三峡水电站发电量和巴西水电站发电量哪个大?
三峡水电站是中国有史以来最大的工程,也是世界上最大的水电站,总装机容量为2250万千瓦,稳居世界第一。但事实上,与总装机容量1400万千瓦世界第二的伊泰普水电站相比,三峡水电站的发电量往往滞后,无法超过其每年900亿千瓦时的发电量,只能达到847亿千瓦时。
总装机容量高并不意味着发电量高。三峡水电站和伊泰普水电站的坝体落差差别不大,但不同的地理位置也会导致发电量的差异。三峡大坝位于中国,大部分处于亚热带季风气候。夏季降雨量极高,而冬季则低得多,导致江湖径流季节变化较大,至少有一半径流被浪费掉。伊泰铺水电站地处亚湿热气候区,各时段降水量变化不大。相反,发电一直是位于巴西和巴拉圭边境的伊泰普水电站的目标。为了满足两国的大量电力消耗,伊泰普水电站也必须保持满负荷运行。水资源量对水电站的实际发电量有重大影响,当水资源过多时,会产生大量的电能。由于其特殊性,很难保电,而且储存成本远高于生产成本,自然没有必要储存大量水源。更何况电力过剩的时候,也会给电网造成负担,可能只会导致更大的损失。况且,只有把水位控制在相应的高度,才能有更多的船只通过。5000吨的单船和1万吨的船队能从三峡大坝启航也很重要。为了经济效益最大化,三峡大坝牺牲部分水资源是必然的。
前面已经说了,三峡大坝的蓄水能力与淹没面积有关。如果一定要增加大坝的蓄水量,周围的环境就无法再保存,移民人数也会增加很多,不符合建坝的初衷。在防洪已经实现,大部分电力需求和航运能够满足的情况下,不需要增加大坝淹没面积。然而三峡大坝的产出只是暂时的滞后。去年,三峡大坝年发电量打破世界纪录,达到1118亿千瓦时。看到这个数据,国外也很惊讶。但其实三峡大坝更有潜力,只是这些都没有得到充分利用。东部地区经济发达,电力需求大,但资源无法满足。如何保持可再生能源和经济发展之间的平衡是我们需要思考的问题。
巴西,这个“被上帝吻过的国度”拥有令全世界艳羡的矿产、土地、森林及水利资源,森林覆盖率达62%,广袤的亚马逊热带雨林更是被誉为“世界之肺”,生态环境极佳。丰富的水电支撑着巴西全国3/4的电量供应,生物燃油供应体系全球领先,这些因素促使巴西作为世界第七大经济体、第十大能源消费国,依然能够在当前仍然以化石能源为主的世界能源供应格局中,保持可再生能源消费第一大国地位,能源的生态效益显著。
2017年,巴西的可再生能源占能源消费比重达43.2%,是全球平均水平的3倍以上。而随着大型深海油田的探明,巴西也由曾经的贫油国跃升至南美第二大石油生产国,实现能源自给的同时也使其以生态为特征的能源版图更加完整,进而利用深海石油、生物燃料等生态资源参与全球能源治理,巴西能源的“生态”之光尽显无遗。
巴西能源战略的形成与发展
巴西虽然坐拥丰富的生态资源,但真正意识到这些资源的宝贵之处还要“归功于”上个世纪的石油危机。在此之前,无论是发展单一种植业的“咖啡王国”时期,还是高举“巴西化”的工业扩张时期,巴西的能源战略都较为单一。尤其是20世纪中期,军政领导下的巴西实施“进口替代”战略,开启了巴西大规模工业化。经济高速增长的同时也不断刷新着巴西的石油消费量,对外依存度最高时达90%。随之而来的两次石油危机,彻底终结了这一时期斐然国际的“巴西奇迹”,并进一步诱发了巴西的债务危机、经济危机、社会危机和政治危机,危及整个国家的稳定。内忧外困下的巴西政府也深刻认识到单一能源体系的脆弱性,于是将丰富本国能源供应体系、降低进口石油的战略目光逐步转移到本国富饶的生态资源上。
