能源永续系列——清洁的水能

能源的定义是自然界赋存的已经查明和推定的能够提供热、光、动力和电能等各种形式的能量来源。能源自古以来是人类生存的保障，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。上期我们讲到太阳能的另一种形式风能，这期让我们跟随人民网特约评论员廖逊来了解清洁的水能。

清洁的水能

有一种传统能源，被公认为可再生的清洁能源，那就是水能。水能指的是靠水体的动能、势能和压力能等产生的能源。广义的水能，包括河流能、潮汐能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能，专指河流能。

河流能最容易开发利用，人们在河流沿岸建立水力发电厂，简称水电厂或水电站。其优点突出，成本低、可连续再生、无污染排放，尤其是水电的储存异常简单——储水就是储电；但缺点也突出，容易污染河流本身，其分布也容易受水文、气候和地貌等多方面因素限制。特别是水流落差大、最适合发电的地方——如瀑布地带——偏偏不适合人居，而水电用户又集中在远离发电地点的城市。对于工业革命时代的发明家和企业家来说，都曾是一大难题。

人类使用水能的历史久远，最突出的是水车。古代希腊罗马、古代中国印度日本，都留下的丰富的记载。中国和印度的偏远农村，至今存留着水车。水车用来灌溉，水磨、水碓同样用于农业生产。但所有这些，都靠水的机械能，而水的电能开发利用，则是工业革命以后的事。即使是水的机械能，在美国早期开发也起了重要作用。如马萨诸塞州的洛厄尔城，就远在英国科学家法拉第发明水力发电机之前，利用过水的机械能，驱动纺织机械，使这个不起眼的村庄，迅速崛起成为该州第二大城市。

到了上世纪20年代，水电已经成为美国最受欢迎的电源，其比重一度高达全部电力供应的40%。火电之所以能够取代水电，是因为煤炭发电和石油发电，都比水力发电更加灵活，不受水文、气候和地貌的限制。储存煤炭和石油，毕竟要比修水库储存水便利得多。

但是，为什么火电没有完全取代水电呢？一个非常重要的原因，就是成本。前文说过，水电成本低，尤其是大江大河边上就近取水发电，直接供应附近城市居民用电，即使是在石油价格最低廉的时代，也相对便宜。特别是在落差大，水流急的地方，修筑大坝和建立大型水电站一举两得，既满足灌溉又满足发电，成本就低于火电。因为无论如何，后者要靠远来的石油和煤炭发电。即使在人们完全没有碳排放意识的漫长年代，水电也因成本低大受欢迎。

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在历史的昨天，水电是可再生能源中，唯一没有被煤炭和石油等化石能源淘汰；而在历史的今天，水电作为传统能源，又是唯一没有被“低碳经济”淘汰。可谓左右逢源，长盛不衰。当然要在世界上大多数国家，成为两种能源之间的过渡。我国到2020年要使非化石能源消费占比达到15%，其中半数以上将依靠水电。

不过有一点须特别注意：水电虽无排放污染，却对水体本身造成污染，如不采取必要措施，仍会损害环境。水电工程越是大型，越是影响上、下游环境。大坝上游要牺牲耕地形成湖泊，大坝下游也要带来相应的生态变化：大量建成工厂，会带来工业污染、涌入大批工人；大量形成新的肥田沃地，会带来现代农业污染、涌入大批农民。

一切事物都有正反两个方面，发展水电也不例外。

　　水力发电

水电不能单独储存，只能储存于水，这个特质决定了水力发电必须跟着水源走：有水就有电，没水就没电。

谢天谢地，中国是一个水资源丰富的国家。据统计，已查明可开发的水能，我国占第一位，俄罗斯第二位，巴西第三位，美国第四位，加拿大第五位，扎伊尔第六位。最新综合评估显示，我国水能资源理论蕴藏量近7亿千瓦，占常规能源资源量的 40%。其中，经济可开发容量近 4亿千瓦，年发电量约 1．7亿千瓦时，是世界上水能资源总量最多的国家。

中国水资源为什么如此丰富？因为我们拥有“世界屋脊”兼“世界最大的水塔”——青藏高原。辽阔无际的青藏高原终年积雪，涌出的水流，养育了大半个亚洲的人口。中国的长江、黄河、澜沧江，中南半岛的湄公河（在中国叫澜沧江）、萨尔温江（在中国叫怒江，源头是那曲河）、印度的恒河、布拉马普特拉河（在中国叫雅鲁藏布江、流到孟加拉国叫贾木纳河），巴基斯坦的印度河，统统发源于青藏高原。单凭这一点，我们就要庆幸中国是个伟大的多民族国家，庆幸600多年前，出现过一个强悍的少数民族政权——元朝。今天我们花再多的钱去援藏也值得，总比失而复得将要付出成本小得多。

