国际水电可持续性评价技术发展动态

国际水电可持续性评价技术发展动态水电中心隋欣、柳春娜1学科方向可持续发展，一方面成为全球或国家的战略目标选择，另一方面又成为诊断区域开发及其健康运行的标准。由于工业化带来的资源枯竭、环境污染、生态破坏等严重问题，迄今为止，可持续发展已经成为21世纪“人口——自然资源——生态环境——社会——经济”复杂巨系统的运行规则，是世界各国共同面对的中心问题之一。水能是目前技术成熟、经济上可承受的可再生能源，但开发活动引起的移民、生态影响也日益受到重视，国际社会开始不断探索对水电开发规划和具体工程项目开展综合评价，瑞士绿色水电认证、美国低影响水电、IHA《水电可持续性指南》和《水电可持续性评价规范》的出台，推动国际水电可持续开发进程。我国水能资源占世界第一位，水能资源开发在国家温室气体减排、能源供应方面具有重要的地位。我国在水能资源开发利用中也日益重视生态保护、移民社会影响等问题，促进水能资源持续高效利用是行业的战略。借鉴国际经验，建立与国际接轨的水电开发技术、方法、标准体系，对促进水电开发的长远发展具有重要作用。近年来我国将IHA《规范》引入中国，国家水电可持续发展研究中心完成了澜沧江景洪和糯扎渡水电站的可持续性评估工作，开展了中国水电可持续发展的研究工作，完成了乌江梯级水电可持续发展评价课题，国家能源局积极推动《中国水电可持续性评价指南》的编制工作。水电可持续性评价涉及社会、经济、环境、管理、技术等多个层面，旨在获得水电开发利用综合效益的最大化。开展中国水电可持续性评价是全面认识和评价能源体系中水电能源地位和作用的重要手段，也是破解水电建设项目生态及移民瓶颈的重要依据。开展中国水电可持续性评价对于促进和实现国家能源战略，加强水电行业管理，促进水电事业的又好又快发展具有重要意义，同时也是贯彻落实党的十八大和十八届三中全会精神，满足生态文明建设战略目标的需要。2调研背景概述通过开展国际水电可持续性评价技术文献调研，可为吸收借鉴国际经验，解决水电可持续性评价关键技术问题，形成适合我国国情、具有可操作性的水电可持续性评价技术方法体系提供技189术支撑，为破解具有行业性质的《中国水电可持续性评价指南》编制过程中面临的技术瓶颈提供技术保障，从而指导和推动中国水电可持续性评价工作的全面实施。调研报告编写组采用了文献计量学的方法，梳理了在《Energy》、《Renewable&SustainableEnergyReviews.》、《EnergyPolicy》、《EnergyEconomics》等期刊上与水电可持续发展相关的424篇论文。并在此基础上，应用统计分析方法进一步筛选精读了2007年至今与水电可持续性发展相关度较高的18篇文献，并进行了参考文献追踪，补充收集了14篇最新水电可持续性评价技术英文文献。针对逐级收敛筛选的32篇英文文献，对国际水电可持续性概念及评价技术进行了梳理和分析。3当前学科发展新动向和值得关注点3.1本学科发展的新方向和值得关注点电力能源需求是经济和社会可持续增长的关键要素，以满足人口、城镇化和工业化的要求。近年来，关于可持续性提出了很多不同的概念，根据Kreibich的总结，关于可持续发展约有70余种不同的定义[1]。ParrisandKates指出，世界范围内已有超过500种可持续性概念[2]。Rennetal.根据包含范围的数量和内容，对这些可持续性概念进行了分类。其中，单一核心的概念是最早提出的，主要关注生态影响[3]。在这个概念中，可持续性被定义为长期生态系统的和谐性；社会和经济指标虽然是位于生态保护指标之后的，但在政策制定和决策过程中仍需要考虑[4]。总体上，能源系统的经济和生态可持续性评价在已有研究中受到广泛关注，但是社会可持续性的相关研究较少[5,6]，现有社会可持续性研究都集中在可持续能源供给方面[2,7,8]。CarreraandMack指出仅评价可持续发展经济和生态多样性是不够的，还需要考虑能源技术的社会效应。