水資源短缺的現(xiàn)實(shí)
2009年瑞士達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇年會(huì)發(fā)表了一個(gè)報(bào)告，認(rèn)為未來20年內(nèi)全球?qū)⑾萑?ldquo;水資源破產(chǎn)”的困境，導(dǎo)致失去相當(dāng)于印度和美國(guó)谷類收成總和的作物，糧價(jià)將因此暴漲，水也會(huì)變得比石油更有投資價(jià)值。由于能源生產(chǎn)過程中也需要大量用水，因此隨著能源需求的增加，水的消耗量也會(huì)跟著上升。人類爭(zhēng)奪水資源的競(jìng)賽將愈演愈烈，各國(guó)能源生產(chǎn)對(duì)水資源的需求量將大大增加。
我國(guó)水資源較為短缺，人均水資源量約2200立方米，不到全世界平均水平的1/3，在聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)統(tǒng)計(jì)的153個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，排在第121位，并且還被列為世界13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。如果扣除難以利用的洪水徑流和散布在偏遠(yuǎn)地區(qū)的地下水資源，我國(guó)現(xiàn)實(shí)可利用的淡水資源僅為11000億立方米，人均可利用水資源量?jī)H為900立方米，且分布極為不均。
目前，我國(guó)年缺水總量約為300億～400億立方米，每年城市工業(yè)缺水量達(dá)60億立方米。全國(guó)660多個(gè)城市中有400個(gè)供水不足，110個(gè)嚴(yán)重缺水；在32個(gè)百萬人口以上的特大城市中，有30個(gè)長(zhǎng)期受缺水困擾。據(jù)有關(guān)部門分析，由于供水不足，城市工業(yè)每年經(jīng)濟(jì)損失2000億元以上，影響城市人口4000萬人。同時(shí)，水資源短缺也使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到很大影響，每年農(nóng)田受旱面積2億～6億畝。自2000年以來，工業(yè)用水量每年以2.7%的速度增長(zhǎng)，2007年，工業(yè)用水量已占全社會(huì)總用水量的24%。未來一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)將加快推進(jìn)工業(yè)化和城市化，工業(yè)仍將迅速增長(zhǎng)。
能源是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。我國(guó)建國(guó)60年來，能源供給能力不斷增強(qiáng)。特別是上世紀(jì)90年代末以來，隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的建立和完善，能源市場(chǎng)化改革不斷推進(jìn)，能源投入增加，煤炭、電力產(chǎn)能大幅度提高，能源產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。#p#分頁標(biāo)題#e#
電力在能源中具有特別重要的地位。通過應(yīng)用電力技術(shù)，能夠把各種一次能源轉(zhuǎn)化為傳輸使用方便、高效清潔的二次能源。建國(guó)以來我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，對(duì)發(fā)展電力的要求日益提高。1949年年底全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量只有185萬千瓦，年發(fā)電量43億千瓦時(shí)；到2008年，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到79253萬千瓦，年發(fā)電量達(dá)34268億千瓦時(shí)。
在這樣的情況下，水資源能否支撐日益增長(zhǎng)的能源需要，成為全社會(huì)關(guān)注的問題。
誰是用水大戶
在各類能源中，電能生產(chǎn)耗費(fèi)水資源量較大，遠(yuǎn)超過石油開采業(yè)和煤炭開采業(yè)。在能源行業(yè)中，電力是主要用水部門，用水量占能源行業(yè)的80%以上。在電力生產(chǎn)中，水電不消耗水資源，僅利用水利資源；核電用水量較少；大部分水資源為火電使用或消耗。因此，本文以火力發(fā)電為例，并預(yù)測(cè)未來一段時(shí)期我國(guó)的電能生產(chǎn)，在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)能源用水需求。