然而中国的水资源状况还有另外一面：

第一、资源丰富但分布不均。可开发水能资源中，东部的华东、东北、华北三大区共占6.8%，中南占15.5%，西南占67.8%，其中西南的云贵川三省，共占除西藏之外的全国50.7%。

第二、水能资源的理论蕴藏量分布不均，主要分布在西南、中南、西北（黄河上游）地区。

第三、大型电站比重大，分布集中，单站装机10兆瓦以上的大型水电站，70%以上修建在大西南。

第四、资源开发和利用程度较低，目前尚不足30%。

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第五、受季风气候影响，降水量和径流量年内分配不均，集中在夏秋季4－5个月，有些江河冬季几乎枯水。

第六、中国人多地少，平原建水库怕淹地，深山建高坝成本大。

第七、中国大部分河流中下游，往往有防洪、灌溉、航运、供水、水产、旅游等综合利用要求，水能开发需全面规划。

除上述七个特征之外，还要补充一条，我国的水资源浪费也是“世界大户”：首先是农业浪费严重，水利设施大多建成于上世纪60－70年代，设计标准低又严重老化，“大水漫灌”，管理粗放，普遍跑水漏水。其次是工业浪费严重，万元工业增加值用水量是发达国家的5－10倍。其三是城市居民生活用水浪费严重，全国城市供水管网漏损率高达20%，仅此一项，每年就浪费100亿吨水。

21世纪加入WTO以来，中国成为“世界工厂”，一方面付出了包括水资源在内的环境代价，另一方面又创造了巨大的物质财富，拥有了雄厚的财力，许多从前想干而没钱干的事，终于有条件提上日程。其中的当务之急，就是水资源综合治理。发展确实是硬道理。

　　中国水能资源

中国水能资源位居世界第一，理论蕴藏量为6.78亿千瓦，年发电量5.92万亿千瓦时。2009年水力发电世界第一，占比18.8%。

1991年我国已开发水电装机容量3788万千瓦，年发电量1267亿千瓦时，占全国发电总量的20%；仅占经济可开发水电发电量的9.9%。2000年水力发电2224亿千瓦时，占全国发电总量的16%。2009年水力发电6156亿千瓦时，占全国发电总量16.5%。18年水力发电增长了4.8倍，在全国总发电总量中的占比，却下降了4个百分点。

我国水电开发采取大、中、小并举的方针，重点开发黄河上游、长江中下游和红水河、澜沧江等。无一例外，都是青藏高原流出的江河。规模达100万千瓦以上的二滩、岩滩、李家峡、澋湾、五强溪等10座水电站，总规模达2000万千瓦以上。

倍受争议的长江三峡工程，是跨世纪时特大型水利、水电工程，具有防洪、发电、航运、供水及发展旅游的综合效益。建成后向华东输送600万千瓦电，向华中输送800万千瓦电，对于这两个地区的能源供应，起到重要的平衡作用。两地都是我国经济发达地区，电力需求增长迅猛。三峡水电工程建成之后，华东电网与华中电网联合运行，产生了巨大的错峰效益。因为华东电网的最大负荷出现在每年的6～8月，而华中电网的最大负荷出现在11～12月。华东、华中两电网能源结构不同，华中电网水电比重大，汛期有大量季节性电能，联网后可将部分季节性电能转化为华东电网夏季季节性负荷所需的电力，提高华东电网火电机组检修备用容量。将来全国大电网形成后，可实现跨流域水电丰枯季节互补。我国幅员辽阔，建立统一电网，可以产生巨大的经济效益和社会效益。

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海南孤悬海外，电网自成体系。1988年建省时，只有500千瓦以上小水电站45座，火电厂10座，总装机容量50.7万千瓦。岛内河流众多，地势中间高四周低，落差大，水力发电资源丰富。记得当时，“火电派”和“水电派”争论不休，我几次试图选择立场都没成功，因为各有各的道理：水电立足本地资源，却受制于气候变化；火电技术条件稳定、“不靠天吃饭”，却要依赖岛外煤炭。当时碳排放问题还没有纳入人们视野，而水电造成的水体污染却已实实在在。可持续发展观1992年才在全世界被确认，1994年才在中国被确认。

