徐 志,馬 靜,賈金生,3,張 瑩,王 菲

(1.中國水利水電科學(xué)研究院,北京 100038; 2.清華大學(xué)水利水電工程系,北京 100084; 3.中國大壩工程學(xué)會,北京 100038; 4.亞洲清潔能源投資集團有限公司,北京 100036)

隨著人口增多與經(jīng)濟社會不斷發(fā)展,能源與環(huán)境壓力加大,水能資源作為一種清潔可再生能源,其開發(fā)利用受到廣泛的關(guān)注，同時也存在諸多質(zhì)疑,比如對生態(tài)環(huán)境的影響等問題,在目前的工程背景下探討水能資源開發(fā)是很有必要的。

水能是我國規(guī)模最大的可再生能源,2014年我國常規(guī)水電裝機已達2.8億kW,發(fā)電量約1萬億kW·h,在非化石能源消費中占比76%[1],對實現(xiàn)國家節(jié)能減排戰(zhàn)略和保障國家能源安全起著巨大作用。目前,中國大壩數(shù)量和水電裝機容量均位居世界第一,正在建設(shè)和將要建設(shè)一大批規(guī)模宏大的世界級大壩水庫[2]。

關(guān)于水能資源開發(fā)利用,國內(nèi)外做了很多研究。Zhao等[3]介紹了中國水電開發(fā)情況,指出中國現(xiàn)階段經(jīng)濟、環(huán)境、社會存在的問題,并論證中國加快水電發(fā)展的必要性,以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展;Yoshizu[4]指出日本水電潛力來源于高山及高強度的降雨,日本下一階段的水電發(fā)展重點在于建立可持續(xù)發(fā)展的可調(diào)速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng),同時提供輔助性的風(fēng)力和太陽能等清潔能源發(fā)電;Zimny等[5]基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)和研究,通過圖表描述了1995—2011年各個國家水力發(fā)電的發(fā)展情況,對各國水資源利用情況進行分析,并介紹了波蘭的水電經(jīng)驗和計劃;Daly等[6]對拉普拉塔河流域水電開發(fā)潛力進行了探討,評估了該地區(qū)水電發(fā)展的脆弱性和不足;賈金生等[7]認為應(yīng)對全球變化,應(yīng)該大力發(fā)展水電和儲水設(shè)施建設(shè),提出了實現(xiàn)以保護環(huán)境、堅持經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等方式對水能資源進一步開發(fā)的建議;徐長義[8]分析了我國水電開發(fā)現(xiàn)狀及能源結(jié)構(gòu),認為大力開發(fā)利用水能資源是我國能源戰(zhàn)略和持續(xù)發(fā)展的必然選擇,并對今后水電如何發(fā)展提出了建議;李海英等[9]從全球氣候變化背景出發(fā),對比不同國家水電開發(fā)程度,提出了我國應(yīng)當優(yōu)先發(fā)展水電,促進水電可持續(xù)發(fā)展;錢玉杰[10]對我國水能資源量、空間分布、水電發(fā)展以及能源安全進行了詳細闡述,提出要認清水能資源開發(fā)存在的問題,制定相應(yīng)水電開放政策。因此，在目前的背景下討論關(guān)于對水電開發(fā)的質(zhì)疑、大壩建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響等問題,是很有意義的。

長期以來,對國際水電開發(fā)數(shù)據(jù)缺少全方位持續(xù)比較和分析,各個國家水能資源及其開發(fā)利用數(shù)據(jù)存在來源不清、更新不及時、結(jié)果一致性差等問題,難以滿足從國際視角明確我國水電發(fā)展水平、為我國水電開發(fā)提供準確現(xiàn)狀定位的實踐需求。本文旨在通過對全球各大洲、各國水能資源、水電開發(fā)利用等信息的追蹤,提供來源可靠、統(tǒng)一、權(quán)威的水電開發(fā)數(shù)據(jù);通過對主要國家尤其是發(fā)達國家的水庫建設(shè)和水電開發(fā)等分析比較,從國際視角評估我國水能資源開發(fā)利用水平,為我國水庫大壩建設(shè)、水電開發(fā)提供準確的現(xiàn)狀定位。

