全面评价大坝对大气生态系统的影响
全面评价大坝对大气生态系统的影响(姚福海)

姚福海

国电大渡河流域水电开发有限公司   

【摘要】: 自从1961年以来,随着全球人口的不断增加和煤炭、石油等矿石能源的大量使用,全球气温以平均每十年递增0.20C的速度持续上升。大坝做为形成水能的工程条件,在延缓全球气候变暖的过程中,正在发挥着越来越重要的作用。作者以中国大岗山大坝和同等装机规模的火电厂为例,全面分析了大坝对大气生态系统的正负两方面影响。其正面影响有:(1)大坝建成后,形成了一定装机规模的水电站,其每度电与火电相比,可减少CO2排放648g。(2)大坝所形成的水库改善了库区的气候条件,库面以上植物吸收CO2的能力显著增强。负面影响有:(1)大坝工程往往规模巨大,在施工过程中要消耗大量的电能、石油和建筑材料,并间接排放大量的CO2。(2)大坝形成后,库区水面以下的植物消失,植物在库底腐烂后还将产生一定数量的CO2。采用CO2的减排指标分析认为,具有发电功能的大坝工程,对大气的生态效益,其利远远大于弊。
【关键词】:大坝、CO2排放量、水库、大气温度

1.引言

    大气是人类赖以生存的必要条件。然而,随着人类对煤炭、石油等矿石能源的大量使用,大气的生态环境受到了前所未有的破坏。据统计,2000年中国消耗的煤炭和石油量分别为13.2亿t和2.24亿t,到了2005年,这一数字分别达到了21.67亿t和3.25亿t,年平均增长10.15%。由于大气中的CO2 、SO2 、NO2 等气体含量大量增加,中国不少地方出现了气候反常天气,如大城市夏季的热岛效应,南方部分地区的酸雨等。因此,从2000年开始,中国政府开始实施大力发展水电和风电,积极推进核电,适度发展天然气发电,不断优化煤电结构比重的能源发展战略。与此同时,中国政府将节能减排工作列入国民经济发展的重要目标,计划到2010年,将每万元的GDP能耗指标从2005年的1.22t标准煤降低至1.0t标准煤。在2008年7月日本承办的八国峰会上,中国政府支持与会国家将2050年的温室气体排放量降至目前的50%。
    大坝做为形成水力发电的工程条件,近十年来,它的建设一直受到争议。一种观点认为,与大坝配套的水电站给电网输送了清洁的电能,大坝本身就是一座环保设施。另一种观点则认为,大坝建设过程中要征用大量的农田和林地,消耗大量的建筑材料,大坝形成的水库淹没了大量的林地和耕地,大坝破坏了当地的天然生态环境。
    很显然,在中国主要江河上修筑尚未开工的大坝,必须以科学发展观为指导,全面评价大坝对大气生态系统的利弊后,才能统一认识,形成大坝建设的良好外部环境。

2.大坝对大气生态系统的利弊综合分析


2.1大坝形成的水能资源对大气有显著的生态保护效益

    大坝主要有3种功能:(1)防洪减灾。(2)养殖和旅游。(3)水力发电。其中。前两种功能与大气生态系统没有太多的直接关系。如果一座大坝建成后,形成了年发电量为a( kwh)的水电站,按中国政府公布的火力发电厂的单位耗煤量(0.35kg/kwh)和CO2 排放指标(0.648kg/kwh)计算,则每年可减少CO2 排放量0.648a(kg),减少SO2 排放量0.0044a(kg)。

2.2大坝建设要消耗大量的建筑材料和能源,并间接排放CO2

    大坝及其配套的电站设施,其主要工程量有:土石方开挖与填筑、砂石骨料生产、混凝土浇筑、机电设备安装等。随着筑坝技术的不断进步,大坝从筹建到竣工一般都在10年以内。如果从第一年到第i年(i<10),每年建设过程中所消耗的能源指标折合成电能后分别为b1、b2、……bi,水泥和钢材等大宗物资运输所消耗的能源指标折合成电能后分别为c1、 c2、 ……ci,则大坝建设过程中消耗的能源总量为∑(bi +ci)。该部分能耗按火电厂的排放指标计算,等于向大气排放了0.648∑(bi +ci)(kg)的CO2

2.3水库形成后,库底植物不再具有吸收CO2的功能

    对于温带速生林而言,每平方公里林地每年吸收CO2的能力为   270t/km2。速生林被毁后,残留植物腐烂累计所产生的CO2为  500t/km2。如果一座大坝的建设用地和水库淹没林地的总面积为S平方公里,则大坝形成的水库每年使区域环境吸收CO2的能力降低  270S(t) ,另外,水下残留植物腐烂还要累计排放CO2约500S(t)。

