水电在气候变化减缓和适应中的作用：评论外文翻译资料

The Role of Hydropower in Climate Change Mitigation and Adaptation: A Review

Abstract

Hydropower is a clean, renewable, and environmentally friendly source of energy. It produces 3930 (TW.h).aminus;1, and yields 16% of the worldrsquo;s generated electricity and about 78% of renewable electricity generation (in 2015). Hydropower and climate change show a double relationship. On the one hand, as an important renewable energy resource, hydropower contributes significantly to the avoidance of greenhouse gas (GHG) emissions and to the mitigation of global warming. On the other hand, climate change is likely to alter river discharge, impacting water availability and hydropower generation. Hydropower contributes significantly to the reduction of GHG emissions and to energy supply security. Compared with conventional coal power plants, hydropower prevents the emission of about 3 GT CO2 per year, which represents about 9% of global annual CO2 emissions. Hydropower projects may also have an enabling role beyond the electricity sector, as a financing instrument for multipurpose reservoirs and as an adaptive measure regarding the impacts of climate change on water resources, because regulated basins with large reservoir capacities are more resilient to water resource changes, less vulnerable to climate change, and act as a storage buffer against climate change. At the global level, the overall impact of climate change on existing hydropower generation may be expected to be small, or even slightly positive. However, there is the possibility of substantial variations across regions and even within countries. In conclusion, the general verdict on hydropower is that it is a cheap and mature technology that contributes significantly to climate change mitigation, and could play an important role in the climate change adaptation of water resource availability. However, careful attention is necessary to mitigate the substantial environmental and social costs. Roughly more than a terawatt of capacity could be added in upcoming decades.

Keywords

Renewable energy; Hydropower; Climate change mitigation; Impacts of climate change

1. Introduction

Electricity is essential for human life, welfare, and sustainable development. Images of the earth at night show the areas of prosperity–those people with access to electricity. However, about 20% of the worldrsquo;s population remains in the dark (with no access to lighting, refrigeration, computers, good education, or running water). Light means socioeconomic development, while darkness is a major concern for sustainable development. Today, more than 1.2 billion people around the world lack access to electricity, mainly in Asia and Africa (about 80% are in rural areas) [1]. Socioeconomic analyses on electricity and development are based on correlations between the main electricity indicators (i.e., consumption per capita per year, kW.h per year per capita, and the percentage of the population with access to electricity (AE%)) and the macro-socioeconomic indicators (i.e., gross national income (GNI) per capita and human development index (HDI)). All socioeconomic analyses show that in developed countries (those with high income (HI) and a high HDI), 100% of the population has access to electricity, and the average consumption is about 8500 kW.h per year per capita. In contrast, in countries with low income and low HDI, only about 25% of the population has access to electricity, and the consumption is less than 500 kW.h per year per capita. Thus, there is a strong correlation between electricity indicators and socioeconomic development [2].

Currently, humanity faces the challenge of reaching the new Sustainable Development Goals (SDGs) by 2030. These goals are a sustainable development agenda to guide development actions for the next 15 years. They include 17 goals and 169 targets, and require an annual investment evaluated at 3.3 trillion-4.5 trillion US dollars per year. Energy-related challenges are in Goal 7, which has the aim of ensuring access to affordable, reliable, sustainable, and modern energy for all. Goal 7 has four targets to be met by 2030; these focus mainly on ensuring universal access to energy, increasing the share of renewable energy in the global energy mix, improving energy efficiency, and expanding infrastructure and upgrading technology for supplying modern and sustainable energy [3]; [4] ; [5].

2. Electricity and climate change

Greenhouse gas (GHG) emissions due to human activity have been altering the energy and climatic patterns of our planet. The main gas involved is carbon dioxide (CO2), which represents 76% of total GHG emissions. These emissions have increased the atmospheric concentration of CO2 from ~277 ppm in 1750 to 397 ppm in 2014, an increment of about 43%. In 2015, CO2 levels registered several peaks over 400 ppm in March and December. In relation to economic activities, the burning of coal, natural gas, and oil for electricity and heat is the largest single source of global GHG emissions.

The international political response to global GHG emissions and climate change began in 1992 with the constitution of the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC), which set out a legal framework for stabilizing atmospheric concentrations of GHGs in order to avoid dangerous anthropogenic interference with the climate system. After many annual meetings, with advances and failures, the 21st session of the Conference of the Parties (COP21) occurred in Paris from November 30 to December 11, 2015. The Paris meeting was a world-leading event that brought together over 150 heads of state and governments to generate political will toward an agreement. The conference brought together over 36 000 participants; nearly 23 100 government officials; 9400 representatives from United Nations (UN) bodies and a