1 資料來源與評價指標

1.1 數(shù)據(jù)來源

目前可以獲取的分國別水能資源信息,依據(jù)數(shù)據(jù)的來源可以分為政府間的國際組織數(shù)據(jù)庫和非政府的民間國際性學(xué)術(shù)組織或者研究機構(gòu)數(shù)據(jù)庫以及由各國政府相關(guān)主管部門運行維護的數(shù)據(jù)庫。對目前可獲得的主要數(shù)據(jù)來源進行對比分析顯示,International Journal of Hydropower and Dams編輯出版的《World Atlas & Industry Guide》提供了最完整的水能資源開發(fā)、大壩建設(shè)等信息,聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)AQUASTAT數(shù)據(jù)庫中關(guān)于各國水資源量等數(shù)據(jù)是各國進行相關(guān)研究最重要的信息,世界銀行(World Bank)WDI數(shù)據(jù)庫中關(guān)于經(jīng)濟核算等數(shù)據(jù)具有最高的被引用頻次,聯(lián)合國UNdata數(shù)據(jù)庫中有關(guān)社會發(fā)展的數(shù)據(jù)最具可信度。鑒于此,本文水能、庫容等數(shù)據(jù)來自于World Atlas & Industry Guide數(shù)據(jù)庫,水量等數(shù)據(jù)來自于AQUASTAT數(shù)據(jù)庫；經(jīng)濟核算等數(shù)據(jù)等來自WDI數(shù)據(jù)庫,人口、城市化水平、人類發(fā)展指數(shù)(human development index,HDI)等社會發(fā)展數(shù)據(jù)來自UNdata數(shù)據(jù)庫。若一些主要國家的數(shù)據(jù)缺失,則通過對該國官方數(shù)據(jù)庫或有關(guān)出版物的追蹤來補齊。

1.2 評價指標

以水能資源開發(fā)利用為主線選取指標。按照評價內(nèi)容,指標可以分為三大類,即資源量指標、開發(fā)利用指標、社會經(jīng)濟指標。按照獲取方式,可以分為直接指標和間接指標。直接指標是指通過監(jiān)測、調(diào)查而不需要加工處理即可直接獲取的指標,如水能蘊藏量、水電裝機、發(fā)電量、庫容、人口、GDP等,這類指標也叫一次指標。間接指標是指根據(jù)不同目的由直接指標經(jīng)過計算獲得的指標,如水電開發(fā)度、人均發(fā)電量、人均庫容等,這類指標也稱為二次指標。原則上指標選取要符合國際慣例,被國際社會廣泛使用,具有國際認同度。具體指標如表1所示。

表1 評價指標

1.3 現(xiàn)狀年

有水能信息記錄的國家和地區(qū)為183個,《World Atlas & Industrial Guide》收集的資料更新至2013年;人口數(shù)據(jù)、人類發(fā)展指數(shù)、經(jīng)濟指標是逐年統(tǒng)計,約有200個國家和地區(qū)信息。為統(tǒng)一起見,以2013年作為評價的現(xiàn)狀年,國家以《World Atlas & Industrial Guide》列出的名錄為準。

2 國際水電開發(fā)現(xiàn)狀

2.1 概述

世界水能資源理論蘊藏總量為43.6萬億kW·h/a,技術(shù)可開發(fā)量為15.8萬億kW·h/a,經(jīng)濟可開發(fā)量約為9.5萬億kW·h/a。2013年世界水電裝機總量為10.6億kW,水電年發(fā)電量為3.8萬億kW·h,占世界水電技術(shù)可開發(fā)量的24.1%、經(jīng)濟可開發(fā)量的40.3%[10-11]。世界水電開發(fā)狀況見表2和圖1。

表2 世界水電開發(fā)狀況

圖1 世界各大洲水電經(jīng)濟開發(fā)度

表3 指標位列前10的國家情況

世界水能資源分布及開發(fā)情況有較大差異。亞洲水能資源最為豐富,約占全球水能資源理論蘊藏量的40%,其已開發(fā)的水能資源約占技術(shù)可開發(fā)量的21.1%和經(jīng)濟可開發(fā)量的35.2%。歐洲、北美洲水能資源開發(fā)利用程度較高,經(jīng)濟開發(fā)度超過68%,而非洲水能資源技術(shù)開發(fā)度僅為7.7%、經(jīng)濟開發(fā)度僅為12.3%。與2007年相比,全球水電經(jīng)濟開發(fā)度提高了5個百分點,增長來自亞洲、非洲,但全球水電開發(fā)的總體格局沒有改變。