首先,巴西利用自身盛产甘蔗等生物原料的独特优势,开启了“生物燃料革命”。1975年,巴西推出了世界上最大的化石燃料替代方案“国家乙醇燃料计划”,通过补贴、减税、低息贷款等财政手段激励制糖厂提高蒸馏乙醇的产能,并强制乙醇与汽油混合使用,添加比例由最初的7.5%最高提高至27%;同时大力推行“灵活燃料”汽车,巴西的乙醇汽车数量一度占到全国汽车总量的90%以上。继生物乙醇后,巴西又提出了“国家生物柴油计划”,利用大豆、蓖麻、向日葵等生物原料生产柴油,并逐步探索出另一条能源替代道路。“生物乙醇计划”和“生物柴油计划”的成功实施,使得巴西成为世界第二大生物燃料生产国和消费国,2017年巴西生物燃料产量占全球的22%。
其次,在推进“国家生物乙醇计划”的同时期,巴西进一步加快了水电开发的步伐,陆续修建了伊泰普、图库鲁伊等具有跨时代意义的大型水电站。至今,伊泰普水电站仍以1400万千瓦装机容量、约900亿千瓦时年发电量保持着世界第二大水电站的殊荣。经过近半个世纪的发展,巴西已成为全球水电比重最高的国家之一,截至2017年,巴西水电装机达电力总装机容量的64%,提供全国约七成以上的电量需求。
第三,在石油危机后巴西将油气勘探开发的重点投向了海洋,并从体制机制和技术创新等方面进行了一系列革新。一方面推进石油私有化改革,开放石油市场,引进国外资金和技术;另一方面加强深海勘探技术的科研投入,实施“深水油田开采技术创新和开发计划”,走核心技术自主研发道路。随着国外资本的注入及相关技术的成熟,巴西在海洋油气勘探开发领域取得巨大成功,2006年巴西的石油日均产量已达191万桶,完全实现自给。时任巴西总统卢拉曾说“巴西实现石油自给就如巴西再次获得独立一样,将书写新的历史”。事实也正像卢拉所说,随后发现的巴西大西洋海域盐下层超深水油田,被认为是新千年以来世界上最大的石油发现,保守储量估计约为500亿桶。巴西也由此从一个中等产油国跻身全球产油国十强,IEA甚至预测到2035年,巴西的石油产量将占到全球新增供应量的1/3。
巴西的能源版图在生物燃料、水力发电、深海石油“三驾马车”的引领下不断丰富和完善。2010年后,巴西凭借优质的生态资源,其风电和太阳能发电发展迅速,装机容量分列世界第八和第十位,并与传统的水电、生物质发电形成良性互补,在全球的清洁能源发电领域可为风光无限。
巴西能源战略的成就与隐患
巴西突出生态特征的能源战略,不仅成功扭转其对进口石油的依赖,由“贫油国”变为“富油国”,基本实现能源独立;而且优化了本国能源结构,促进了能源清洁化、多元化发展;更在经济社会发展、能源技术创新、国际话语权提升等方面作用凸显,巴西的大国之梦也被重新唤醒。
在经济社会发展方面,通过能源战略的及时调整与实施强有力地支撑了巴西经济从由石油危机引发的“失去的10年”阴影中逐渐走出,并且作为国家的重要支柱产业,相关能源产业也带动“新巴西计划”“雷亚尔计划”等一系列国家战略的实现,推动巴西现代化工业和社会建设快速发展。尤其是生物燃料行业的蓬勃发展,对于巴西广大农村解决就业、缓解贫富差距、促进社会和谐发展方面意义重大。据统计,每加工100万吨甘蔗生产乙醇,相当于提供5683个工作岗位,虽然大多数工作附加值并不高,但在农村甘蔗工人一度是福利最好的工作。
