水力发电中的新问题

自70年代初石油危机以来,促使世界水力开发进入高潮,目前水力发电约占世界电能的四分之一。全世界有七个国家(挪威、扎伊尔、赞比亚、加纳、乌干达、老挝、不丹)几乎全靠水电提供电能,约有45个国家50%以上的发电量是水力发电提供的,水力发电为发展中国家提供了约五分之二的电力。水力发电发展如此之快，一是它可以缓解能源危机;二是认为水力发电可以完全消除火力发电严重污染大气的弊端。

以巴西为例,巴西有丰富的水力资源,但到目前为止,水力的开发程度还不到20%。因此巴西在继1984年建成伊泰普(与巴拉圭合建)和图库鲁伊等特大型水电站后,又陆续建立了一批水电站。其中以1987年建成的巴尔比纳水电站引入注目。

令水力开发人员料想不到的是,巴尔比纳水库建成后,打破了水力发电没有任何污染的传统观念。事实是,如果水库选址不恰当,工程措施不力,同样会造成大气污染,有时其污染程度甚至不亚于火力发电厂。

巴尔比纳水库建在巴西热带雨林区亚马孙河的支流瓦图芒河上,建库的目的是为亚马孙区的首府马瑙斯提供大部分电力。巴尔比纳水库的坝高仅50米，但淹没了31万公顷的库区,相当于卢森堡这个国家的面积。库区原来有大量的森林和草地。水库蓄水后,从空中看,非常广阔的水面不像是一个永久性的水库,倒像是惨遭一次洪水之灾的低洼地。原来这个水库有三分之一的地方水深不到四米,因此到处可以看到露出水面的垂死的树木和浸泡的腐烂物质。水库大部分水面几乎是死水一潭,被各种杂草覆盖。一部分流水的流速也较缓慢，这就造成了许多严重后果。

由于水库建造时没有清除库区的树木和灌木丛，有约一亿吨以上的草木植物被淹没。近年来,巴西国家亚马孙河区研究所的生态学家发现,在巴尔比纳水库区有大量的二氧化碳和甲烷释放到大气中。研究证明,二氧化碳是由一米左右水深的水体内腐烂的植物产生的,因为在一米的水深之内氧气相对比较充足。而在缺氧的深水中腐烂的植物则产生甲烷。

研究人员发现,在巴尔比纳水库中，到处可以看到甲烷气泡从水中冒出来。潜藏在深水沉积物中的甲烷在压力达到一定程度时会突然释放。1993年，就发生甲烷突然爆发的事件,结果使几千条鱼死于非命。除此之外,甲烷气还随水流通过涡轮发电机叶片泄漏到大气中。

研究人员在水库建成后才意识到,水库这个巨大的水体竟然本身已成为产生温室气体的气源。他们在库区被淹没后的第一年(1988年)开始测量水库排放的二氧化碳,经计算,这一年整座水库就排放了二氧化碳1000万吨以上。现在每年排放的二氧化碳量仍然有250万吨。甲烷的产生要缓慢得多,但延续的时间也长得多。据检测.1988年从水库中排出的甲烷约15万吨。因为在亚马孙河地区,一根树干在缺氧的水中完全腐烂掉,据计算要经过500年左右,因此甲烷将可能长期延续地排放。

二氧化碳和甲烷都是产生温室效应的气体,而甲烷的温室效应比二氧化碳更强烈,大约是二氧化碳的11倍,因此是不可忽视的有害气体。

巴西的其他水库产生的二氧化碳和甲烷没有巴尔比纳水库的多,但其排放量也是不可忽视的。比如，1984年建成的巨型图库鲁伊水库,是世界上10个功率最大的水力发电站之一,装机容量为4000兆瓦，但它淹没的森林面积比巴尔比纳水库小得多。即使如此,在运行六年之后，它每年排放的温室气体也相当于300万吨二氧化碳。这几乎是一座类似容量的石化燃料发电站一半那么多的有害气体排放量。巴西的研究人员计算,1990年在热带雨林区的四座水库每年产生的温室气体相当于1100吨二氧化碳。

在加拿大也有类似的情况。加拿大的电力有约60%是水力发电提供的,它用于发电的水库面积约有2万平方公里,这些水库同样排放出大量的温室气体。

1993年,在温尼伯的加拿大政府淡水研究所的研究人员对几个水力发电站的水库气体排放产物进行了一次详细的统计,得出的结论是:加拿大水库由于淹没不少高地森林和泥炭沼泽地,腐烂的植物成为温室气体的生长源。例如,加拿大北部马尼托巴的诺蒂吉水库库区的森林被淹没两年后,就产生了大量甲烷并溶解在水库的表层水体中,检测后发现,库区每平方米水面每年排出7克以上的甲烷。在泥炭沼泽地被淹没后,甲烷和二氧化碳的排放量更高,每年每平方米库区排放的甲烷达30克,二氧化碳则达450~1800克之间。

加拿大淡水研究所的研究人员详细研究了马尼托巴北部的锡达湖水库在寿命期内排放温室气体的数量。他们计算,按50年的寿命计算,在1200平方公里的库区内,排放的温室气体几乎等于一个同样功率的燃煤火力发电站产生的温室气体。

加拿大的锡达湖水库和巴西的巴尔比纳水库一样是一种库区面积大但发电能力不大的浅水库,即每发1兆瓦的电力所淹没的陆地比加拿大另一座詹姆斯湾大水库淹没的陆地多6倍。

而世界上有许多水库都存在这个问题,即库区淹没的面积巨大而生产的电量却比较少。例如，加纳的阿科松博水库,淹没了 1.1万平方公里的热带植物,生产每千瓦电力淹没的面积比一个英式足球表演场地还大。俄罗斯伏尔加河上的古比雪夫水电站,顿河上的齐姆良斯克水电站都是淹没面积大发电少的水库。建立这样的水电站所产生的温室气体排放量对全球气候变暖产生的影响,已引起一些科学家的严重关注。

巴西原来有一个在亚马孙河区再建一个巨型水库的计划,这可能使巴西的水库面积增加20倍。巴西国立亚马孙地区研究所的生态学家认为,如果这个水库建成,每年从巴西水库增加的温室气体就相当于2亿吨以上的二氧化碳,这个数字是巴西现在每年燃烧石化燃料排出的温室气体的三倍。

生态学家统计,在全世界范围内，由水力发电站的水库淹没的陆地面积总计大约为60万平方公里，比广阔的北海水域的面积还大。因此生态学家提醒说，今后在设计大型水库时,必须考虑库区淹没的森林或沼泽地的面积,在陆地被淹没前,应尽可能清除掉森林草木等有机物。因为,水库已经是再也不能被忽视的重要温室气体排放源了。