人均用電量是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的主要指標(biāo)。盡管我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展迅速，但到2008年我國(guó)人均用電量只有2580千瓦時(shí)，大致相當(dāng)于美國(guó)的1/6和日本的1/3，不到經(jīng)濟(jì)合作與開發(fā)組織(OECD)國(guó)家平均8079千瓦時(shí)的1/3。我國(guó)電力占能源終端消費(fèi)的比重也很低，2006年為14.1%，而1997年世界平均水平為17%，OECD國(guó)家為18.6%。未來一段時(shí)期，我國(guó)仍處于加速工業(yè)化的時(shí)期，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)有更大的能源和電力增長(zhǎng)需求。
從2003年起，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)開始?xì)w功于重化工業(yè)快速發(fā)展，中國(guó)逐步進(jìn)入重化工業(yè)階段。從發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)來看，重化工業(yè)階段的重要特征是電力彈性系數(shù)大于1。我國(guó)電力彈性系數(shù)也超過1，2003年～2007年平均電力彈性系數(shù)達(dá)到1.39，其中2005年達(dá)到1.77，為近30年最高。
由于影響電力需求的因素很多，如經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源利用效率等等，所以電力需求彈性系數(shù)在短期內(nèi)會(huì)表現(xiàn)出一定的波動(dòng)性。但從長(zhǎng)期來看，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及用電效率的提高，電力需求彈性將相對(duì)平穩(wěn)。未來一個(gè)時(shí)期，考慮到全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響(2008年電力彈性系數(shù)下降到0.62)，我國(guó)電力需求彈性系數(shù)將會(huì)有所降低，預(yù)計(jì)2020年以后，電力需求彈性將下降到0.80以下。
我們采用改進(jìn)的柯布—道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，以計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)家鄒至莊對(duì)資本存量的分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算資本形成總額和固定資產(chǎn)投資價(jià)格指數(shù)，對(duì)2020年前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，到2020年我國(guó)GDP將達(dá)到57.58億元(2007年價(jià))，人均GDP達(dá)到40984元(按照7∶1匯率計(jì)算，合5855美元)，跨入中等收入國(guó)家行列，并逐步向工業(yè)化高級(jí)階段過渡。#p#分頁標(biāo)題#e#
據(jù)此預(yù)測(cè)2009年～2020年的電力需求，并以每年發(fā)電時(shí)數(shù)4500小時(shí)估算發(fā)電裝機(jī)容量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2009年～2020年間我國(guó)發(fā)電量年均增長(zhǎng)5.7%，到2020年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)總用電量將達(dá)到66444萬億千瓦時(shí)，電力裝機(jī)容量達(dá)到147700萬千瓦。
目前，我國(guó)電力的主要來源是煤炭。我國(guó)已成為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，煤炭占一次能源消耗比重近70%，而發(fā)達(dá)國(guó)家這一比重僅有21%，世界平均水平不超過30%。電力生產(chǎn)也體現(xiàn)出這一特點(diǎn)。電力生產(chǎn)以火電為主，而且火電裝機(jī)容量和發(fā)電量的比重呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)。從1990年到2007年，火電發(fā)電量占總發(fā)電量的比重從79.6%逐步上升到83.1%，水電發(fā)電量比重從20.4%下降到15.0%。
