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   　近日，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》頭版報(bào)道，同濟(jì)大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，海河流域大部分地區(qū)火電水資源壓力指數(shù)明顯下降，而西北大型煤電基地所處匯水區(qū)的壓力指數(shù)則顯著上升。為此，建議西北地區(qū)煤電基地開(kāi)發(fā)應(yīng)實(shí)行“取水總量控制”措施。日前，該成果以封面文章形式在線發(fā)表于《自然—能源》。

　　近年來(lái)，圍繞水資源-能源耦合系統(tǒng)的可持續(xù)性評(píng)估與協(xié)同管理、環(huán)境足跡分析、社會(huì)代謝視角下的資源效率評(píng)價(jià)等議題開(kāi)展了大量研究，成果主要發(fā)表于EnvironmentalScience&Technology,AppliedEnergy,JournalofCleanerProduction,EcologicalEconomics等國(guó)際高水平學(xué)術(shù)期刊。

　　我國(guó)西北缺水地區(qū)火力發(fā)電帶來(lái)的水資源壓力顯著上升，這些地區(qū)煤電基地開(kāi)發(fā)應(yīng)實(shí)行“取水總量控制”措施。

　　近日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《NatureEnergy》以封面文章的形式在線發(fā)表了同濟(jì)經(jīng)管與世界資源研究所的合作研究成果“DecouplingbetweenwateruseandthermoelectricpowergenerationgrowthinChina”（中文：中國(guó)實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電增長(zhǎng)與用水脫鉤）。

　　該文首次建立了我國(guó)長(zhǎng)時(shí)間序列高分辨率火力發(fā)電用水地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，揭示了2000至2015年間火電取水、耗水及其水資源壓力的時(shí)空格局演變過(guò)程，并定量評(píng)估了多種影響因素對(duì)火力發(fā)電水資源利用效率提升的貢獻(xiàn)。該研究對(duì)我國(guó)制定合理的水資源管理政策和電力工業(yè)發(fā)展政策均具有重要的借鑒意義。 

　　無(wú)論是全球范圍還是在中國(guó)，火電都是繼農(nóng)業(yè)灌溉之后的第二大用水部門(mén)。不斷增長(zhǎng)的電力需求持續(xù)刺激和推動(dòng)火電工業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)張，也造成了水資源競(jìng)爭(zhēng)日益加劇。目前，水資源風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為影響全球可持續(xù)發(fā)展的重大風(fēng)險(xiǎn)之一，而水資源也成為繼大氣污染排放、溫室氣體排放之后，電力工業(yè)面臨的又一重要環(huán)境挑戰(zhàn)。以傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻燃煤電廠為例，每發(fā)一度電大約需要消耗兩升水，其中80%左右在凝汽器冷卻過(guò)程中蒸發(fā)，其余部分主要用于煙氣脫硫、除灰沖渣、鍋爐補(bǔ)水等各個(gè)工藝環(huán)節(jié)。直流冷卻電廠雖然沒(méi)有冷卻塔蒸發(fā)耗水，但依賴持續(xù)不斷的貫流式冷卻水源，熱效率較低的中小型機(jī)組每發(fā)一度電取水量可達(dá)100升以上，同時(shí)排放升溫后的溫排水，是主要的水體熱污染源。 

　　我國(guó)擁有世界上規(guī)模最大的火力發(fā)電裝機(jī)，2017年總量達(dá)11.4億千瓦（含核電），比美國(guó)高約35%。我國(guó)火電工業(yè)不僅規(guī)模增長(zhǎng)迅速，電力生產(chǎn)的空間布局也發(fā)生著顯著變化。近年來(lái)，隨著“西電東輸”工程的推進(jìn)，西北地區(qū)大型煤電基地建設(shè)進(jìn)展迅速，大部分新增火電產(chǎn)能向西北缺水地區(qū)轉(zhuǎn)移。火電產(chǎn)能西移的發(fā)展態(tài)勢(shì)對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源和水環(huán)境的影響，引起了廣泛關(guān)注。 