社会可持续性评价是近年来能源可持续性研究中关注的焦点[9]。Ribeiroetal.指出，可持续能源项目规划中应该考虑社会评价，并提出了100个社会可持续性评价指标[10]。OnatandBayar指出，社会可持续性评价可从环境影响的外部效益和人类方面的外部成本两个角度来考虑[11]。Rennetal.进一步扩充了可持续性概念核心，定义了五个核心内容的可持续性，即社会、经济、生态、文化和机构的稳定性[3]。也有学者在研究过程中，将文化与机构的稳定性划归社会范畴中[2]。Sternberg强调，水电可持续性应包括技术、经济、环境和社会四个方面，这四个方面与水电建设项目共生[12]。190总体上，能源电力领域的可持续性概念是“持续提高电力能源的生产能力，维持生产阶段废弃材料的数量可以被清理，保证人类的健康风险在尽可能低的成本，实现采用包括环境资源在内的初始材料的能源生产过程”。简言之，可持续能源生产与绿色能源的概念类似，旨在制造减少自然资源的消耗量，降低有害气体的生产量，淘汰产生高耗能的电力生产产业链，从而实现减缓全球气候变暖，平衡世界经济发展[11]。3.2国际水电可持续性评价方法水电可持续性定量评价方法主要包括系统动力学方法[13]、能源投资回报率方法[14]、模糊层次分析法[15,16]和多准则决策分析方法[17,18]等。其中，能源投资回报率方法主要是用来进行多种能源开发方式的比较分析，仅用于水电可持续性评价过程中不同能源方案的比较研究，在此不做详细介绍。相比于系统动力学和模糊层次分析方法，多准则决策分析方法是在国际上应用较为普遍的能源可持续性评价的工具。相对于经济和环境指标，社会可持续发展评价涉及范畴较广，研究过程中选取的指标差异较大，因此，本报告对国家社会可持续发展评价指标体系也进行了综述。3.2.1系统动力学方法系统动力学（SystemDynamic，SD）是一种以反馈控制理论为基础、以计算机仿真技术为手段的研究复杂社会经济系统的定量方法，由美国麻省理工学院Forrester教授于20世纪50年代中期创立。该方法是在总结运筹学的基础上，综合系统理论、控制论、信息反馈理论、决策理论、系统力学、仿真与计算机科学等基础上形成的，以复杂的大系统为研究对象，从系统的整体出发，着重分析系统内部子系统之间的因果关系以及信息反馈环的动态行为特征，应用计算机模拟技术求得系统的宏观行为，建立各个要素及相互作用的流图与模拟模型，实施不同的政策调控，从而寻求解决问题的途径，以实现系统的优化控制。对于可持续发展而言，系统动力学的应用主要体现在通过建立系统模型，从人口、资源与环境等角度对区域可持续发展战略的政策进行仿真分析，在此基础上对比得出最优模型，并最终根据假设的条件制定适合本地区可持续发展的方针策略。Musango等应用系统动力学方法理论建立了技术可持续性评价概念模型（asystemsapproachtotechnologysustainabilityassessment，SATSA）[13]，见图1。191图1技术可持续性评价概念模型（SATSA）MusangoandBrent基于SATSA概念框架，提出了生物能技术可持续性评价模型（BIOTSA）[19]，并以Vensim软件平台为依托，仿真和分析了生物能的生产过程，提出了生物能技术可持续性的评价指标，见表1[20]。表1生物能技术可持续性评价指标体系分类指标经济生物能生产、生物能利益、GDP社会雇佣率、社会感知环境土地利用类型变化、空气污染、生物能副产品、水资源、能源消耗3.2.2模糊层次分析法模糊层次分析评价是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从多个因素对被评价事物隶属等级状况进行综合性评价的一种方法。模糊层次分析评价方法步骤包括，建立评价因素（指标）集；建立（决策）评语集；确定指标权向量；建立单因素评价矩阵，计算各被评指标的评价结果向量；最后进行果评价。