未來我國(guó)能源結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化，電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)也需要相應(yīng)調(diào)整。假定2020年我國(guó)社會(huì)發(fā)電總量中，火電、水電、核電比重分別優(yōu)化為70%、22%、8%(暫不考慮油、天然氣、新能源發(fā)電等)，則2020年火電發(fā)電量將達(dá)66444億千瓦時(shí)。在這種情況下，火電行業(yè)的用水量將是一個(gè)怎樣的數(shù)字？水資源能否支撐火電行業(yè)的發(fā)展？
火電企業(yè)用水或?qū)⒃黾?5.1%
在火力發(fā)電中，有貫流式冷卻、循環(huán)式冷卻、空氣冷卻等幾種不同冷卻類型。由于冷卻方式不同，用水效率也不同：貫流式冷卻用水量大，耗水量較少；循環(huán)式冷卻用水量少，耗水比重較大；空氣冷卻用水和耗水都比較少。
首先，我們以2004年企業(yè)用水情況、水價(jià)、用水成本普查數(shù)據(jù)為依據(jù)，以吉林、湖南、江西、黑龍江、浙江、江蘇、廣東、內(nèi)蒙古等8省(區(qū))火力發(fā)電企業(yè)為典型，計(jì)算典型企業(yè)中貫流式冷卻、循環(huán)式冷卻、空氣冷卻等不同類型的用水情況(計(jì)算結(jié)果見表1)。
接下來再以典型企業(yè)貫流式冷卻、循環(huán)式冷卻、空氣冷卻等不同類型用水定額(即每千瓦時(shí)電用水量)為基礎(chǔ)，根據(jù)2004年實(shí)際發(fā)電量來計(jì)算企業(yè)相應(yīng)的實(shí)際用水量，然后以這個(gè)用水量為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出貫流式、循環(huán)式、空氣式等幾種類型火電實(shí)際用水定額(結(jié)果見表2)。表2顯示，在貫流式、循環(huán)式、空氣式三種冷卻方式下，實(shí)際用水額度分別為6.38×10-2立方米、4.20×10-3立方米、4.32×10-4立方米，貫流式冷卻的用水量最大，循環(huán)式冷卻的用水量最小。
根據(jù)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)目標(biāo)，未來國(guó)內(nèi)將逐漸調(diào)整火電內(nèi)部結(jié)構(gòu)，逐步降低貫流式冷卻發(fā)電比例，增加循環(huán)式冷卻和空氣冷卻的比重。我們認(rèn)為，考慮實(shí)際電力結(jié)構(gòu)調(diào)整需要，貫流式冷卻、循環(huán)式冷卻、空氣冷卻等不同類型的火電比重將由2004年的39∶59∶2，逐步調(diào)整到2010年的26∶69∶5，接著再調(diào)整為2020年的18∶72∶10，按照以上比例，貫流式冷卻火電發(fā)電量的絕對(duì)值將略有增長(zhǎng)，從2010年的7989億千瓦時(shí)增加到2020年的8372億千瓦時(shí)。#p#分頁標(biāo)題#e#
我們以校對(duì)后的實(shí)際用水定額為標(biāo)準(zhǔn)，即貫流式、循環(huán)式、空氣式機(jī)組發(fā)電時(shí)，每千瓦時(shí)的用水量分別為6.38×10-2立方米、4.20×10-3立方米、4.32×10-4立方米，計(jì)算未來電力行業(yè)的用水量情況。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，到2020年火電企業(yè)用水量將增加135.8億立方米，比目前增加25.1%(見表4)。
從限制高耗水工業(yè)角度考慮，如果限制貫流式冷卻類型火電企業(yè)增長(zhǎng)，對(duì)電力結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，則火電用水狀況會(huì)發(fā)生較大變化。在這種情況下，貫流式冷卻、循環(huán)式冷卻、空氣冷卻等不同類型的火電比重，將由2004年的39∶59∶2，逐步調(diào)整到2020年的15∶75∶10，按照這一比例，貫流式冷卻火電的發(fā)電量將逐年降低。這樣一來，到2020年，火電企業(yè)用水量將增加52.6億立方米，僅比現(xiàn)在增加9.7%(見表5)。
在電力行業(yè)，用水主要集中在貫流式冷卻火電企業(yè)，根據(jù)典型企業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)和本文計(jì)算結(jié)果，貫流式冷卻火電企業(yè)用水量占電力行業(yè)用水量的約90%。貫流式火電企業(yè)，是能源部門控制用水量的重點(diǎn)。
節(jié)水行動(dòng)刻不容緩
在一定條件下，火電用水需求可以控制在一定范圍內(nèi)。