为了实现基础设施先行的特区发展战略，头10年集中力量建设电力，到1998年已达到153.67万千瓦，大约相当建省前的7.5倍。当时是全国少有的电力超前发展省份之一。

到了2010年年底，全省电力统调装机总容量340.28万千瓦，其中水电71.10万千瓦，火电（煤电和气电）264.4万千瓦，风电5.82万千瓦。水电占比20.89%，与全国1991年占比接近。再加上风电装机容量，可再生新能源占比就接近21%。这个比重，远远超过了2010年全国水电、风电加核电的占比8.6%。目前昌江县正在建设核电项目，规模为2台65万千瓦压水堆核电机组。建成后，海南可再生新能源占比将超过4成，我们在全国，就是遥遥领先的“低碳省”了。

　　丰富的波浪能

作为一个海岛省份，海南拥有丰富的波浪能。波浪能是海洋能源中，能量最不稳定的能源。它由海洋吸收风能而形成，传递速度取决于风速、风水互动距离，可以用波高、波长和波的周期等特征来描述。

波浪能够产生巨大的破坏力，把数十吨重的巨石抛上20米之高，把万吨轮船甩上海岸，难怪苏东坡《赤壁怀古》中的“乱石崩云，惊涛拍岸，卷起千堆雪”，在长江沿海略显夸张，到了大海则真有其事。所以许多海港工程，如防浪堤、码头和港池，都要按防浪标准来设计。古往今来，波浪能造成过无数海难惨剧，而一旦被人类驯化，又能变成同样巨大的生产力。驾驭海浪为人所用，可以极大地节省人力财力物力。有科学家说，单是包括波浪能在内的水能，可以满足全世界所需能源的3倍。

正因为如此，全世界的发明家才扎堆研究波浪能利用，由此获得的专利证书多达数百件，所以科学家们称该领域为“发明家的乐园”。1799年法国人吉拉德父子首开纪录。1854－1973年的119年间，英国登记波浪能发明专利340项，美国为61项。而在法国，有关波浪能利用的专利证书多达600多种。

而在实际应用中，最受欢迎的领域是海上航标和孤岛供电。有专家估计这方面的市场需求可能多达数十亿美元。这个乐观估计极大地刺激了各国专家的波浪能研究，也确实取得了一些成就。

1973年第一次世界石油危机，刺激了全球众多新能源的研究，其中也包括波浪能。我国上海、青岛、广州和北京五六家科研单位积极投入，最突出的成果，就是早已投入批量生产的航标灯发电装置。

这项新能源开发，对三沙市建设异常重要。我们主张“趸船为基、一市两区、临空布局”，航标灯必不可少。波涛滚滚，能源不断，是永续利用的可靠电源。

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不知朋友们估算过没有？三沙市到底需要多少以“趸船为基”的海上城区？100个怎么样？听起来数量不少，但实际上并不多。试想，南海中国海域纵身250万平方公里，100个蓝球场或足球场大的海上城区星散布局，平均每2.5万平方公里才能摊上一个。海南岛自身面积才3.4万平方公里。100个三沙海上城区太多了吗？不，一点也不多。当然，这些城区可大可小，大到可以作简易机场，小的可以作海洋运输补给基地，灯塔照明当然不可缺少，还能日日夜夜宣示主权。

波浪能密度很高，可惜的是，在大洋中深处难以提取，目前的技术水平达不到，只能在近海提取。海南环岛都可以使用波浪能的灯塔照明，大洋深处却很麻烦，需要等待技术上的新突破。

据有关专家介绍，我国波浪最丰富的区域，首推台湾省，然后才是福建、浙江、广东、山东沿海，而广西沿海就要差得多。因为在风不够大，浪不够高的地方，人是舒服了，电却发不起来。海南本岛沿海，地处广东沿海和广西沿海之间，波浪能开发的条件，总体上也处是两者之间。面对波涛汹涌的南海，我们只能耐心等待。

好在海洋能还有另外一种形式，那就是潮汐能。

　　潮夕能

潮夕能与波浪能同属海洋能，来源却完全不同：波浪能由海洋吸收了风能而形成，所以传递速度取决于风速，以及风与水相互作用的距离；而潮夕能则来自天体与地球引力，由地球－月亮－太阳系统的吸引和热能相互作用而形成，所以取决于三者运行带来的潮夕变化，如太阳、地球和月亮三者排成一条直线时，便形成春潮，而如地球与月亮、地球与太阳排成直角时，产生的潮夕就很低，便形成小潮。前者因为三个星球引力相互叠加，后者因为三个星球引力相互抵消。