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水电在气候变化减缓和适应中的作用：评论

摘要

水电是一种清洁，可再生和环保的能源。它产生3930（TW.h）.a-1，占世界发电量的16％，可再生能源发电量的约78％（2015年）。水电与气候变化呈现双重关系。一方面，作为重要的可再生能源，水电大大有助于避免温室气体排放和减缓全球变暖。另一方面，气候变化可能会改变河流排放，影响水资源供应和水力发电。水电对减少温室气体排放和能源供应安全性作出了重大贡献。与传统煤电厂相比，水电每年排放约3 GT CO2，约占全球二氧化碳排放量的9％。水力发电项目也可能具有电力部门以外的扶持作用，作为多用途水库的融资工具，也是气候变化对水资源影响的适应性措施，因为具有较大储层能力的规定盆地对水资源变化更有弹性，不太容易受到气候变化的影响，也是缓解气候变化的缓冲区。在全球一级，气候变化对现有水电发电的总体影响预计会很小，甚至略有积极。然而，各地甚至国家之间都存在巨大变化的可能性。总之，水电的一般判断是，它是一种廉价成熟的技术，对减缓气候变化作出了重大贡献，可以在气候变化适应水资源可用性方面发挥重要作用。但是，必须认真注意减轻重大的环境和社会成本。在未来的几十年里，可能会增加大概的能力。

关键词

再生能源;水电;气候变化减缓;气候变化的影响

1、介绍

电力对于人类生活，福利和可持续发展至关重要。晚上的地球图像显示了繁荣的地区 - 那些有电力的人。然而，全球约有20％的人口仍处于黑暗中（无法获得照明，制冷，电脑，良好教育或自来水）。光意味着社会经济发展，而黑暗是可持续发展的主要关切。今天，全球有12亿多人无法获得电力，主要是亚洲和非洲（约80％在农村）[1]。电力和发展的社会经济分析是以主要电力指标（即人均每年人均消耗，人均每千瓦时）和电力接入人口百分比（AE％）与宏观经济 - 经济指标（即国民总收入（GNI）人均发展指数（HDI））。所有的社会经济分析表明，在发达国家（高收入人群和高知名度人群）中，100％的人口可以获得电力，人均年消费量约为8500千瓦时。相比之下，在低收入国家和低密度脂蛋白低的国家，只有约25％的人口可以使用电力，而且人均消费量每年不到500千瓦时。因此，电力指标与社会经济发展密切相关[2]。

目前，到2030年，人类面临着实现新的可持续发展目标（SDG）的挑战。这些目标是指导未来15年发展行动的可持续发展议程。它们包括17个目标和169个目标，每年需要投资3.3万亿至4.5万亿美元。与能源有关的挑战是目标7，其目标是确保为所有人获得负担得起的，可靠的，可持续的和现代化的能源。目标7到2030年将达到四个目标;这些重点主要是确保普遍获得能源，增加可再生能源在全球能源结构中的份额，提高能源效率，扩大基础设施和提供现代和可持续能源提供技术[3]。 [4] [5]。

2、电力和气候变化

人类活动导致的温室气体（GHG）排放一直在改变我们星球的能源和气候模式。涉及的主要气体是二氧化碳（CO2），占总温室气体排放量的76％。这些排放量将二氧化碳的大气浓度从1750年的277ppm提高到2014年的397 ppm，增长了约43％。 2015年3月和12月，二氧化碳排放量达到400ppm以上。关于经济活动，煤，天然气，电力和热能的燃烧是全球温室气体排放量最大的单一来源。

对于全球温室气体排放和气候变化的国际政治反应始于1992年，其中载有“联合国气候变化框架公约”（UNFCCC）的宪法，该框架为稳定大气中的温室气体排放量制定了法律框架，以避免危及人为的干扰气候系统。经过多次年度会议，出乎预算和失败，缔约方会议第二十一届会议（COP21）于2015年11月30日至12月11日在巴黎发生。巴黎会议是世界领先的会议，汇集了150多位国家和政府为达成协议而产生政治意愿。会议聚集了36 000多名参加者;近23 100名政府官员;来自联合国（UN）机构和机构，政府间组织和民间社会组织的9400名代表;和3700名媒体成员。

在巴黎，各方同意将全球平均气温的上升限制在比工业化前水平高出2摄氏度以上，并努力将气温上升限制在比工业化前水平高出1.5摄氏度以上，同时认识到这样的限制大大降低气候变化的风险和影响。各方必须准备，沟通和维护连续的国家确定的会费（INDC），以实现自己的意愿。各国必须对减排温室气体排放工作作出渐进的自愿性承诺，即不具有约束力。这是第一个减缓气候变化的全球协议，包括世界上所有的国家，并且是第一个关键的步骤[6]。然而，到目前为止大多数国家提供的国家只延伸到2030年，并且假设温度升高约3°C至3.5°C，远远高于拟议的2°C和450 ppm情况的二氧化碳。因此，各国有必要在2030年以后对温室气体排放作出承诺和额外的努力[7]。

