瑞士绿色水电评价和认证方法*注12
一、前言
20世纪90年代早期，与生态系统和谐生产的电力即所谓的绿色电力就面世了。事实上，绿色电力在若干个电力市场上得到了正面的回应。比起标准化的产品来说，消费者愿意为他们认为更有价值的特性产品支付更高的价格。最近对某些群体的研究表明，大多数瑞士和德国的消费者愿意为绿色产品支付10%~50%的电价溢价。在过去10年中，这些为绿色电力支付的附加价一般都被用于建设新的设施。考虑到太阳能、风力和生物质等发电形式，可再生能源范围的延伸明显增加了可持续能源的生产，许多国家已不需要增建水电厂了。自1950年以来，世界范围内高度超过15m的大坝的数量已从5 700座增长到大约41 000座，造成了大约60%的主要河流流域生态系统的破坏。在欧洲和北美的工业化国家中，分别约有53%和46%的技术可行的水能资源已被开发利用了。根据一项最近的研究，世界范围内有大约50 000km2的陆地被水库淹没，比里海的面积还要大。瑞士、奥地利、挪威和日本是世界上单位地表面积水电产量最高的国家。以瑞士为例，超过80%的技术可行的水能资源都已被开发利用。瑞士拥有大约1 200座水电站(57%为水库调节电站，43%为径流式电站)，总装机容量为1 100MW，平均年发电量为3 306GW·h。这些电站对许多高山河流系统的生态完整性产生了极大的影响，自然状态下的或至少是自由流淌的河流系统已几乎不存在。此外，许多水电站因最小流量和水电调峰模式等因素对当地水生动植物、生态系统和景观的不良影响而受到批评，这些批评给瑞士的水力发电造成了负面影响。
水电站造成的环境影响是双方面的，由于具有非常有利的寿命周期特性，水电是具有环境意识消费者的首选的电力形式。从全球环境的角度来看，除了在一些热带地区的水库会排放极少量二氧化碳或其他温室气体外，水电既不会造成空气污染，也不产生核废料。而且，水电的能源效率非常高，一旦有需求，水电站可以生产大量的电力。通常，销售绿色电力是促进可再生能源发电的关键因素。由于产品认可度取决于供应量和价格，如果将绿色水电纳入绿色电力销售之列，那么这些电力产品组合的品质会大大提高。为了能同时接受水电生产对环境造成的正面和负面影响，具有生态标志的绿色水电必须提供一种可使环境影响最小化的特别调整机制。与新型可再生能源(例如太阳能和风能)不同，消费者为环境和谐水电所支付的额外费用不应被用来建设新的设施。我们建议用这部分资金改善和提高已退化的河流生态系统。虽然世界范围内有大量所谓的绿色产品，但现有生态标志产品中伴随有这种绝对的负面影响的似乎还没有出现过。
二、EAWAG绿色电力项目
EAWAG绿色电力项目的目标是从生态、经济、政治和社会等方面挑选出评价水电生产的关键因素，然后综合这些方面的影响，总结出低环境影响水电评价手册和一套认证程序。为了最好地实现此目标，所有的科学数据都来自对Brenno河流域的案例研究，4个研究组大约进行了20项跨学科研究。研究工作涉及水电的方方面面：从市场分析到鱼类和水底生物生态学研究，从化学和形态学调查到排放量和栖息地适应性仿真。尽管研究工作多种多样，每个研究组的工作成果不仅支持了其自身的研究项目，而且还为评价手册和认证程序的制定作出了积极的贡献。为了得到投资集团关键的投入，从项目开始时，就不断地安排与联邦机构、非政府组织、私人顾问和水电公司进行交流。最后，组织了一个国际专家小组对EAWAG手册的科学性和与实践的相关性进行了审查。在此基础上，EAWAG建立了一套新的、全面的绿色水电评价办法和论证程序。
三、EAWAG绿色水电评价和认证的方法
(一)绿色水电和传统水电的区别
EAWAG项目的目的是设立一套准则：(1)科学合理并且注重生态改善；(2)实践可行；(3)能适应当地情况。根据这些准则开发认证标准会引起一些矛盾。用当地的环境标准定义生态和谐水电将不得不满足两套互相矛盾的条件：一方面，标准应具有通用性和可比性，因此标准须建立在准则和检测的物理量可互换的基础上；另一方面，标准应考虑各水电站之间具体的差异性，并反映水电生产技术路线和河流生态系统的多样性。为了解决这一矛盾，我们设计了一套区分绿色水电和传统水电的“二步认证法”，包括所谓的基本条件和生态投资。