还有，各地平均潮距不同，如某些地区的海岸线会导致共振作用而增强潮距，而其它地区海岸线却会降低潮距。影响潮距还有一个因素——科氏力，源自液体流动的角动量守恒。洋流的移动与地球转轴的角度不同，海水涨落的高低也不同。

波浪能的规律注重空间，而潮夕能的规律注重时间，要求太阳－地球－月亮排列适当。仅此而论，潮夕能似乎更具普遍性。但潮夕能同样有两个苛刻的物理条件要求：一是潮夕幅度必须大，至少要有几米的高度；二是海岸地形必须能够蓄积大量的海水，适合土建工程。

潮夕发电原理类似水力发电，区别仅仅在于，江河流向单一，潮夕流向多变。单向潮夕也有，只是极少，所以电站必须适应潮夕流向的改变，我国只有浙江温岭沙山潮夕电站就是单向单库电站，其余绝大多数需要建立单向双库，或者双向双库。

潮夕发电不消耗燃料，无污染，不受洪水或枯水影响，成本低廉，用之不竭，是海洋能中最容易开发的能源。因而是在新中国建立之初，就开始利用潮夕能，成为世界上最早发展潮夕能的国家之一。福建省1956年建立浚边潮夕能水轮泵站，此后东部沿海遍地开花。1958年召开“全国第一次潮夕发电会议”时，就已建成44座，还有88座在建。装机容量大到144千瓦，小到5千瓦，主要都用于照明和带动小型农用设施。

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国外早在20世纪初就有科学家研究潮夕发电，但行动较晚，与我基本同步。世界最大、最先进的潮夕发电站是座落于法国圣马洛湾口的朗斯潮夕电站，到1968年才建成。其次是加拿大的安纳波利斯潮夕电站，更迟至1984年才建成。排在世界第三的是我国浙江乐清湾的江厦潮夕电站。造价之低廉，与600千瓦以下的小水电站相当，第一台机组于1980年开始发电，1985年底全面建成，年发电量可达1070万千瓦时，每千瓦时电价只要0.067元。每年自身经济效益，包括发电67万元，水产养殖74万元和农垦收入190万元，共计可达330万元。社会效益以每千瓦/时电可创社会产值5元计，可达5000万元。

与波浪能发电一样，潮夕能发电同样要求风大浪高，水流量充沛，因而大多集中在华东沿海。仅上海、浙江、福建三省市，就集中了全国潮夕能电站的88%。海南岛周边风浪不够大，浩瀚的南海不乏狂风巨浪，又离陆地太远。尽管海南拥有最辽阔的蓝色国土，目前在发展海洋能发电方面，却仍未找到突破口。

　　可燃冰

海洋能，说来说去，不是南海没资源，就是有资源却不适合开采。某朋友不耐烦了，说“你就不能说些积极的吗？比如说，页岩气怎么样？”

页岩气的确是一种清洁能源，开发前景广阔。它是从页岩层中开采出的天然气，分布范围广、开采寿命长，据科学家们说，中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15－39万亿立方米，与美国的28.3亿万立方米不相上下。然而经专家们长达7年的勘测和认证，最佳开采地点不在南海，而在重庆东南一带地区。今年9月，国土资源部在官方网站公开招标出让页岩气探矿权。推出20个区块，总面积为20000平方公里，分布在重庆、贵州、湖北、湖南、江西、浙江、安徽、河南8个省（市），既没海南，也没南海。

不过，相对不那么引人注目的可燃冰，主要蕴藏地点倒恰恰就在南海。可燃冰是天然气水合物，外面像冰却不是冰，生分布于深海深层的沉积物，或陆域的永久冻土中。是天然气与水在高压低温条件下，形成的类冰状的结晶物质。外表虽像冰，遇火就燃烧，所以得名“可燃冰”，其实就是“固体瓦斯”或“气冰”。形成于海底的可燃冰，当然属于海洋能。但它同石油、天然气一样，并非海洋专有。我们讨论的是三沙建设，当然最关注海洋可燃冰。

可燃冰使用方便，燃烧值高，清洁无污染。据悉全球可燃冰储量是现有天然气和石油储量的两倍，比页岩气的开发前景还要广阔。美国、日本等国，都已在各自海域发现并开采出可燃冰。据科学家们测算，中国南海可燃冰的资源量为700亿吨油当量，大约相当中国目前陆上石油、天然气资源量总数的1/2。