“气候公约”正在通过减少温室气体排放达成全球协议。此外，关于减轻电力相关排放的关键点达成普遍共识。这些要点包括：可再生能源的重要发展 - 即太阳能，风能，地热能，生物能源（绿色电力）和水电（蓝色电力）。提高供应和分配效率;燃煤从煤转为燃气;核电;热电联合;并早期应用二氧化碳捕获。此外，经批准的“巴黎公约”缔约方会议承认，通过加强可再生能源的部署，有必要促进发展中国家，特别是非洲普遍获得可持续能源。

3.水电和气候变化

水电是一种清洁，可再生和环保的能源，平均产能为3930（TW.h）.a-1，占世界发电量的16％，占2015年可再生能源发电量的78％（图1）。全球水能发电量为1100吉瓦（主要在亚洲和拉丁美洲），并在过去五年以每年3.5％的年复合增长率。目前，水电约160GW正在建设中，规划了1000多兆瓦。

目前，全球49个国家，主要是亚洲地区，正在建设约1200个大型水坝。其中347个是位于49个国家的主要水坝（高度超过60米）。对于大多数这些主要水坝（202或58％），水电是主要目标之一，超过50％是多用途水库[8]。

发达国家水电已经得到广泛实施，技术可行潜力超过了50％。虽然紧急经济体发展水电潜力的20％到30％，但发展中国家的水电潜力仍然很大。非洲是一个极端的情况，只有7％的经济可行的水力发电潜力已经发展（图2）。一般来说，发达国家已经开发了大部分水电潜力，而发展中国家和发展中国家还有很长的路要走[1]。水电与气候变化呈现双重关系。一方面，水电是重要的可再生能源，可大大有助于避免温室气体排放和减缓全球变暖。另一方面，气候变化可能会改变河流排放，从而影响到水资源利用，水质规律和水力发电[9]。

3.1、水电在气候变化减缓中的作用

可再生能源技术，如水电，对减少温室气体排放和能源供应的安全性作出了重大贡献。与传统煤电厂相比，水电每年排放约3 GT CO2，约占全球二氧化碳排放量的9％。一般而言，水电是产生少量温室气体排放的能源。据世界能源理事会（WEC）统计，水电二氧化碳排放量为3-4吨，水力发电为10-33吨;这些值比传统火力发电量低约100倍[10]。此外，SRREN（2011）是国际气候变化专门委员会（IPCC）题为“可再生能源和减缓气候变化”的特别报告，表明大部分水电集群的生命周期温室气体排放估算值在4和14g CO 2当量·（kW·h）-1，如图1所示。 3 [11]。然而，在某些情况下，潜在的水力发电可能存在大量的温室气体排放，如一些异常值所示，尽管这些数量总是远低于火电的数量[11]。在过去十年中，对水力发电水库确定温室气体排放的方法和可靠性进行了辩论。水库的温室气体排放发生了长时间的科学争议，在某些情况下，不确定性和夸张性使得水电开发变得不可靠。例如，从2000年起的一些初步估计，水电排放量高达全球排放量的7％。为了传播现有技术水平，世行发布了一份临时技术说明，题为“生化过程造成的水库温室气体”。本说明的主要目的是澄清水库温室气体排放和给出在环境影响评估（EIA）过程中如何研究水库温室气体的具体指导方针。主要结论是，认为水库排放高水平的温室气体主要来源于主要在非常不利条件下进行的较旧研究。绝大多数水库的温室气体排放量似乎相对较小[12]。水电是最便宜的可再生能源，并且在当前的市场能源价格上往往具有经济竞争力。初期需求相对较高，寿命长，运行维护成本低。水电项目的电力平均成本跨越很大，但在良好的条件下，每千瓦时可能低至3美分至5美分（2005年）[11]。水力发电的另一个优点是，它具有所有已知能源（效率达到90％，水对电线）的最佳转换效率之一。水电还显示出高可靠性，灵活性和多样化的项目规模和规模，使其能够满足城市和工业需求的大型化以及农村需求的分散化。

在过去十年中，水力发电，风能和太阳能发展强劲，可再生能源发展壮观。 2004年至2013年期间，可再生能源（水电37.5％，风电35.5％，太阳能光伏发电18％）增加约760吉瓦，如图1所示。 4 [13]。此外，特别是水电与其他可再生能源及时协同增效。在未来的电气组合中，应综合考虑水电，风能和太阳能，具有整体的视野。这三种资源具有重要的协同作用，因为风能和太阳能的能量间歇性和变化性很大，而水电能够平衡变异性并提供高峰负荷。此外，水力发电是目前唯一一种以显着有效的方式储存能源的系统，其抽水蓄能电站占电力网络全球能源储存的97.5％[14]。

