？》的文章。文中说：“水力发电站长期以来被视为清洁能源。但是科学家警告说，热带水库所释放的温室气体可能多于使用化石燃料的发电厂。”

尽管宣布水库是释放温室气体来源之一的人是颇具权威的专家，但仍不难发现，这些学者的研究方向存在一些问题。温室气体排放本身是地球生态平衡所必需的正常现象。所有的动植物都是由碳水化合物构成，动物吸收氧气放出二氧化碳，植物在光合作用下将二氧化碳还原成氧气。这种二氧化碳与氧气之间的碳循环，是地球生态系统中生命现象的重要特征。每时每刻，地球上各种动、植物都在生长的过程中，进行着碳元素的吸收和排放。

在地球日常进行的碳循环中，森林的覆盖率会对空气中的二氧化碳浓度有较大影响。森林中的树木在生长过程中，通过光合作用，不仅将大量的二氧化碳转换为氧气，而且其树干、根系本身和周围的土壤中也会保持大量的有机碳。因此，森林的覆盖率对地球二氧化碳浓度有较大影响。

然而，由于受到人类人口膨胀对土地需求的影响，想让全球森林覆盖率大幅度提高几乎是不可能的。由于人类环保意识的提高和对森林作用的重视，虽然世界局部地区的森林覆盖率可能会有所减少，但总体变化的幅度不会太大，目前还不足以对整个世界碳循环构成巨大威胁。

除此之外，各种动植物体本身都是碳元素的载体。在人类出现以前的远古时代，由于没有火的使用，所有动植物死亡之后的躯体最终都被埋藏于地下，形成了现在大量沉积在地壳中的煤炭和石油。经过数亿年的演变，地下沉积的碳元素（煤炭和石油）越来越多，而直接参与日常大气循环的碳元素变得越来越少。随着地球空气中的二氧化碳浓度逐渐减少，最后形成近代适应我们人类生存的气候水平。

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。但是，当我们学会了开采利用煤炭、石油这些矿物化石能源之后，现代社会对能源的巨大需求，导致大量的化石能源被燃烧。燃烧不断产生出二氧化碳和其他温室气体，使原来沉积在地下的碳元素，被大量地释放到空气中，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，并可能会产生温度增高、冰山融化、海水上涨、淹没大陆、气候环境变化异常等一系列可怕后果。

最近美国《科学》杂志刊发的一篇研究报告也指出：如果人类将地球上所有的矿物资源耗尽，大气中二氧化碳含量将增加到3亿年前古生代晚期时2000ppm的水平。科学研究证实：快速、过量地释放埋藏于地下的化石能源，就是地球温室气体排放问题的本质所在。为此，我们必须改变现在快速把几亿年以前就已经不参与碳循环的地下碳源（矿物能源）不断释放出来的趋势。目前，全世界公认的解决这种非正常的温室气体过量排放的办法，就是减少矿物能源的燃烧，除此之外，还没有更好的解决途径。

3 水库的甲烷排放问题

关于水库淹没将释放甲烷气体的现象，就像沼气发酵。但是，路透社文章中“如果一个国家的水力发电能力增长1倍，其释放甲烷气体的量也将增加8%”的说法，是绝对不可能成立的。因为，甲烷气体并非只有水库排放，各个国家的水电在其所有的甲烷气体排放中的比重差距极大（例如，联合国粮农组织报告养牛业大量排放甲烷的问题），再加上每个水库温室气体的排放与水库所处的纬度（类似沼气制造中的温度作用）关系极为密切，因此，我们可以肯定这种定量研究的结论，只能针对某些国家或地区，不具有普遍意义。

此外，关于甲烷的温室气体作用要比二氧化碳高出若干倍的警告，也不够全面。首先，至今我们还不能非常确切地解释温室气体产生的全部机理，对于温室气体造成的危害的认识不够全面。因为人类对地球空间的认识还有很大局限性。我们还不能肯定某些实验条件下得到的结论，是否完全反映了地球大气的实际情况。再者，甲烷是一种可燃气体，在自然界中的状态极不稳定，燃烧后将会与氧气结合产生二氧化碳，甲烷在自然界中长期保存的几率不大。温室气体作用长期影响的因素，最终可以统一归纳为大气成分中的碳含量，并以考虑其中最为稳定的二氧化碳含量为主。所以，从宏观的层面上看，我们不必过分关注所排放温室气体的种类，以及可能产生的全球温室气体效应的差别。