　　研究首先構(gòu)建了一個(gè)完整的時(shí)間序列發(fā)電機(jī)組地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，約涵蓋99%的全國(guó)火力發(fā)電裝機(jī)容量，并根據(jù)中國(guó)發(fā)電機(jī)組用水樣本數(shù)據(jù)，建立了用水強(qiáng)度多元回歸模型，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算了具有詳實(shí)地理信息的火力發(fā)電取水、耗水清單。研究發(fā)現(xiàn)，全國(guó)范圍內(nèi)，位于水資源高壓力區(qū)（水資源壓力指數(shù)大于0.4，該指數(shù)反映了流域內(nèi)取水量與可利用水資源量的比值）的火力發(fā)電量從2000年的0.64萬(wàn)億度（占當(dāng)年全國(guó)火力發(fā)電總量58.5%）增長(zhǎng)到2015年的2.89萬(wàn)億度（占66.5%），增加了3.5倍。在我國(guó)十個(gè)水資源一級(jí)區(qū)中，覆蓋新疆、內(nèi)蒙古西部等地區(qū)的西北諸河流域增幅近14倍，是新千年以來(lái)火電產(chǎn)能擴(kuò)張最快的一級(jí)區(qū)。而其中位于以沙漠和戈壁地貌為主的干旱地區(qū)的火力發(fā)電量，則從不到50億度增長(zhǎng)到近1000億度。 

　　為了應(yīng)對(duì)產(chǎn)能激增和空間布局變化帶來(lái)的水資源風(fēng)險(xiǎn)，我國(guó)出臺(tái)了一系列管理政策，促進(jìn)電力工業(yè)用水效率的提升。例如，北方缺水地區(qū)新建機(jī)組推廣空冷技術(shù)替代水冷、沿海地區(qū)推廣海水冷卻替代淡水、提高準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)機(jī)組大型化、提高火力發(fā)電取水定額標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用、加快淘汰能源和水資源效率較低的老舊機(jī)組等。研究發(fā)現(xiàn)，得益于多種政策的共同作用，我國(guó)火力發(fā)電的技術(shù)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，技術(shù)效率得以持續(xù)改進(jìn)。全國(guó)火力發(fā)電的淡水取水總量在2011年達(dá)到673億立方米的峰值，約占當(dāng)年全國(guó)取水總量的11%，此后持續(xù)下降，實(shí)現(xiàn)了取水總量與火力發(fā)電量增長(zhǎng)的“脫鉤”。與此同時(shí)，耗水總量的增幅也明顯放緩。在各類影響因素中，冷卻技術(shù)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)取水總量“脫鉤”的貢獻(xiàn)在70%以上。這一點(diǎn)在西北諸河流域體現(xiàn)得最為明顯?？绽浼夹g(shù)是2007年以后才開(kāi)始在西北地區(qū)發(fā)展起來(lái)的，到2015年，空冷電廠發(fā)電量已經(jīng)占到西北諸河流域火力發(fā)電總量的69%?？梢哉f(shuō)，在帶有強(qiáng)制性的技術(shù)政策約束下，西北地區(qū)絕大多數(shù)新建電廠均采用了這一節(jié)水技術(shù)。 

　　雖然總體上我國(guó)火電工業(yè)取得了顯著的節(jié)水成效，但由于我國(guó)水資源的空間分布極不平均，能源開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)地區(qū)的水資源壓力仍將持續(xù)，潛在水風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。研究發(fā)現(xiàn)，在2000-2015年間，海河流域大部分地區(qū)火電水資源壓力指數(shù)明顯下降，而西北大型煤電基地所處匯水區(qū)則顯著上升，特別是準(zhǔn)東、伊利、哈密等煤電基地增幅最大。個(gè)別匯水區(qū)的火力發(fā)電取水量已經(jīng)超過(guò)了當(dāng)?shù)囟嗄昶骄衫玫乇硭Y源量，能源發(fā)展與可持續(xù)水資源利用的矛盾較為突出。促進(jìn)能源與水資源系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃與管理是緩解火電水資源壓力的根本途徑。