在科技创新方面,巴西能源的“三驾马车”的核心技术在各自领域都处于世界领先水平。巴西的生物乙醇技术一直保持国际领先,并与美国、欧盟一同设立国际标准,共同扩大全球生物燃料市场,提高国际话语权的同时获取巨大经济利益。同时,巴西也在积极开发以各种稻草、蔗渣等农业废弃物为原料的纤维素乙醇技术,以期在第二代生物燃料技术上依旧保持全球引领地位。而作为水电大国,巴西无论是大型水电站还是小水电都有雄厚的技术储备,并在我国水电发展过程中给予很多帮助,曾派专家参与我国三峡水电站的建设。另外,通过数十年的努力,巴西深海石油勘探和生产技术也跃居世界领先地位,曾两次获海洋钻探技术委员会(OTC)颁发的“深海石油开采技术”证书。深水工程技术能力形成后,不仅在巴西海域相继发现大型油气田,而且成功进入墨西哥湾、非洲、澳洲等全球市场,为其深水工程技术提供了更为广阔的市场空间。
在能源外交方面,突出生态特征的能源战略成功唤醒了巴西人骨子里的大国意识与大国抱负。一方面立足拉美,以能源作为各国利益的结合点和粘合剂,积极倡导拉美能源一体化,主导建立南方共同市场,增强其在拉美的政治影响力;另一方面积极与世界接轨,与美国打造“乙醇欧佩克”,加强与欧盟的新能源和石油贸易,积极开拓亚太能源市场,与中国、印度、俄罗斯、南非并称“金砖五国”,形成全球最大的新兴市场;尤为重要的是,随着气候变化问题逐渐成为国际政治舞台上各国博弈的焦点,“生态”之光照耀下的巴西在全球碳减排格局中地位凸显,在全球气候变化谈判中占有重要一席。
发展“生态”能源虽然给巴西带来诸多实惠,但从其发展过程看并非一帆风顺,尤其是看重“开源”轻视“节流”的开发方式,使得“生态”能源的可持续发展存在诸多隐患。
首先,“生态”能源虽然在“消费环节”更加清洁,但在“生产环节”却在严重考验着巴西生态环境的承受力,在近似“掠夺”的开发方式下,优质的生态资源也不堪重负。生物燃料的快速发展,使得甘蔗种植面积急剧扩张,导致亚马逊森林砍伐加剧,根据世界银行的统计数据,近30年时间巴西森林面积缩小了约53.16万平方公里,近似于英国与意大利的国土面积之和。森林面积的缩小间接导致巴西降雨减少,水电站蓄水位下降,从而引发了现实的供电不足;同时也使巴西的碳减排大国名不副实。因为不同于其他国家,巴西的碳排放主要来自于能源生产,而非能源消费,尤其是森林采伐、农业、土地耕作所产生的二氧化碳占到巴西碳排放总量的3/4,因此生物燃料虽然“清洁”了末端,却“污染”了源头。
其次,以资源为主的“生态”能源本质上有其局限性和脆弱性。虽然巴西海域“盐下层”石油储量丰富,但受海洋环境及实际开采成本的约束,加之近几年巴西石油公司自己的债台高筑,想要依靠盐下层石油“变现”并非易事。而生物燃料行业本身具有脆弱性。一方面易受国际糖价和油价的影响,上世纪80年代就出现因糖价上涨、油价暴跌导致生物乙醇行业大萧条;另一方面,生物燃料的主要原料甘蔗等易受气候影响,为了保证产量,采伐森林、占用粮食耕地成为常态,由此引发的粮食问题、劳工问题广受诟病。在水力发电方面,巴西部分地区的持续高温和旱灾将水力发电的局限性暴露无遗,一方面是不断飙升的用电需求,另一方面是水电站缺水,加之巴西“老迈”的电力系统整体安全裕度较低,使得“巴西大停电”成为国际能源电力领域的高频词汇。
虽然巴西政府也逐渐认识到“资源型”能源战略的“软肋”,并从资源开发模式、加强生态修复等方面作出调整,但其政策上连贯性不足。尤其是极右翼候选人博索纳罗当选新一任巴西总统后,其对于石油电力领域私有化的担忧、允许开垦亚马逊雨林、甚至退出“巴黎协定”等一系列“狂人讲话”,使得未来巴西以生态为特征的能源发展蒙上阴影。
中巴能源合作前景