基本条件为各种类型电站都应满足的通用最低标准。它们来源于科学概念和专家论文集。通过标准认证的电站表明其在达到相应标准后，不会造成严重的环境问题。在瑞士，基本标准所达到的生态标准近似于现行的重颁许可证标准，因此，它们确保没有害群之马侵入绿色电力市场从而造成产品的负面推广效果。为了使消费者愿意支付超过基本标准的附加电价，绿色水电生产商必须论证河流生态系统的进步改善所带来的附加值，因此，我们设计了生态投资指标来考虑单个电站采取的环境改善措施。生态投资可定义为在销售的每度电里加上一部分固定的加价，该部分加价作为电站用于改善生态的专门费用。所采取的环境改善措施应该让所投入的费用达到最优环境的效益。
当水电生产商、管理当局、土地所有者和环境非政府机构的目标一致时，环境改善的成本—效益比能大大提高。因此，瑞士认证程序中包含了决策制定和圆桌讨论的参与过程，而且它是认证程序中必须履行的一部分。为了保证生态投资的最优使用，所有投资者都参与决定当地环境改善项目的措施和优先举措。既然消费者为生态和谐电力支付了费用，那么所有主要投资者都应该参与决策以决定如何使用生态投资改善环境。这种方法至少有两个明显的优点。第一，可在给定的流域内为环境改善措施征得更广泛的认可和更强大的支持。根据世界大坝委员会的最新报告，这甚至是改善措施成功实施的关键因素之一。第二，生态环境改善措施的设计必须考虑多项环境影响和社会利益，如农业、防洪和旅游等。相比之下，水电公司在水库流量调节、水库管理或扩大它们的建设设施方面的影响是有限的。将重要的投资者引入决策过程增加了优化生态和经济效益的机遇。最初的实践表明，生态投资概念在市场沟通中有巨大的作用：水电厂运营者要向它们的消费者证明，消费者所支付的附加电费将对环境改善起作用。此外，生态投资还为优化当地生态环境提供了灵活性。二步认证法使得将现有的水力发电包括在一般的绿色电力范畴成为可能。它可以从可再生能源得到好处，而不会因建设和设施产生不利的副作用。相反，只会对当地的河流生态系统产生正面的影响。
(二)低环境影响水电评价标准和评估手册
根据建议的认证程序，绿色电力的基本生态标准确定涉及评估电站对河流生态系统和河岸景观的直接影响。为了采取一种可靠和实用的方法解决资源利用与环境保护之间的矛盾，采用了一种环境管理矩阵来构架评价准则，具体见表1(A)。评价是建立在以下五个课题的基础上的，这五个课题涉及确保河流生态系统的生态完整性的诸多最重要的方面：(1)水文特性；(2)河系的连通性；(3)固态物积聚和河流形态；(4)景观和生物群落环境；(5)生物群落。这些环境领域的所有绿色标准都被系统地划入五种管理理念的评价条件。管理理念从下述五个方面描述设计参数：(1)最小流量情势；(2)水电调峰模式；(3)水库管理；(4)河床泥沙管理；(5)水电站结构设计。这些要素是从大量的相关理论性和应用性出版文献中分析、总结并挑选出来的。然后，进行国际案例研究以设计一套实用的科学评价工具。最后，绿色水电评价程序大纲经过国际专家组审议并被EAWAG在Brenno河流域的实地研究中证实。整个矩阵为其25个域中的每一个域定义了环境目标、基本要求和详细的方法。而且，评价手册提供了更进一步的信息，例如背景文献资料和每一个特定评价项目的方法提示。
(三)认证程序
