水电是有效利用其它绿色能源的基础和前提

　　一、前言通过前一阶段的讨论，关于水电破坏生态的不实之词基本得到澄清，水电的绿色能源地位再次成为共识。

　　本文提出的观点是：水电不仅是绿色能源，而且是开发和利用其它绿色能源的保障。充分开发水电是有效利用其它绿色能源的基础和前提。

　　二、绿色能源开发无污染可再生的绿色能源，不仅可以节省不可再生的化石燃料，减少二氧化碳为主的温室气体排放，减少硫化物排放引起的酸雨，而且还能为子孙后代留下宝贵的有机化工原料，因此一直是科技界的奋斗目标。通过几十年的不懈努力，已经取得了丰硕的成果。

　　以下我们分别对这些新能源进行简单的评述。

　　聚变反应堆被称为“最终解决方案”。虽然其“燃料”是“不可再生”的，但由于氢同位素蕴藏量几乎无穷无尽，聚变产物无污染（有些热核反应是有污染的），成为解决能源问题的最佳选择。无奈好事多磨，从上个世纪中叶至今历经五十多年的研究，虽然将热核反应物质的约束时间、温度、压力提高了几个数量级，但至今尚未达到可以开发商用聚变反应堆的水平。而且也还不清楚何时能够达到这一水平，所以聚变反应堆仍是望梅止渴。

　　裂变反应堆的应用已经比较成熟，加之快中子增殖反应堆可以更充分利用核能，核电已经成为世界能源结构中的重要力量。但是由于核燃料仍是不可再生的，而且我国的蕴藏量并不丰富，再加上核废料处理问题尚未完全解决，核电还不能算是严格意义上的绿色能源。成本问题也一直是我国大规模发展核电的一个障碍。

　　太阳能是真正可再生无污染的绿色能源，缺点是分布过于分散，用于发电时效率不高，因此其价格仍是应用的瓶颈。但是随着技术的不断提高，未来解决价格问题是有希望的。地热、潮汐、海水温差、沼气等也是绿色能源，但由于经济上适于开发的资源有限，难以指望用来解决大问题。

　　风能是国外近年来发展很快的新能源，其可再生和无污染是毋庸置疑的，而且我国风能蕴藏量很大，远大于水能。大力开发风力发电是我国经济可持续发展的必由之路。目前风电成本虽然还高于火电，但随着技术发展和规模扩大，加之外部性成本核算，其经济性也是可行的。

　　综上所述，目前比较有希望的绿色能源当推太阳能和风能，其中风能更是近期就可以大力发展的。但是无论太阳能还是风能都是严重“靠天吃饭”的能源。太阳能受昼夜和阴晴的影响，不能提供持续的电能；风力也是随天气变化，时大时小，时有时无。风力发电机不仅在风速过低时不能发电，而且在风速过高时也需要停止发电以保护设备。

　　这些发电装置联网时，如果在电网中所占比例很小，则无伤大局，电网已有的调峰能力可以应付。但是当这些不稳定因素在电网中所占比例增大（超过10%）时，电网的适应能力就要受到挑战，不得不给以充分考虑。

　　综上所述，可以得出一个结论。电网调峰和蓄能的能力，是利用绿色能源的瓶颈。如果没有足够的调峰蓄能能力，利用太阳能和风能所发出的电力会被大量废弃，使得原本就存在的成本问题更为严重，制约绿色能源的发展。

　　三、调峰蓄能问题及对策调峰是指电网调整负荷，在用电需求增大时增加发电量，反之则减少发电量。蓄能则是在用电需求小于发电量时将多余的电能储存起来，在需求大于供给时补充电能。蓄能是调峰的重要手段。

　　从原理上讲，任何发电装置都是可以从0到100%调整负荷的，但是调整的代价很不相同。

　　火电和核电都是采用热机（主要是蒸汽轮机）带动发电机发电，采用停运部分机组的方式调整发电量比较困难。因为蒸汽轮机开机和停机过程复杂，耗时长达数十小时，无法适应主要是昼夜周期的调峰任务。而且开停机过程浪费能源很多，频繁开停机对设备寿命也有不良影响，大大降低经济效益。

　　如果用低负荷运行来调峰，则意味着长时间大马拉小车，降低发电效率，而降低发电效率也就意味着经济效益恶化，单位发电量的污染增加。因此在电网运行中要采用峰谷电价、蓄能装置等手段来调峰，尽量减少火电厂的负荷波动。