3.2水电储存在气候变化适应中的作用

气候变化正在生长一个温暖的世界，导致海平面上升和降雪。气候变化引起的温度升高可能与水文循环相互作用，导致降水，蒸发和土壤水分的变化;冰川融冰冰盖;和河流变化。这些变化将对水资源和供水，洪水和干旱以及水力发电产生影响。政府间气候变化专门委员会第五次评估报告（AR5）所述的预计变化包括高纬度地区，热带东非和东南亚水资源的增加，以及许多半干旱和干旱地区的水资源减少（例如，地中海盆地，美国西部，南部非洲和巴西东北部）。南欧的径流将显着减少[15]。今后，气候变化对水资源的预测影响可能假设时间不规律，水资源地理分布不均衡，冰川和积雪河流流量季节性变化。然后可以减少水资源的可及性，造成世界上水压力较高的国家的水资源短缺。在这种情况下，有必要指出，在储存（即水坝和水库）和水资源的可用性方面，对受规管盆地气候变化的敏感性分析表明，具有较大储层容量的受规管盆地对水的抗性更强资源变化比不受管制的盆地更不容易受到气候变化的影响，而储水层则是缓解气候变化[3]。因此，鉴于目前的情况和在不断变化的世界和气候变化背景下负责任发展的需要，增加储水能力是主要的。适应气候变化的投资应包括储水[4]。其中一个挑战是促进多用途水坝和更好的多用水项目规划工具。在水资源综合管理（IWRM）框架下，水电储存能力可以为灌溉，饮用水供水，防洪和导航服务提供安全保障。多用途水坝的水电储存将通过维持水资源的可用性来促进适应气候变化。多用途水电项目可能在电力部门以外具有扶持作用，作为多用途水库的融资工具[11]。 [16]。

3.3气候变化对水电发电的影响

气候变化可能会改变河流流量的变化和排放，从而对水力发电产生影响。一般来说，气候变化对水电发电的影响可能是非常不同的，局部不同的，取决于流动状况的变化和冰川融化的影响。例如，到20世纪70年代，整个欧洲的水电潜力估计可能会下降6％。估计北欧和东欧增长了15％至30％，西欧和中欧预计将有稳定的水力发电模式，预计在地中海下降20％至50％[17]。在全球一级，气专委SRREN得出结论认为，气候变化对现有水电发电的总体影响可能会很小，甚至略有积极。然而，结果也表明，各地甚至国家内部都有可能出现实质变化，如表1所示[11]。重要的是要指出，这些未来预测具有高度的不确定性。社会经济情景的不确定性和模型预测的等级表明了一些地区的主要矛盾。通过在未来的水文条件下引入不确定性，气候变化给水和水电管理者带来了一个概念上的挑战。这些预测不能为决策者提供有关未来变化率的确切信息，但它们可以提供非常有用的一般信息，并可作为初步和初步评估。必须对未来水力发电的数据，趋势和预测进行充分的监测和分析，以便实施知情的适应性管理[1]。

4.水电开发趋势

水力发电的演变从二十一世纪初开始就有了更大的发展（图5）[18]。此外，即将到来的几十年的发展趋势预示着水力发电的大幅扩张。容量超过1兆瓦的水电站预计到2030年将在全球102个国家共计3700个水电项目，其中629个（17％）正在建设中，3071个（83％）计划在主要是发展中国家和亚洲，南美洲，欧洲（巴尔干，安纳托利亚和高加索）以及非洲的紧急经济体（图6 [19]）。估计投资约2000亿美元[19]，这些水电项目总装机容量将达到700万千瓦。尽管中小型（1100兆瓦）项目数量较多（大坝总数的76％），其中92％的能力将在812个大型（gt; 100兆瓦）的项目中，如图1所示。 7.水电开发在气候变化的未来减缓情景中起着非常重要的作用。在国际能源机构（IEA）的情况下，450ppm的排放峰值，温度最高为2°C，这是普遍接受的情况，到2030年，水电发电能力应增加70％，100％由2050 [20]。最近，国际可再生​​能源机构（IRENA）的全球可再生能源路线图（REMAP 2030）符合联合国秘书长“全民可持续能源”（SE4ALL）的目标，旨在将可再生能源的全球份额翻一番“可再生能源全球份额：2030年路线图”所述的能源需求约达2200吉瓦，总水电能力达到目标。除了国际能源署的预测外，这还假设需要建造另外500 GW的水力发电能力[21]。

5、结论

水电是一种清洁，可再生和环保的能源，占世界发电量的16％，可再生能源发电量的约78％（2015年）。它大大有助于减少温室气体排放和能源供应的安全。与传统煤电厂相比，水电每年排放约3 GT CO2，约占全球二氧化碳排放量的9％。一般来说，这是能源的源头，几乎没有温室气体排放。

水电的另一个优点是它是

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