　　本文的第一兼通訊作者，同濟(jì)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院副教授、聯(lián)合國(guó)環(huán)境署-同濟(jì)大學(xué)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展學(xué)院跨學(xué)科教授張超表示，未來(lái)我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展將面臨越來(lái)越多的資源環(huán)境約束，目前，大氣污染物排放和碳排放的問(wèn)題已經(jīng)引起了充分重視，但電力工業(yè)的水資源問(wèn)題直到近幾年才開(kāi)始被關(guān)注。國(guó)家能源局2018年5月發(fā)布的《2021年煤電規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警》顯示，新疆、內(nèi)蒙古、寧夏等西北地區(qū)煤電開(kāi)發(fā)的資源約束情況全部為綠色。雖然文件指出該指標(biāo)考慮了大氣污染物排放、水資源、煤炭消費(fèi)總量等因素，但由于缺乏分要素評(píng)價(jià)結(jié)論，無(wú)法準(zhǔn)確地反映煤電基地所處地區(qū)的水資源和水環(huán)境承載力信息。另一方面，如果單純從建設(shè)供水工程以保障能源項(xiàng)目用水需求的角度出發(fā)考慮問(wèn)題，容易陷入部門(mén)本位思維。在未來(lái)規(guī)劃和管理中，應(yīng)關(guān)注電力工業(yè)發(fā)展對(duì)流域及區(qū)域水循環(huán)的整體影響，借助更加完善的用水計(jì)量手段，在極度缺水地區(qū)考慮引入取水總量控制等更加嚴(yán)格的措施，推動(dòng)水資源管理的精細(xì)化和系統(tǒng)化。 

　　本文共同作者，前世界資源研究所中國(guó)水項(xiàng)目主任鐘麗錦博士表示，一直以來(lái)能源部門(mén)相關(guān)研究和工作人員在面對(duì)火電發(fā)展對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源影響的問(wèn)題時(shí)，一直期待節(jié)水技術(shù)改造或者空冷技術(shù)革新可以解決當(dāng)?shù)氐挠盟?jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，雖然我國(guó)電力工業(yè)的節(jié)水工作自2000年出臺(tái)系列政策之后取得了顯著效果，但是，該研究通過(guò)引入更微觀細(xì)致的空間分析方法，發(fā)現(xiàn)我國(guó)電力行業(yè)過(guò)去的水資源管理中，不僅缺乏系統(tǒng)層面的水資源壓力和水資源風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)，而且也忽視了水資源的空間特性。研究不僅看到微觀尺度的技術(shù)進(jìn)步有可能帶來(lái)宏觀尺度的“反彈效應(yīng)”，同時(shí)也揭示了建立能源和水資源管理的跨要素、跨部門(mén)協(xié)同機(jī)制的重要性和緊迫性，從而避免規(guī)模增長(zhǎng)與布局失當(dāng)造成的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移。 

　　關(guān)于電力工業(yè)水資源影響的未來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)，本文的另一位共同作者，世界資源研究所中國(guó)水項(xiàng)目研究員王姣博士表示，考慮到煤電裝機(jī)增速放緩、技術(shù)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，以及可再生能源替代效應(yīng)，我國(guó)電力工業(yè)取水總量已經(jīng)越過(guò)峰值的研究結(jié)論是可靠的。但由于電力裝機(jī)的空間布局變化，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)建設(shè)地區(qū)的用水量和水資源壓力仍有可能進(jìn)一步增長(zhǎng)。從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，低碳電力大規(guī)模發(fā)展對(duì)水資源的影響如何，取決于發(fā)展路徑的選擇。風(fēng)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電具備明顯的節(jié)水協(xié)同效應(yīng)，而太陽(yáng)能聚光發(fā)電、配備碳捕集與封存設(shè)施（CCS）的化石燃料電廠、內(nèi)陸核電站等低碳電力技術(shù)的用水強(qiáng)度往往高于目前先進(jìn)的燃煤電站。