我国与巴西同为“金砖国家”,且分别是东西半球最大的发展中国家,两国的能源合作具有天然的互补性与战略性,尤其是在海洋油气、电力、新能源产业等领域,发展潜力巨大。
在海洋石油领域,中巴原油贸易量逐年攀升,2015年我国已超越美国成为巴西石油的最大买家,而以“贷款换石油”不仅让我国获得稳定的原油进口,又为巴西注入充裕资金拉动经济增长,实现双赢。随着我国“蛟龙号”等深海勘探领域的突破,两国在未来海洋能源的探索和开发等方面的合作前景广阔。
在电力领域,中巴两个水电大国有诸多“不解之缘”。三峡集团通过“参股合作、资产并购”等方式深度参与巴西水电开发,目前三峡巴西公司已成为巴西第二大私营发电企业;而负荷中心远离能源基地的特性为我国特高压输电技术提供了施展空间。2017年12月投运的国家电网巴西美丽山项目一期工程完成了我国特高压技术的海外首秀,也标志着中巴电力合作进入新的历史发展阶段。
在新能源领域,巴西作为推动全球生物燃料产业发展的先锋,在生物燃料的开发和利用上破解了一系列关键性技术和产业化难题,可为我国通过发展生物质能源丰富能源多样性、推动农村能源革命提供有益参考;而巴西作为风电、光伏发电的新兴市场,其广阔的市场空间为我国相关产业“走出去”提供了重要机遇。
总体看,虽然未来中巴能源合作可能面临资源民主主义、文化制度差异、法律法规制约、党派博弈及美国干扰等不确定性因素的挑战,但同为崛起中的全球性发展中大国,走“生态优先、绿色发展”的能源之路必将符合本国发展的长远利益,也是向全世界展示“大国担当”的重要窗口;而两国在能源资源、能源技术等方面天然的互补性与互利性,决定着两国能源合作前景大有可为,这将不仅有利于各自国内经济发展,而且对中拉能源合作乃至“南南能源合作”都具有极强的示范效应,可谓惠本国而利天下。
“万物生长靠太阳”,生物能源是从太阳能转化而来的,只要太阳不熄灭,生物能源就取之不尽。生物能源的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质,生物能源的使用过程又生成二氧化碳和水,形成一个物质的循环,理论上二氧化碳的净排放为零。生物能源是一种可再生的清洁能源。利用高技术手段开发生物能源,已成为当今世界发达国家能源战略的重要部分。
21世纪是生物的世纪,是科学技术飞速发展的新世纪,而可持续发展是当前经济发展的趋势所在。面对化石能源的枯竭和环境的污染,生物能源的开发利用为经济的可持续发展带来了曙光。生物能源作为可再生、污染极小的能源,具有无可比拟的优越性,必将为21世纪的经济发展和环境保护注入强大的推动力。
当前,生物能源的主要形式有四种:沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇。
(1)生物能源——沼气
沼气是一种可燃气体,由于这种气体最早是在沼泽、池塘中发现的,所以人们称它“沼气”。我们通常所说的沼气,并不是天然产生的,而是人工制取的,所以它属于二次能源。沼气对于目前我国广大农村来说,是一种比较理想的家庭燃料。它可以用来煮饭、照明,既方便,又干净,还可节约大量柴草。
沼气多为就地制取、就地使用的能源,不需要远距离运输和传送,减轻了运输负担,也减轻了农民的经济负担。
沼气不仅是一种干净的能源,而且在工业生产上可作为化工原料使用。沼气的主要成分是甲烷,这种气体在高温下能分解成碳和氢,因此,沼气可用来制造氢气和炭黑,并能进一步制造乙炔、合成汽油、酒精、塑料、人造纤维和人造皮革等各种化工产品,用途日益广泛。
沼气的发现与沼气发酵的发展