4 水库属于人工湿地与天然湿地没有差别

水电的温室气体排放高于火电的说法，是一种逻辑上的错误。水库属于人工湿地，其本质与天然湿地没有差别。所有湿地都会有温室气体的排放，这是几万年来湿地参与地球生态系统碳循环的一部分。我们现在为了解决天然水资源时空分布不均的矛盾（同时包括发电获取水能资源），需要建造很多水库，但是相对于近代人类社会化活动造成的湿地面积缩小，水库这种人造湿地的出现，并没有从总体上改变地球表面的湿地面积下降的趋势。

湿地是维持地球生态系统平衡的重要组成部分，素有“地球之肾”的美誉。湿地具有滋润养育动植物的重要作用，既能够帮助湿地周围的植物把二氧化碳转化为氧气，也可以因为季节或水位的变化，把某些植物淹没在水中，产生一定的温室气体。类似南美的热带雨林遭遇洪水后被淹没在水中，释放出大量温室气体的现象，在自然界中并不算少。相反，巴西人造水库造成的热带雨林被淹没的情况反而极其罕见。因为，水库的淹没是人们有意识的行为，大多数情况下，人们都会在蓄水前尽可能地清理库区，减少未来水库水体中的杂质。因此，在一般情况下，人造湿地（水库）会比天然湿地造成的温室气体排放更小。

关于水库会释放二氧化碳的问题，也是对生态学的误解。任何土地都会释放二氧化碳，只有有机质含量很低、微生物活动微弱的冰原、裸岩和荒漠的二氧化碳释放速度相对较低，因此，单独强调二氧化碳释放速度是没有意义的，真正对生态环境产生影响的是二氧化碳的净释放速度。从这一点说，成熟的原始森林对控制全球变暖是无用的，因为成熟的森林生态系统中光合作用与呼吸作用相等，二氧化碳的净吸收速度基本为零。

将水库和火电站释放二氧化碳等同起来，实际上是混淆了两种不同类型的碳释放。在森林区修建水库，由于淹没土地上每公顷森林中可能储存着几百吨有机质，这些林木在水下慢慢腐烂，会产生大量二氧化碳，但可通过清库避免。即使水库有碳释放，这种碳释放也是一次性的，与火电不同。因为质量守恒是化学的最基本原理，当被淹没植物腐烂后，水库就不会有二氧化碳释放，水库即使有二氧化碳释放也只存在于蓄水前期，这与火电厂只要工作就有大量二氧化碳持续不断地释放是不同的。

5 水库每千瓦·时产生的温室效应与燃煤火电厂基本相等缺少科学依据

大型水电站应该与小水电一样，享有清洁的可再生能源的地位。水库和发电功率问题根本没有可比性。

几年前，曾有文章如 《大坝经济学》（美国Mc Cully，P.著，周红云等译，中国发展出版社出版）说：“有机物在分解过程中大量消耗水体中的氧气，产生大量二氧化碳并排放到大气中，形成温室效应。巴西一座名叫土库鲁衣的水库建成后，对其6a的连续监测表明，在此期间该库共排放了945万t二氧化碳和9万t甲烷，其对温室效应产生的影响相当于同等电力的燃煤电厂的60%；而另一座名叫巴尔比拉的水库在蓄水后的3a中，共排放了2375万t二氧化碳和4万t甲烷，其产生的温室效应影响比同等电力的燃煤电厂还要多20%。加拿大一个淡水研究所对两个大型水库的研究表明，其中一座水库每千瓦·时电力所产生的温室效应，与一个燃烧火电厂基本相等。”

即使我们不考虑上述资料中实测数据的可信度，实际上，所谓水库和发电功率的问题根本没有可比性。有的水库有几十亿的库容也可能没有装机，有的水电站几乎没有水库，比如葛洲坝水电站（装机270万kW）就是径流式电站。所以要说“水库每千瓦·时”可能是一个从零到接近无穷大的变量，具体针对某一个特定水库才有意义。排放比较的结果也只适用于那个特定的水库和电站，离开了那个水库就没有了意义。这种比较的百分数根本说明不了问题。只有在水库很大，而水电站装机很小时，才会出现文章叙述的情况。如果仅仅根据这种极为少见的特例，就推论出“其产生的温室效应影响比同等电力的燃煤电厂还要多20%”和“一座水库每千瓦·时电力所产生的温室效应方面影响，与一个燃煤火电厂基本相等”这一结论，可以说完全是一种诡辩性的误导。

