水力發(fā)電中的新問題

自70年代初石油危機(jī)以來,促使世界水力開發(fā)進(jìn)入高潮,目前水力發(fā)電約占世界電能的四分之一。全世界有七個(gè)國家(挪威、扎伊爾、贊比亞、加納、烏干達(dá)、老撾、不丹)幾乎全靠水電提供電能,約有45個(gè)國家50%以上的發(fā)電量是水力發(fā)電提供的,水力發(fā)電為發(fā)展中國家提供了約五分之二的電力。水力發(fā)電發(fā)展如此之快，一是它可以緩解能源危機(jī);二是認(rèn)為水力發(fā)電可以完全消除火力發(fā)電嚴(yán)重污染大氣的弊端。

以巴西為例,巴西有豐富的水力資源,但到目前為止,水力的開發(fā)程度還不到20%。因此巴西在繼1984年建成伊泰普(與巴拉圭合建)和圖庫魯伊等特大型水電站后,又陸續(xù)建立了一批水電站。其中以1987年建成的巴爾比納水電站引入注目。

令水力開發(fā)人員料想不到的是,巴爾比納水庫建成后,打破了水力發(fā)電沒有任何污染的傳統(tǒng)觀念。事實(shí)是,如果水庫選址不恰當(dāng),工程措施不力,同樣會造成大氣污染,有時(shí)其污染程度甚至不亞于火力發(fā)電廠。

巴爾比納水庫建在巴西熱帶雨林區(qū)亞馬孫河的支流瓦圖芒河上,建庫的目的是為亞馬孫區(qū)的首府馬瑙斯提供大部分電力。巴爾比納水庫的壩高僅50米，但淹沒了31萬公頃的庫區(qū),相當(dāng)于盧森堡這個(gè)國家的面積。庫區(qū)原來有大量的森林和草地。水庫蓄水后,從空中看,非常廣闊的水面不像是一個(gè)永久性的水庫,倒像是慘遭一次洪水之災(zāi)的低洼地。原來這個(gè)水庫有三分之一的地方水深不到四米,因此到處可以看到露出水面的垂死的樹木和浸泡的腐爛物質(zhì)。水庫大部分水面幾乎是死水一潭,被各種雜草覆蓋。一部分流水的流速也較緩慢，這就造成了許多嚴(yán)重后果。

由于水庫建造時(shí)沒有清除庫區(qū)的樹木和灌木叢，有約一億噸以上的草木植物被淹沒。近年來,巴西國家亞馬孫河區(qū)研究所的生態(tài)學(xué)家發(fā)現(xiàn),在巴爾比納水庫區(qū)有大量的二氧化碳和甲烷釋放到大氣中。研究證明,二氧化碳是由一米左右水深的水體內(nèi)腐爛的植物產(chǎn)生的,因?yàn)樵谝幻椎乃钪畠?nèi)氧氣相對比較充足。而在缺氧的深水中腐爛的植物則產(chǎn)生甲烷。

研究人員發(fā)現(xiàn),在巴爾比納水庫中，到處可以看到甲烷氣泡從水中冒出來。潛藏在深水沉積物中的甲烷在壓力達(dá)到一定程度時(shí)會突然釋放。1993年，就發(fā)生甲烷突然爆發(fā)的事件,結(jié)果使幾千條魚死于非命。除此之外,甲烷氣還隨水流通過渦輪發(fā)電機(jī)葉片泄漏到大氣中。

研究人員在水庫建成后才意識到,水庫這個(gè)巨大的水體竟然本身已成為產(chǎn)生溫室氣體的氣源。他們在庫區(qū)被淹沒后的第一年(1988年)開始測量水庫排放的二氧化碳,經(jīng)計(jì)算,這一年整座水庫就排放了二氧化碳1000萬噸以上。現(xiàn)在每年排放的二氧化碳量仍然有250萬噸。甲烷的產(chǎn)生要緩慢得多,但延續(xù)的時(shí)間也長得多。據(jù)檢測.1988年從水庫中排出的甲烷約15萬噸。因?yàn)樵趤嗰R孫河地區(qū),一根樹干在缺氧的水中完全腐爛掉,據(jù)計(jì)算要經(jīng)過500年左右,因此甲烷將可能長期延續(xù)地排放。

二氧化碳和甲烷都是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體,而甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳更強(qiáng)烈,大約是二氧化碳的11倍,因此是不可忽視的有害氣體。