沼气是由意大利物理学家A.沃尔塔于1776年在沼泽地发现的。1916年,俄国人B.Ⅱ.奥梅良斯基分离出第一株甲烷茵,但不是纯种。1980年,中国首次分离甲烷八叠球菌成功。目前世界上已分离出的甲烷菌种近20株。
世界上第一个沼气发生器(又称自动净化器)是由法国L.穆拉于1860年将简易沉淀池改进而成的。1925年在德国、1926年在美国,分别建造了备有加热设施及集气装置的消化池,这是现代大、中型沼气发生装置的原型。第二次世界大战后,沼气发酵技术曾在西欧一些国家得到发展,但由于廉价的石油大量涌入市场而受到影响。后随着世界性能源危机的出现,沼气又重新引起人们重视。1955年新的沼气发酵工艺流程——高速率厌氧消化工艺产生。它突破了传统的工艺流程,使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天1立方米容积产生0.7~1.5立方米沼气,提高到4~8立方米沼气,滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。
20世纪20年代初期,罗国瑞在广东省潮梅地区建成第一个沼气池,随之成立了中华国瑞瓦斯总行,以推广沼气技术。目前中国农村户用沼气池的数量达1300万座。而高速率厌氧消化工艺生产性试验装置已在糖厂和酒厂正常运行。
(2)绿色能源——生物柴油
生物柴油是生物质能的一种,是清洁的可再生能源。它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料。
生物柴油是一种优质清洁柴油,可从各种生物质提炼,因此可以说是取之不尽,用之不竭的能源,在资源日益枯竭的今天,有望取代石油成为替代燃料。生物柴油是典型“绿色能源”,大力发展生物柴油对经济可持续发展,推进能源替代,减轻环境压力,控制城市大气污染具有重要的战略意义。
(3)巴西打造生物能源大国——生物燃料
现今全世界都在进行生物能源的开发,但是最成功的例子就是巴西。巴西可再生能源占全国能源的比例高达44.7%,而全球平均仅为13.3%。巴西的可再生能源主要是乙醇和水力发电,其中乙醇的比重日益提高。
巴西利用甘蔗发酵生产酒精,因为甘蔗的含糖量高,所以酒精的产量也很高。巴西的法律规定,汽车的燃料中必须加入10%~25%的酒精作为燃料。而且在上个世纪,巴西就发明了乙醇汽车,是以纯酒精作为燃烧动力,这样不仅使他们国家的石油进口量减少,而且环境也得到很大的改善。不仅如此,酒精的大面积生产带给巴西的经济效益也是巨大的。巴西成功的例子是世界上发展生物能源学习的模范。
(4)世纪的理想能源——氢能
氢气是高效、清洁、可再生的能源,在全球能源系统的可持续发展中将起到显著作用,并将对全球生态环境产生巨大的影响。采用氢能源是当前世界公认的可代替石油能源的主要出路之一。氢本身是可再生的,在燃烧时只生成水,不产生任何污染物,甚至也不产生二氧化碳,可以实现真正的“零排放”。此外,氢与其他含能物质相比,还具有一系列突出的优点。首先是氢的能量密度高,是普通汽油的2.68倍:用于贮电时,其技术经济性能目前已有可能超过其他各类贮电技术;将氢转换为动力,热效率比常规化石燃料高30%~60%。如作为燃料电池的燃料,效率可高出1倍,氢适于管道运输,可以和天然气输送系统共用。在各种能源中,氢的输送成本最低,损失最小,优于输电:氢与燃料电池相结合可提供一种高效、清洁、无传动部件、无噪声的发电技术。小型的低温固体离子交换膜燃料电池可用在汽车和火车机车上:氢也能直接作为发动机的燃料,因此国际上一些著名的汽车公司已经开始大力开发电动汽车产品。