首先，調(diào)整電力結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展水電、核電，控制火電增長(zhǎng)速度。從2000年～2007年，我國(guó)火電發(fā)電量年均增速為13.4%，而到2020年前，需要將火電發(fā)電量增速控制在4.3%以內(nèi)。1995年以來，我國(guó)水電、核電年均增長(zhǎng)速度分別為8.1%、14.2%，從現(xiàn)在到2020年前，水電、核電年均增長(zhǎng)速度需要保持在8.8%、17.8%的水平。
其次，調(diào)整火電冷卻用水結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展空氣冷卻、循環(huán)水冷，限制貫流式水冷。本文通過對(duì)火電用水量增長(zhǎng)情況進(jìn)行測(cè)算得知，按照一般發(fā)展，2020年貫流式冷卻火電發(fā)電量增長(zhǎng)到8372億千瓦時(shí)，占火電發(fā)電量18%，屆時(shí)電力行業(yè)用水需求增加135.8億立方米，用水量將比當(dāng)前增長(zhǎng)25.1%。如果限制和逐步淘汰貫流式火電企業(yè)，2020年貫流式冷卻火電發(fā)電量降低為6977億千瓦時(shí)，占火電發(fā)電量比例降為15%，屆時(shí)電力行業(yè)用水需求增加52.6億立方米，用水量的增幅可以控制在10%以內(nèi)。
再次，如果在調(diào)整結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)加大節(jié)水設(shè)施建設(shè)和節(jié)水技術(shù)改造的力度，進(jìn)一步提高用水的重復(fù)利用率，使2020年火電發(fā)電量用水定額從2004年的0.022立方米/千瓦時(shí)，降為0.012立方米/千瓦時(shí)，用水定額降幅保持在年均4.0%的水平，則電力行業(yè)用水量有可能實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)。
如果氣候條件不發(fā)生重大變化，在當(dāng)前水資源條件下，未來一段時(shí)期我國(guó)供水能力將進(jìn)一步增長(zhǎng)。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，到2020年，我國(guó)供水能力將增長(zhǎng)400億立方米以上。在這樣的條件下，我們分析認(rèn)為，未來水資源有可能滿足日益增長(zhǎng)的能源用水需求。
不過，能源行業(yè)必須加強(qiáng)節(jié)水型工業(yè)建設(shè)。能源工業(yè)耗水量大、污染重，同時(shí)煤炭、電力、石油、天然氣能源基地多數(shù)分布在北方缺水地區(qū)，保障能源生產(chǎn)的用水安全具有一定難度。基于我國(guó)水資源和水環(huán)境承載能力，本著量水而行、以水定產(chǎn)的原則，能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)立足于內(nèi)部生產(chǎn)的節(jié)水降耗，而不應(yīng)立足于增加常規(guī)淡水資源使用量。#p#分頁標(biāo)題#e#
因此，我們建議，為保障能源安全，應(yīng)采取以下水資源管理措施：
一是合理安排能源生產(chǎn)布局、調(diào)整能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，落實(shí)節(jié)水、降耗、減排的要求，依據(jù)水資源條件優(yōu)化能源工業(yè)布局；在重大能源工程立項(xiàng)時(shí)，尤其是建設(shè)貫流式電站等高耗水項(xiàng)目，必須嚴(yán)格實(shí)行水資源論證。
二是采用先進(jìn)節(jié)水技術(shù)、工藝、措施，切實(shí)提高能源工業(yè)的水資源利用效益與效率。大力推廣先進(jìn)采掘技術(shù)和空氣冷卻等高效冷卻方式，安裝循環(huán)利用設(shè)施提高水重復(fù)利用率，建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，降低單位能源生產(chǎn)用水量。
三是積極鼓勵(lì)開發(fā)利用海水、苦咸水、中水、礦井水、雨水等非常規(guī)水資源，增加能源工業(yè)儲(chǔ)水量。(《能源評(píng)論》王海鋒 韓濤 龐靖鵬)
(王海鋒，水利部發(fā)展研究中心博士，主要研究方向?yàn)樗度谫Y管理；韓濤，水利部發(fā)展研究中心博士，主要研究方向?yàn)樗y(tǒng)計(jì)分析；龐靖鵬，水利部發(fā)展研究中心博士，主要研究方向?yàn)榱饔蚓C合管理)
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