　　近年来广受关注的“氢能”，也是一种可储存的二次能源。如果在电力有富余时电解水获得氢气，在用电高峰时由氢燃料电池发电，理论上也是一种靠蓄能调峰的方法。但是氢的应用还存在很多技术问题。关键是氢气不易液化，储存比较困难，目前大力研究的储氢金属在成本和性能方面尚未达到商用阶段。此外氢的易燃、易爆、氢脆等性质在应用中会造成较大风险，加之氢也是破坏臭氧层气体，对其大规模使用也形成一定的制约。

　　蓄电池是最典型的储蓄电能的装置，但是由于传统的铅酸蓄电池和镍镉蓄电池存在寿命短、自放电多、污染严重、维护困难等问题，限制了其大规模应用。镍氢电池污染较少，但由于我国镍的蕴藏量很少，也限制了其应用规模。近年各种新型电池仍在不断开发，其中的锂电池和钒电池是比较有希望的，锂和钒在我国蕴藏量比较丰富。锂离子电池和锂聚合物电池在技术上已经比较成熟，伴随着诸多优点，其缺点也比较明确了，那就是成本较高。锂电池是目前已实用化的性能最好也是最贵的电池，这对于大规模应用也是一个制约，有待今后进一步降低成本。

　　钒氧化还原电池是一种采用全新工作原理的电池，它的能量不像上述蓄电池那样储存在极板里，而是存在硫酸钒电解液中。电池的容量取决于电解液的量，而最大充放电电流取决于极板和隔膜面积，因此有“液体燃料电池”之称。由于其独特的工作原理，电池极板不参与电化学反应，电池寿命只取决于隔膜，估计在十年以上，而且更换隔膜不会造成污染。电解液与电池分别存放，寿命无限，没有自放电，可以无限期储存电能。

　　目前钒电池正在逐步进入商用阶段，在大规模应用中很有优势，已经有数百千瓦的实验装置。但其设备成本仍高于抽水蓄能电站。

　　抽水蓄能电站是最“古老”但目前仍是最经济的电能存储方式。其原理非常简单，修一个高位水池和一个低位水池，在电力富余时用水泵把低位水池的水抽到高位水池，在电力不足时让高位水池的水通过水轮机发电后流回低位水池。北京已经在十三陵水库附近修建了抽水蓄能电站。抽水蓄能电站的缺点是建设受地形制约，当电站距离用电区域较远时输电损耗是个问题。

　　四、用作蓄能调峰的水电由于水电有开停机方便的优点，在有水电和火电供电的电网中，调峰的任务历来是由水电承担的。

　　实际上丰满水电站多年来承担了东北电网的调峰任务。这也是为什么水电的实际发电量总是小于装机容量与时间的乘积的原因，看起来像是设备能力的浪费，实际上产生了巨大的外部效益。

　　如果我们要大力发展太阳能和风电这样“靠天吃饭”的绿色能源，提高电网调峰能力就成为必要条件。在当前技术水平的条件下，首先需要大力发展水电，提高具备调峰能力的水电在总发电能力中所占的比例。仅仅采用开停机来进行调峰，实际上还远远没有充分发挥水电调峰的作用。

　　把水电站改造成抽水蓄能电站，使其兼备蓄能能力，可以成倍提高水电站的调峰能力。例如一个一百万千瓦的水电站，其调峰能力是1-0=1，也是一百万千瓦。但是如果我们给它加装一百万千瓦的水泵，并把发电机扩容到二百万千瓦，那么在不损失其发电能力的前提下，总的调峰能力就可以达到2-（-1）=3，即三百万千瓦。

　　把水电站改造成抽水蓄能电站，水库本身相当于高位水池。可以在水坝的下游修筑副坝或围堰构成低位水池。此时蓄能的容量受低位水池容量的限制。如果水电站本来就是梯级设计的，而且下游水库的库尾能连接上游水库的坝底，那么下游水库本身就成了低位水池，此时蓄能容量是非常大的，而且改造所需成本很低，只是水泵和水轮发电机扩容的成本，比新建抽水蓄能电站的成本低得多。

　　特别是怒江这样的峡谷地带，水库主要用于发电，防洪、航运、调水、顶潮等附加任务较少，可以避免由于弃水引起的蓄能损失，地形适合于梯级开发，对实现电力蓄能调峰十分有利。其不利条件是距离用电地区较远，减少输电损失是个重要课题。

　　综上所述，水电不仅是绿色能源，而且是开发其他绿色能源的有效支撑和前提条件。开发绿色能源促进环境保护必须从大力发展水电开始。