3.2.3多准则决策分析方法（1）多准则决策分析与成本效益分析的区别如果项目和决策对目标的影响能够通过经济评价方法衡量，所有由建设项目引发的影响和效益均可纳入传统的成本效益分析决策框架。然而，一些建设项目带来的大尺度社会和生态影响难以直接货币量化，多准则决策分析则可作为成本效益分析的补充方法进行综合量化评价。可持续技术发展可持续性评价技术评价可持续发展技术发展系统动力学方法192多准则决策分析主要从三个方面区别于传统的成本效益分析方法。首先，成本效益分析着眼于效率；多准则决策分析既包括效率，也兼顾考虑社会或其他形式的公平。第二，成本效益分析要求定量测量效果，容许应用各种价格；多准则决策分析则包括定量数据、定性数据和半定量数据三种情况。最后，成本效益分析使用的价格可根据公平权重进行调整；多准则决策分析不要求使用价格，与定价相对，多准则决策分析侧重于对不同群体的相对优先性赋予权重。因此，如果效率是唯一的标准，且用来评价效率的价格又是可得的，则成本效益分析方法更可取。然而，现实情况下由于可应用的量化数据较少，大尺度社会和生态影响往往难以量化，因此，多准则决策分析方法的应用范围更为广泛。（2）应用于能源可持续性评价的多准则决策分析指标Wang等学者对截至2008年有关能源供应系统可持续性评价的国际期刊论文进行了综述，统计了技术、经济、环境和社会四个方面的评价指标在文献中应用的频次，为找出普遍关注性的指标提供基础。研究结果（如表2所示）表明[17]，投资成本和二氧化碳排放量两个指标在能源供应系统可持续性评价中出现的次数最高；效率、投资成本、二氧化碳排放量和就业机会分别是最常见的技术、经济、环境和社会评价指标。表2不同评价指标在文献中应用的频次领域标准应用频次效率15一次能源比率4安全性9可靠性9成熟性3技术其他-投资成本24营运维护成本13燃料费9电力成本7净现值5偿还期4使用期限4等值年成本4经济其他-NOX排放量12CO2排放量21CO排放量3环境SO2排放量8193领域标准应用频次粉尘排放量5非甲烷挥发性有机化合物3土地利用10噪声6其他-社会认可度4就业机会9社会效益5社会其他-（3）应用于能源可持续性评价的多准则决策分析指标权重确定方法能源可持续性评价中，多准则决策分析指标权重确定方法包括主观权重法、客观权重法和组合加权方法。各种权重确定方法在文献中出现的次数见表3。多准则决策分析方法中可应用的权重确定方法见表4。总体上，层次分析法（AnalyticHierarchyProcess简称AHP）依然是最常用的权重确定方法。表3不同指标权重确定方法在文献中应用的频次权重类别权重确定方法文献中应用频次等权重-10层次分析法8西莫斯法3两两对比法7同种条件下某指标优先法7主观权重法其他-客观权重法熵值法3顺序权重组合加权法加法合成3表4多准则决策分析指标权重确定方法类别权重方法主观权重简单的多属性评级技术、摆动方法、权衡法、西莫斯法、成对比较法、层次分析法、最小二乘法、特征向量法、德尔菲法、矩阵分析法客观权重加权分析法、最小均方法、最大最小偏差法、熵值法、TOPSIS方法、垂直和水平法、变异系数法、多目标优化方法、相关系数法、主成分分析法组合权重乘法合成法、添加合成法（4）应用于能源可持续性评价的多准则决策分析指标综合量化方法能源可持续性评价中，多准则决策分析指标综合量化方法在文献中应用的频次，见表5。194表5不同指标综合量化方法在文献中应用的频次类别多准则决策分析方法文献中应用频次初级的加权分析法10层次分析法13模糊集方法10独立合成的灰关联方法4偏好顺序结构评价法5高级的ELECTRE法9NAIADE法2MACBETH法1其他PAIRS法1（5）应用于水电可持续性评价的多准则决策分析指标体系Liuetal.对近期文献报道的水电可持续性量化评价指标进行了梳理，见表6[21]。Supriyasilp等学者针对泰国北部平河流域的64个水电站，应用多准则决策分析方法，从发电量、工程财务、社会经济、环境和利益相关者参与等五个方面建立了水电建设项目可持