早在1965年,外国的科学家们就已设计出了能在马路上行驶的氢能汽车。中国也在1980年成功地造出了第一辆氢能汽车。氢能汽车行车路远,使用的寿命长,最大的优点是不污染环境。近年来,国际上以氢为燃料的“燃料电池发动机”技术取得重大突破,而“燃料电池汽车”已成为推动“氢经济”的发动机。因此氢能汽车具有广阔的应用前景。
随着经济的发展和社会的进步,世界各国将会更加重视环境保护和全球气候变化问题,通过制定新的能源发展战略、法规和政策,进一步加快可再生能源的发展。
从目前可再生能源的资源状况和技术发展水平看,今后发展较快的可再生能源除水能外,主要是生物质能、风能和太阳能。生物质能利用方式包括发电、制气、供热和生产液体燃料,将成为应用最广泛的可再生能源技术。风力发电技术已基本成熟,经济性已接近常规能源,在今后相当长时间内将会保持较快发展。太阳能发展的主要方向是光伏发电和热利用,近期光伏发电的主要市场是发达国家的并网发电和发展中国家偏远地区的独立供电。太阳能热利用的发展方向是太阳能一体化建筑,并以常规能源为补充手段,实现全天候供热,提高太阳能供热的可靠性,在此基础上进一步向太阳能供暖和制冷的方向发展。
总体来看,最近20多年来,大多数可再生能源技术快速发展,产业规模、经济性和市场化程度逐年提高,预计在2010-2020年间,大多数可再生能源技术可具有市场竞争力,在2020年以后将会有更快的发展,并逐步成为主导能源。 多年来,世界各国为了促进可持续发展,应对全球气候变化,积极推动可再生能源发展,已积累了丰富的经验,主要是:
1、目标引导
为了促进可再生能源发展,许多国家制定了相应的发展战略和规划,明确了可再生能源发展目标。1997年,欧盟提出可再生能源在一次能源消费中的比例将从1996年的6%提高到2010年的12%,可再生能源发电量占总发电量的比例从1997年的14%提高到2010年的22%。2007年初,欧盟又提出了新的发展目标,要求到2020年,可再生能源消费占到全部能源消费的20%,可再生能源发电量占到全部发电量的30%。美国、日本、澳大利亚、印度、巴西等国也制定了明确的可再生能源发展目标,引导可再生能源的发展。
2、政策激励
为了确保可再生能源发展目标的实现,许多国家制定了支持可再生能源发展的法规和政策。德国、丹麦、法国、西班牙等国采取优惠的固定电价收购可再生能源发电量,英国、澳大利亚、日本等国实行可再生能源强制性市场配额政策,美国、巴西、印度等国对可再生能源实行投资补贴和税收优惠等政策。
3、产业扶持
为了促进可再生能源技术进步和产业化发展,许多国家十分重视可再生能源人才培养、研究开发、产业体系建设,建立了专门的研发机构,支持开展可再生能源科学研究、技术开发和产业服务等工作。发达国家不仅支持可再生能源技术研究和开发活动,而且特别重视新技术的试验、示范和推广,经过多年的发展,产业体系已经形成,有力地支持了可再生能源的发展。
4、资金支持
为了加快可再生能源的发展,许多国家为可再生能源发展提供了强有力的资金支持,对技术研发、项目建设、产品销售和最终用户提供补贴。美国2005年的能源法令明确规定了支持可再生能源技术研发及其产业化发展的年度财政预算资金。德国对用户安装太阳能热水器提供40%的补贴。许多国家还采取了产品补贴和用户补助方式扩大可再生能源市场,引导社会资金投向可再生能源,有力地推动了可再生能源的规模化发展。