更为喜人的是，2007年5月，我国首次开采出可燃冰的地点，正好是交通最便捷的南海北部，专家们认为这不仅证明南中国海北部蕴藏量，还标志着我国“天然气水合物”——这是可燃冰的学名——的调研勘测水平，已经达到世界先进行列。

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可燃冰燃烧后的残渣，几近于无，污染比煤炭、石油、天然气都小得多。1立方米可燃冰可以转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。全世界拥有的常规石油天然气资源，将在40－50年后枯竭，而海底可燃冰足够使用1000年。因为科学家们估计，海底可燃冰分布范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，被誉为“21世纪能源”或“未来能源”。目前世界上已经有30多个国家和地区，开始进行可燃冰的研究与调查勘探。

可燃冰当然不是突然从天上掉下来的，早在1810年就在实验室被发现。1934年老苏联就在被堵塞的天然气管道里发现了它，1965年在西伯利亚冻土中再次发现，1970年进入商业开采。同在这一年，美国人在深海钻探时，也发现可燃冰，人们才知道它也产在海上。此后在海上的发现越来越多，才知道最大的蕴藏处并非陆地。

如今可燃冰开发已被纳入“十二五”能源规划。不过据国土资源部说，由于种种原因，可燃冰的商业开采，大约要在十年之后开始。

　　总结

10月25日，国务院新闻办公室公布《中国能源政策（2012）》白皮书，进一步确认了我国可再生新能源的发展方向：一、积极发展水电；二、安全高效发展核电；三、有效发展风电；四、积极利用太阳能；五、开发利用生物质能等其他可再生能源；六、促进清洁能源分布式利用。

三沙市的建设，倘若果真能“趸船为基、一城两区、临空布局”，就不仅是海洋城区，还包括陆上城区（当然，无论海上或陆地都未必只是一个城区），那就要深入研究海陆两种新能源的开发利用。

《白皮书》宣布，我国水电装机容量2011年已达2.3亿千瓦，位居世界第一。已运核电机组15台，装机容量1254万千瓦，在建机组26台、装机容量2924万千瓦，在建规模居世界第一。风电并网装机容量4700万千瓦，位居世界第一。光伏发电增长强劲，装机容量300万千瓦。太阳能热水器积热面积超过2亿平方米。积极开展沼气、地热能、潮夕能等其他可再生能源推广应用。然而非化石能源，占一次能源消费的比重仅为8%，每年减排二氧化碳6亿吨以上。

《白皮书》认为，我国水能资源丰富，技术可开发量5.42亿千瓦，可达世界第一，目前开发程度不足30%。要实现2020年非化石能源占比15%的目标，一半以上要靠水电。要求“开发一方资源，发展一方经济，改善一方环境，造福一方百姓”。作为第一步，2015年水电装机容量须达2.9亿千瓦。

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核电被列入清洁能源，这同国家统计局9月刚出版的《2012年中国统计年鉴一样，说明核能在我国尚未“入另册”。《白皮书》宣布，2015年核电装机容量要达到4000万千瓦以上，其实，只要把在建项目完成即可达到。有报刊将此解读为，“十二五”期间不再安排新建核电项目，转而确保“安全第一”。

风能优先西北、华北、东北，2015年要突破1亿千瓦，其中海上风能装机要达到500万千瓦。数量虽小，却值得玩味。

太阳能强调的是大西北，具有荒漠和闲散土地的地区，建设大型并网光伏电站和太阳能发电项目。中东部则建设与建筑结合的分布式光伏发电系统及其他。2015年将建成装机容量2100万千瓦以上，太阳集热面积达到4亿立方米。

而生物能源的开发，强调粮棉主产区有序发展以农作物秸杆、粮食加工剩余物和蔗渣等为燃料的生物质发电。林木资源丰富地区，适度发展林木物质发电。城市发展垃圾焚烧和填埋气发电。有条件的地方大力沼气等生物供气。注意！《白皮书》对乙醇产业提法谨慎。

地热在国际上号称“第二大能源”，国内发展则要“在保护地下水资源的前提下”进行。至于潮夕能、波浪能、“千热岩”等，则仅仅是“跟踪和研发”而已。这多少有些出乎意料，其中必有原因。

所有这些方针，都需要结合三沙建设的海上城区和陆地城区的不同实际，反复进行技术论证，才能落到实处。

附能源永续系列：

能源永续系列——（核电的崛起）

能源永续系列——（备受争议的生物能）

能源永续系列——（新能源的首选太阳能）

能源永续系列——（不受重视的地热能）

能源永续系列——（太阳能的另一种形式风能）

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