2.2 主要指標分析

主要對與水電開發(fā)密切相關(guān)的水能理論蘊藏量、水電裝機、發(fā)電量、總庫容4個指標進行分析,列出排名前10位的國家各個指標數(shù)據(jù)如表3所示。

a. 水能理論蘊藏量。在有統(tǒng)計信息的183個國家和地區(qū)中,中國是世界水能理論蘊藏量最高的國家,其水能理論蘊藏量為6.08萬億kW·h/a,巴西水能理論蘊藏量排第二位,水能理論蘊藏量為3.02萬億kW·h/a。水能理論蘊藏量位居前10位的國家分別為中國、巴西、俄羅斯、印度、印度尼西亞、秘魯、剛果民主共和國、哥倫比亞、加拿大、厄瓜多爾。這10個國家的水能理論蘊藏總量為23.02萬億kW·h/a,占世界水能理論蘊藏量的52.8%。

b. 水電裝機。2013年全世界水電裝機排名前10位的國家分別為中國、巴西、美國、加拿大、俄羅斯、印度、波蘭、日本、法國、土耳其。中國水電裝機為2.8億kW,位居世界第一。巴西水電裝機為0.87億kW,排在第二。排名前10的國家水電裝機總量為7.19億kW,占世界水電裝機的67.9%。

c. 發(fā)電量。2013年中國水電發(fā)電量為9 116億kW·h,位居世界第一,是世界第二位的巴西(3 910億kW·h)的2.3倍，排名前10位的國家分別為中國、巴西、加拿大、美國、俄羅斯、印度、波蘭、日本、土耳其、委內(nèi)瑞拉，排名前10的國家水電發(fā)電總量為2.7萬億kW·h,占世界水電發(fā)電總量的69.9%。

d. 總庫容。2013年全世界總庫容為7.2萬億m3,美國總庫容為14 598億m3,位居世界第一,中國總庫容9 323億m3,排在第二位?？値烊菸痪邮澜缜?0位的國家還有巴西、俄羅斯、加拿大、印度、贊比亞、津巴布韋、委內(nèi)瑞拉、埃及,這10個國家的總庫容為5.5萬億m3,占世界總庫容的77.4%。

3 水電開發(fā)的國際比較

3.1 主要國家水電開發(fā)情況

為明確目標,尋找差距,需選擇代表性的國家進行比較。代表性國家選取綜合考慮以下因素:①選取的國家在國際社會中具有重要作用;②與我國的自然條件、水能資源條件等具有可比性;③兼顧發(fā)展水平及地域分布。本文選取不同大洲、不同發(fā)展階段的20個國家,分析水電開發(fā)現(xiàn)狀,這20個國家國土面積占世界的55.56%,人口占世界的61.83%,GDP占世界的71.94%,水能理論蘊藏量占世界的51.1%,水電年發(fā)電量占世界的73%,具有很強的代表性。這20個主要國家主要水電開發(fā)指標和其他信息見表4。

表4 主要國家水電開發(fā)狀況

3.2 水電開發(fā)與社會經(jīng)濟發(fā)展水平

a. 人類發(fā)展指數(shù)。人類發(fā)展指數(shù)HDI是由聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)在《1990年人文發(fā)展報告》中提出的,用以衡量聯(lián)合國各成員國經(jīng)濟社會發(fā)展水平的綜合指標,人類發(fā)展指數(shù)包括“出生時預(yù)期壽命”“平均受教育年限”“預(yù)期受教育年限”及“人均國民收入”4個成分指標[15-16]。HDI避免了把人均GDP作為衡量人類發(fā)展單一指標的缺點，其數(shù)值區(qū)間為[0,1],數(shù)值越趨向于1,說明人類社會發(fā)展水平就越高。

以2013年聯(lián)合國發(fā)布的HDI為例,HDI大于0.9的國家多為發(fā)達國家,如挪威(0.944)澳大利亞(0.933)、瑞士(0.917)、美國(0.914)、德國(0.911);HDI介于0.8～0.9的國家多為較發(fā)達國家,如奧地利(0.881)、西班牙(0.869)、阿根廷(0.808);HDI值在0.5～0.8的國家,大多是處在拉丁美洲、亞洲、非洲的發(fā)展中國家,例如巴西(0.744)、中國(0.719)、牙買加(0.715);HDI小于0.5的國家多為亞洲、非洲的欠發(fā)達國家,如蘇丹(0.473)、科特迪瓦(0.452)、剛果民主共和國(0.338)等。

b. 社會經(jīng)濟發(fā)展水平與水能資源開發(fā)利用。研究HDI與儲水設(shè)施建設(shè)、人均發(fā)電量之間的關(guān)系,能夠很直觀地根據(jù)不同發(fā)展階段國家水電開發(fā)的不同對我國水電開發(fā)利用水平進行評價、定位。