为了否定水电的清洁性，国内外很多媒体都大量引用这段关于水电产生温室气体的叙述，可是所有引用者都没有注意到，就在这本书的同一章节里，作者指出“这个结论不能随意推广，因为不同的水库和发电站发电量之间没有一定的比例关系，其误差可能达到8万倍”。

这种“水电的温室气体排放与一个燃煤火电厂基本相等”的说法，有极大的杀伤力。它直接影响人们对大型水电是清洁能源的定义。20世纪90年代，这种说法误导了不少国家，甚至联合国的有关机构也曾多次争论过水电的清洁性问题。2002年世界可持续发展高峰会议之前，联合国可持续发展委员会也一直把大型水电与小水电区别对待。1997年，世界银行委托国际上著名的反坝组织“世界水坝委员会”对全球125座大型水坝进行调查。尽管有的调查案例确实反映出水库淹没前后温室气体的排放会有所增加，但是，调查承认，这与不同水库所处的地区和淹没前的清理工作有关。最后，该组织于2000年提供的最终调查结论已经将大坝的这一“罪状”排除在外。

2002年在南非约翰类斯堡举行的联合国可持续发展委员会的高峰会议上，根据该调查报告和非洲国家的强烈要求，通过激烈的辩论，会议最终明确了大型水电站应该与小水电一样，享有清洁的可再生能源的地位。此后，在日本京都举行的《第三届世界水论坛》的部长级会议上，170多个国家的部长或代表团团长通过的“部长宣言”再一次明确了“水电（不仅是小水电，也包括大型水电）作为一种可再生、清洁能源的作用”。

6 水库的实际排放量随时间推移逐渐递减为零

从定性分析来看，水库淹没产生二氧化碳的主要来源是残留在水库中的有机物（按照要求，蓄水前都应该进行清理），这种情况即便在天然湿地中也会发生，其最高排放极限也不过是把所有有机碳水化合物中的碳元素全部转化为二氧化碳。有些资料中强调热带地区的水库温室气体排放严重，还有些资料中又强调寒冷地区的水库温室气体排放将持续很长时间。但是，把这两个结论结合到一起强加给水库就有问题了。热带地区的水库由于气温高，植物分解腐化快，短时间内的排放量必然会加大；寒冷地区的气温低，水库中的植物不易分解，所以，单位时间内的排放量较少，但是持续时间会很长。总之，可以肯定的说，水库排放的数量有限，不会出现排放量很大、持续时间很长的情况，而且，实际排放会随着时间的推移逐渐递减为零。这与依靠不断输入原料进行燃烧，产生大约煤炭数量2.5倍的二氧化碳的火电厂相比，完全是两种不同性质的排放，两者之间不具有可比性。

7 过量燃烧地下的矿物化石能源造成温室效应

任何探索温室气体排放的研究工作，应该首先保证大方向正确。数万年以来的人类社会发展已经证明，地球的自然生态系统本身的正常碳循环是平衡的。自然状态下的碳排放量，不论其大小，都为地球生命系统所必需。只有那些把几亿年来沉积于地下的矿物化石能源过量燃烧的行为，才会打乱目前地球生态系统的碳循环，增加大气中的碳浓度，造成地球的温室效应。

工业化以来，全球水电的开发应用是减少世界温室气体排放的最大功臣。尽管目前一些发达国家的水电资源几乎开发殆尽，已经进入大规模发展风能、太阳能等新型可再生能源的阶段。各种媒体所宣传的可再生能源，也以风能、太阳能、生物质能为主。但是，由于受到技术水平和能量密度的局限，水电仍然是当前最有效率、最起作用的可再生能源。在发电领域内，目前全球可以利用的其他所有形式的新型可再生能源的总和，还与水电的作用相差一个数量级，而且这种局面在短期内不会被改变。因此，在一些发展中国家还有很多水能资源等待开发的情况下，不科学、不客观的水库温室气体评价阻碍水电的开发应用，不仅会误导公众，而且还将对全球的温室气体减排产生极为不利的负面影响。