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挪威如何做到水力发电的碳足迹最小化

12月15日, 2020
By The Explorer
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Kvilesteinsdammane hydropower plant/Statkraft

基于自然优势和高效的管理,挪威的水力发电是世界上最环保的。

水力发电是唯一一种可根据需求进行调整的可再生能源。加上其高稳定性和灵活性以及低成本的特征,水力发电的推广极大促进了可持续发展。水力发电也提供了非电力相关的益处,比如多用途水库、改善基础设施、增加淡水的获取成本等。

世界能源署(IEA)表示,水力发电在可预见的未来仍将是世界上最重要的可再生能源来源。

在挪威,大约96%的电力来自于可再生的水力发电。挪威的工业因此能够稳定地获得廉价清洁的能源。特别是在能源密集型的重工业领域,挪威的碳足迹为全球最低。

然而,就像其他可再生能源和化石燃料发电一样,水力发电也会造成生态和气候影响。这些影响都包含哪些方面?我们又如何将这些影响降到最低呢?

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欧洲最大的冰川约斯特谷冰原形成了Styggevass 水库 挪威国家电力公司

挪威的自然优势让水力发电产生的温室气体最小化

阿特勒·哈比(Atle Harby)是挪威科技工业研究院(SINTEF)的资深研究型科学家,他的一生都致力于找寻这些问题的答案。哈比是世界上研究水力发电的环境影响最为优秀的研究员之一,也是政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的《IPCC 2006年国家温室气体清单指南 2019修订版》的首席作者。

哈比解释说,水力发电厂面临的一个挑战是他们能加剧自然本身的碳循环。湖泊和河流含有能分解的微生物,这些微生物会释放二氧化碳和甲烷。当水蓄在水库里,这一循环就被加剧了。

“一般来说,当有机材料分解时会释放二氧化碳,这也是自然碳循环的一部分。但是如果有机材料分解时缺乏氧气,会释放的就是甲烷而不是二氧化碳。这在很多湖泊中是一个自然过程,但是在水力发电的水库中,这种情况发生的风险在某种程度上增加了,特别是在水位低、水面静止和温度高的地方”。

因此,不是水力发电厂本身造成排放,而是在某些情况下,水库有排放更多甲烷的风险。在自然界碳循环当中,比起二氧化碳,甲烷对气候造成的影响要高出25%。

挪威水力发电厂造成多少排放?

汉娜·莱尔歇·拉达(Hanne Lerche Raadal)是挪威可持续发展研究所(NORSUS)的研究组长。她主持了几个研究项目分析挪威水力发电的整体碳足迹。她表示,水力发电厂释放的甲烷在挪威相对不是一个很大的问题。

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Hanne Lerche Raadal

Head of Research

NORSUS

“In general, hydropower plants in Norway are located at high altitudes, where there is little vegetation and a cold climate. The data confirms that there is very little extra methane production.”

“一般来说,挪威的水力发电厂都位于高海拔,那里没有什么植被,气候寒冷。数据也证实没有什么额外的甲烷产生”。 Hanne Lerche Raadal, NORSUS 挪威可持续发展研究所(NORSUS)的汉娜·莱尔歇·拉达

她强调,在分析可持续性问题上,由建造和运行所带来的影响必须要考虑在内。

“我们使用工具对发电厂的整个生命周期进行分析。除了甲烷排放外,我们对所有混凝土和钢铁建筑物,以及维护和替换涡轮机等在100年的生命周期内产生的排放进行分析”。

“我们的结果显示出挪威水力发电厂的碳足迹平均为每千瓦时3.3克二氧化碳当量,蓄水区中的排放只有这个数值的一半到三分之二”。

拉达说,这在全球范围内都是一个很低的水平。

“计算蓄水区中的排放所运用的方法可能大有不同,但是研究表示由水力发电所排放的温室气体,其主要差异取决于以下几个方面因素,气候条件、蓄水区或泛滥区的类型、能否获得有机材料、水库的大小和深度,以及整体发电状况。热带地区水力发电厂排放的温室气体数量和化石燃料发电产生的排放一样多”。

通过环境设计降低水力发电厂对环境的影响

就像所有的人类活动一样,水力发电除了产生碳足迹,也会产生生态足迹。水力发电经常需要在河流和人工湖中建造大坝,这一举动改变了自然环境,对当地的生态系统也有巨大的影响。

哈比解释说得益于挪威的地貌,建设水力发电设施几乎不需要对自然进一步破坏。

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Atle Harby

Senior Research Scientist

SINTEF

“Many hydropower plants in Norway are built on existing lakes, so there is not much need to inundate large land areas or displace people.”

“很多挪威的水力发电厂都建在现存的湖泊上,所以不太需要淹没大面积的陆地或迫使人们离开家园”。 Atle Harby, SINTEF 挪威科技工业研究院的阿特勒·哈比

尽管挪威的水力发电厂几乎不会对地貌造成改变,但仍会影响当地的生态系统。挪威的水力发电开发商因此需要遵守严格的环境法规。

“水力发电厂难免会对水道造成改变。大坝会让沉积物和营养素很难自由流动,鱼类在没有外力帮助的情况下也很难畅游。不过,在向水力发电厂颁发许可证时,可以通过要求补偿措施来进行补救。挪威也对放水量有严格的要求”。

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Evenstad 水力发电厂 挪威能源公司Agder Energi

“在挪威科技工业研究院,我们为水力发电提出了一种环境设计概念。这个概念包括了解发电厂的存在导致了哪些变化,它们又是如何影响鱼类和生态系统的,并据此采取正确的措施,即便发电厂产生大规模的电力,鱼类和生态系统也不会受到什么影响。比如将产卵道放在下游,或引导鱼类通过涡轮机向下游游动”。

在某些情况下,水力发电厂甚至会对水中生物产生积极的影响。

“以位于奥科拉河的水力发电厂为例,幼年鲑鱼在夏天会长的慢一些,因为水库带来的是冷水。但是在冬天,因为水力发电厂的存在,河流对于鲑鱼来说不再是一个瓶颈,所以在发电厂建立后每年带来的净效应是河中有更多的鲑鱼”。

保证水力发电厂环保和道德方面的可持续性

哈比也承认水力发电的过度开发对人类和环境都会产生负面的影响。

“水力发电总是会有很多问题需要考虑。对生物多样性的威胁和对自然的影响是一方面。很多世界范围内有关人类的案例也层出不穷,比如原住民被迫迁徙。另一个问题是,产生的电力并未受益当地人,而是向外出售以牟利。另外,所有大规模的基础设施项目都有催生腐败的风险”。

哈比认为,如果通过实施一种最优做法,保证水力发电在环保和道德层面的可持续性,那么未来将是光明的。

“只要我们在正确的地方建造发电厂,通过全面的计划考虑和合理的运行,水力发电在未来将会是我们最大也是最重要的可再生能源来源”。

“另外,在水库建造的水力发电厂能根据需求产生电力,而不像风能和太阳能那样仅可在有风和有太阳的条件下发电。因此,将水力发电与其他可再生能源整合也是非常重要的”,他总结说。

美国能源社(American Energy Society)最近发布了水力发电的白皮书,其中引用了挪威的例子。

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挪威驻华使馆商务处(挪威创新署)