2013年,HDI>0.9的國家人均庫容擁有量為3 399 m3、人均發(fā)電量為1 330 kW·h;HDI在(0.8,0.9]的國家,人均庫容擁有量2 958 m3、人均發(fā)電量1 307 kW·h;HDI在(0.7,0.8]的國家,人均庫容擁有量1 090 m3、人均發(fā)電量771 kW·h;HDI在(0.6,0.7]的國家,人均庫容擁有量552 m3、人均發(fā)電量294 kW·h;HDI在(0.5,0.6]的國家,人均庫容擁有量僅301 m3、人均發(fā)電量僅119 kW·h。

依照這個觀點,分析各個國家2013年的人類發(fā)展指數(shù)與水庫大壩、水電發(fā)展之間的相關(guān)性。結(jié)果表明,相對于發(fā)達國家儲水設(shè)施建設(shè)和水電發(fā)展的高水平,發(fā)展中國家仍需繼續(xù)大力開發(fā)利用水能資源。但是以色列HDI為0.89,人均庫容僅為25 m3、人均水電發(fā)電量不足10 kW·h;贊比亞HDI為0.6,人均庫容為13 069 m3、水電發(fā)電量134 kW·h，經(jīng)濟發(fā)展水平和水能資源開發(fā)利用程度不相匹配。不過總體來看,水能資源開發(fā)利用水平、儲水設(shè)施建設(shè)程度與人類發(fā)展水平呈很強的正相關(guān)。此外,與2007年的數(shù)據(jù)相比[20],不同人類發(fā)展水平國家儲水設(shè)施建設(shè)、水能開發(fā)利用的總體趨勢沒有改變,但不同人類發(fā)展水平國家間的差距有進一步加大的趨勢。

c. 中國水能資源開發(fā)利用的國際定位。2013年中國人類發(fā)展指數(shù)0.719處于(0.7，0.8)區(qū)間，屬于中等人類發(fā)展水平國家,水庫總庫容9 323億m3,居世界第2位,人均庫容687 m3,低于HDI介于0.7～0.8國家的平均值約20.6%,與HDI介于0.6～0.7國家的水平接近。水電發(fā)電量為9 116億kW·h,居世界第一,人均發(fā)電量為672 kW·h，低于HDI介于0.7～0.8國家的平均值約9.2%。人均庫容、人均發(fā)電量與人類發(fā)展指數(shù)比較結(jié)果顯示,我國儲水設(shè)施建設(shè)、水能資源開發(fā)利用與社會經(jīng)濟發(fā)展水平相比略有滯后。

4 結(jié)論及建議

通過國際追蹤,對主要國家特別是發(fā)達國家水能資源開發(fā)、儲水設(shè)施建設(shè)分析比較,從國際視角,明確我國水能資源開發(fā)利用水平,為水電開發(fā)、水能資源管理提供準確的現(xiàn)狀定位。追蹤結(jié)果表明,2013年,全球水電總裝機10.59億kW,經(jīng)濟開發(fā)度40.3%,水庫總庫容7.2萬億m3。我國水電裝機、水電發(fā)電量位居世界第一,水庫總庫容列在美國之后位居世界第二,經(jīng)濟可開發(fā)度52%,高于世界平均水平12個百分點,但仍低于歐美發(fā)達國家60%～70%的開發(fā)利用程度。同期我國HDI為0.719,屬中等人類發(fā)展水平國家,人均庫容、人均水電發(fā)電量指標均低于HDI為0.7～0.8國家的平均值。儲水設(shè)施建設(shè)、水能資源開發(fā)利用與社會經(jīng)濟發(fā)展水平相比仍略有滯后,水能資源的開發(fā)利用和儲水設(shè)施的建設(shè)并沒有超越發(fā)展階段。我國是水能資源開發(fā)利用的大國,多項總量指標上位居世界前列,但在開發(fā)利用程度、與社會經(jīng)濟發(fā)展匹配程度方面與發(fā)達國家相比,差距依然存在。中國應(yīng)繼續(xù)穩(wěn)步進行水能資源合理開發(fā)利用,做好水能資源開發(fā)的前期規(guī)劃,注重水能資源開發(fā)的質(zhì)量,重視水能資源開發(fā)過程中的環(huán)境保護[14]。

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