2.4大坝对大气生态环境影响综合分析

    从上述分析可以看出,建坝对大气生态环境既有利的一面,也有不利的一面。如果大坝的寿命为n年,将大坝建设过程中产生的CO2和库底植物腐烂产生的CO2按大坝寿命进行平均分摊,则在大坝寿命期限内,对大气CO2减排指标的影响为:
     F=[0.648∑(bi +ci)+5×105S]/n +27×104S -0.648a
    上式单位为kg,i≤10,n≤200。如果F<0,则说明大坝的减排指标优越。

3.工程实例分析

3.1大渡河大岗山大坝对大气的影响分析

    大渡河大岗山水电站由210m高的混凝土双曲拱坝和装机容量为2600MW的地下厂房组成。大坝建成后,电站的多年平均发电量为114亿kwh。主要工程量有:土石方开挖1277万m3,混凝土457万m3,机电设备安装2.4万t。大坝从2006年筹建到2014年竣工需要约9年时间。坝址区多年平均气温15.40C,多年平均降雨量642mm,水库共淹没林地13.56 km2。下面分析大岗山大坝对大气生态系统的各种影响。
    (1)每年114亿kwh的水能资源相当于节省标准煤399万t,按火力发电厂的排放指标计算,每年可减少CO2排放739万t。
    (2)在大坝9年建设期内,各种施工设备的年平均功率依次为3000、4000、4500、4500、6000、7000、7000、8000、9000、6000kw。若施工设备的年平均利用小时数按6000h计,则建设期内共消耗电能3.54亿kwh,相当于火电厂燃煤产生的22.87万t CO2。
    (3)在大坝9年建设期内,若对外运输设备的年平均功率依次为2000、2500、3000、3500、4000、5000、5000、5500、5000kw。则大宗材料运输所消耗的油料折合成电能为1.75亿kwh,相当于火电厂燃煤产生的11.34万t CO2。
    (4)施工场区和库区13.56km2的林地被砍伐或腐烂后,累计产生的CO2为6780t。
    (5) 施工场区和库区13.56km2的林地被砍伐或淹没后,区域环境每年少吸收CO2  3661t。
    按保守计算,若大岗山大坝的寿命为200年,则建坝带来的年CO2  的减排影响为:0.174+0.3661-739=-738.46万t。即考虑各种因素后,建坝后与同等规模的火电相比,等于每年少向大气排放CO2  738.46t。
    如果用年发电量为114亿kwh的某火电厂进行对比分析,工程量仅计入30万m3的混凝土,厂用电按7%计算,建设周期按3年计,寿命按30年计。则材料运输和主体施工期产生的CO2 总量为20.3万t,运行期每年产生的CO2 总量为790万t。该指标是大岗山水电站施工期和淹没产生的CO2 总量的29.7倍。

3.2雅垄江二滩大坝的环境效益

    中国二滩混凝土双曲拱坝高度242m,电站装机容量3300MW,多年平均发电量170亿kwh,水库长145km,水库面积102 km2。大坝于1989年开始筹建,1998年竣工。大坝建成后,库区小气候发生了较大的变化,库区冬季气温较建坝前上升了近20C,而库区夏季的平均气温则较建坝前下降了近20C。建坝前,坝址区多年平均降水量是700mm,旱季降水量极少。建坝后经实测,库区年平均降水量增加了50mm,而且旱季经常下小雨。据统计,二滩大坝46km以外的攀枝花市目前有90%的用电量来自二滩等水电站提供的清洁能源,当地用煤指标下降后,极大地改善了攀枝花市的大气环境。2006年5月,二滩大坝获中国政府颁布的国家环境友好工程奖。

4.结论

    (1)具有发电功能的大坝工程,对大气生态系统的影响,其利远远大于弊。中国大岗山大坝在其寿命期内,每年可减少CO2 排放    738.46万t。建设期内和水库yunxingqi内植物腐烂产生的CO2 ,按大坝寿命进行年分摊的排放结果为0.174万t/年。水库淹没林地后,每年少吸收CO2  0.366万t,不利指标之和远远小于有利指标。
    (2)大坝形成的水库可以改善当地的小气候环境,经水库调节后的气温和水汽含量更适合当地的动植物生存。

参考文件

  1、《中国能源年鉴》(2007年)中国计划出版社
  2、郑守仁:中国水能资源利用和生态环境保护问题。《新世纪水利科技前沿》(2005年)天津大学出版社

 


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