巴西的其他水庫產(chǎn)生的二氧化碳和甲烷沒有巴爾比納水庫的多,但其排放量也是不可忽視的。比如，1984年建成的巨型圖庫魯伊水庫,是世界上10個(gè)功率最大的水力發(fā)電站之一,裝機(jī)容量為4000兆瓦，但它淹沒的森林面積比巴爾比納水庫小得多。即使如此,在運(yùn)行六年之后，它每年排放的溫室氣體也相當(dāng)于300萬噸二氧化碳。這幾乎是一座類似容量的石化燃料發(fā)電站一半那么多的有害氣體排放量。巴西的研究人員計(jì)算,1990年在熱帶雨林區(qū)的四座水庫每年產(chǎn)生的溫室氣體相當(dāng)于1100噸二氧化碳。

在加拿大也有類似的情況。加拿大的電力有約60%是水力發(fā)電提供的,它用于發(fā)電的水庫面積約有2萬平方公里,這些水庫同樣排放出大量的溫室氣體。

1993年,在溫尼伯的加拿大政府淡水研究所的研究人員對幾個(gè)水力發(fā)電站的水庫氣體排放產(chǎn)物進(jìn)行了一次詳細(xì)的統(tǒng)計(jì),得出的結(jié)論是:加拿大水庫由于淹沒不少高地森林和泥炭沼澤地,腐爛的植物成為溫室氣體的生長源。例如,加拿大北部馬尼托巴的諾蒂吉水庫庫區(qū)的森林被淹沒兩年后,就產(chǎn)生了大量甲烷并溶解在水庫的表層水體中,檢測后發(fā)現(xiàn),庫區(qū)每平方米水面每年排出7克以上的甲烷。在泥炭沼澤地被淹沒后,甲烷和二氧化碳的排放量更高,每年每平方米庫區(qū)排放的甲烷達(dá)30克,二氧化碳則達(dá)450~1800克之間。

加拿大淡水研究所的研究人員詳細(xì)研究了馬尼托巴北部的錫達(dá)湖水庫在壽命期內(nèi)排放溫室氣體的數(shù)量。他們計(jì)算,按50年的壽命計(jì)算,在1200平方公里的庫區(qū)內(nèi),排放的溫室氣體幾乎等于一個(gè)同樣功率的燃煤火力發(fā)電站產(chǎn)生的溫室氣體。

加拿大的錫達(dá)湖水庫和巴西的巴爾比納水庫一樣是一種庫區(qū)面積大但發(fā)電能力不大的淺水庫,即每發(fā)1兆瓦的電力所淹沒的陸地比加拿大另一座詹姆斯灣大水庫淹沒的陸地多6倍。

而世界上有許多水庫都存在這個(gè)問題,即庫區(qū)淹沒的面積巨大而生產(chǎn)的電量卻比較少。例如，加納的阿科松博水庫,淹沒了 1.1萬平方公里的熱帶植物,生產(chǎn)每千瓦電力淹沒的面積比一個(gè)英式足球表演場地還大。俄羅斯伏爾加河上的古比雪夫水電站,頓河上的齊姆良斯克水電站都是淹沒面積大發(fā)電少的水庫。建立這樣的水電站所產(chǎn)生的溫室氣體排放量對全球氣候變暖產(chǎn)生的影響,已引起一些科學(xué)家的嚴(yán)重關(guān)注。

巴西原來有一個(gè)在亞馬孫河區(qū)再建一個(gè)巨型水庫的計(jì)劃,這可能使巴西的水庫面積增加20倍。巴西國立亞馬孫地區(qū)研究所的生態(tài)學(xué)家認(rèn)為,如果這個(gè)水庫建成,每年從巴西水庫增加的溫室氣體就相當(dāng)于2億噸以上的二氧化碳,這個(gè)數(shù)字是巴西現(xiàn)在每年燃燒石化燃料排出的溫室氣體的三倍。

生態(tài)學(xué)家統(tǒng)計(jì),在全世界范圍內(nèi)，由水力發(fā)電站的水庫淹沒的陸地面積總計(jì)大約為60萬平方公里，比廣闊的北海水域的面積還大。因此生態(tài)學(xué)家提醒說，今后在設(shè)計(jì)大型水庫時(shí),必須考慮庫區(qū)淹沒的森林或沼澤地的面積,在陸地被淹沒前,應(yīng)盡可能清除掉森林草木等有機(jī)物。因?yàn)?水庫已經(jīng)是再也不能被忽視的重要溫室氣體排放源了。