对于一个特定的项目，并不是所有的阵元一定与给定设施相关。为了使认证过程处于可管理的范围内，检查仅限于通过试点研究挑选出的标准范围之内。前期经验表明，有意义的生态解决方案往往来自评价标准的广泛性与每一个具体项目的灵活性的平衡。而且，试点研究还可用作水电公司的一项决策支持工具。由于仅限于对系统的综述性研究和快速生态评价，认证成本可以很快被粗略估计出来，因此，试点研究为在特定或预期市场环境下评估绿色认证的财务风险和效益提供了最重要的信息，试点研究使水电业主可以决定是否进行更详细的调研工作。初期的试验案例表明，对一个典型的电站，只有10~15个阵元及其基本标准对于评价是相关的。例如，径流式电站一般不会调峰，最小流量调节只与导流设施相关。最近重获执照的设施已满足了绝大多数基本标准的要求。基于初步的信息，如果投资回报可以预期，将可以建立综合的和适应于单个项目的管理理念。这些管理理念包括对所有被认为是相关的基本要求进行强制性审查。既然可信度是任何生态标志成功的关键性要素，这种调研的科学质量必须得到确保，因此，EAWAG评价手册还为评估专业人员和接受审查者提供了标准化的方法、方法提示和背景信息。
以最小流量调节为例，具体见表1(B)，适应当地河流条件的动植物栖息地的调研必须包括在认证程序中。在许多情况下，下泄流量的增加并不会导致所整治的河段生态栖息地质量的显著提高，然而对于改善河势，提高水生栖息地的多样性可能更有效。另外，在河流形态变化剧烈的河段，最小流速的很小增加将使水生栖息地的多样性大大提高，因此，绿色水电的最小流量调节标准必须结合河床形态进行评价。此外，从管理理念来讲，生态投资的环境改善措施必须基于每个项目的具体情况最优化。
表1在环境管理矩阵范围内确定环境和谐水电的基本要求
注：(A)环境管理矩阵基本设计；(B)详细调研，例如满足生态和谐“最小流量调节”标准的要求。
(四)理论应用于实践
作为联邦机构，EAWAG负责制定瑞士绿色水电生产的科学评价标准。此外，EAWAG还致力于为未来认证程序中出现的问题提供质量控制支持，但是EAWAG既不愿意与私人咨询公司竞争，也没有政治权力在一个开放市场上推行生态标志。在一个开放的市场上，政治权力不仅给予环境非政府组织和消费者非政府组织，也给予了电力生产商与输电商。另外，绿色电力生态标志不应仅仅集中在水电上，而必须在各种可再生能源之间建立一种公平的关系。鉴于此，我们极力将我们的评价和认证方案整合到与生态标志相关的一个更广泛的能源中，因此，从我们的项目开始就一直与电力市场上几个主要参与者进行合作。幸运的是，瑞士绿色电力的政治环境最近发生了令人惊叹的正面进展。1999年10月，民间的环境友好电力协会在苏黎世成立了，一个显著的事实是，其董事会成员单位包括三家电力生产商(包括水电公司)、两家电力供应商、两个环境非政府组织和两个消费者非政府组织。经长期而深入的讨论，这个委员会在2000年10月达成一致，同意推行一项瑞士全国性的绿色电力生态标志，即“自然之星”。现在环境友好电力协会正使用我们的认证方法进行水电站的绿色认证。“自然之星”生态标志自被推出以来，到2001年12月已成功完成了12次认证，包括径流式电站、蓄水式电站，以及饮用水供给与发电的综合利用电站。总体上，被认证电站装机容量从400kW到几乎18MW不等。目前，这些电站每年生产约15 040MW·h电力，可满足瑞士3 000多个家庭的用电需求。
(五)机遇和挑战
虽然EAWAG绿色水电评价和认证方法是在瑞士特定的地理、政治和法律框架下开发出来的，但是由于它主要基于独立的科学标准，因此它的应用不仅仅局限于瑞士。尽管本方法最适用于高山和内陆河流系统，但无须经过太多的调整，本方法就能适应其他国家和不同的河流系统(如大型低地河流)。根据我们的认证经验，绿色水电概念可作为处理河流生态和水电生产新型关系的起点。我们从绿色电力项目所得到的经验十分简单而重要，开发生态标志作为在自由市场中的竞争优势，实际上有利于在生态和经济上开创一种双赢的局面。此外，生态标志还有利于改变水力发电的负面形象。在半个多世纪以前，水力发电是发电的最重要的技术，尤其是在高山地区。水电大大地支持了战后经济发展，在瑞士和其他地方，水力工程师曾是工业化的一个重要的驱动力。在20世纪80年代，由于反对建设大坝工程的强大的政治运动，水电形象一落千丈，在阿尔卑斯地区尤其如此。我们认为，现在是水电生产充当绿色电力先驱的良好机遇，综合考虑对全球和当地的影响，生态和谐水电生产可以作为环境管理实践的一个范例。