中国能源发展的水约束

中国能源发展的水约束

2015.5

水是生命之源泉，生产之要素，生态之基础。能源是人类进步的物质动力，也是经济的血液。能源生产、转化与使用的许多过程都需要消耗大量的淡水。能源与水的关系日益受到重视。我国人多水少，水资源总体匮乏，水体污染严重，水生态环境不断恶化。为此，国务院已开始实行“最严格水资源管理制度”。水已成为制约我国经济社会可持续发展的主要瓶颈，对能源发展的约束也日趋严重。如何系统性地量化分析能源和水的关系？如何协调能源发展与水资源利用的关系？能源领域有哪些节水技术途径与政策选项？中国如何通过技术与政策手段节约用水、降低水源污染？

2013年9月8日，北京国际能源专家俱乐部在神华集团位于昌平的北京低碳清洁能源研究所举办题为“中国能源发展的水约束”专家研讨会，围绕上述问题进行了讨论。BP集团首席科学家魏爱伦（HelenWilliams）博士以“能源活动的水维度”为题做了主旨发言。国家能源专家咨询委员会主任、北京国际能源专家俱乐部名誉理事会主席张国宝先生、国家能源局前副局长吴吟先生等出席了会议，神华集团副总经理韩建国先生到会致辞。来自国务院研究室、发改委、环保部、财政部、国家能源局、中科院、社科院、中石油、中石化、中海油、华能、华电等多家单位的60余名专家学者参与了讨论。

魏爱伦博士的主要观点总结如下：

1. 能源与水、耕地、原材料、碳排放之间保持着高度复杂、相互作用的关系

能源生产和使用需要用水，而水的供应和处理也要消耗能源。冶金和采矿业不仅耗水也耗能。农业既生产能源（生物质燃料），也消耗能源；既是耗水大户（占全球取水量的70%），也是温室气体排放大户（占全球排放量的28%）。因此，能源政策应该考虑能源与其他要素之间的相互约束与影响。

2. 不断增长的能源需求和气候变化为全球可持续发展带来严峻挑战

大气温室气体浓度已从工业革命前的290 ppm增加到目前的400ppm，改变了原有的大气热平衡。国际能源署（IEA）预计到本世纪末，温室气体浓度将增加到600ppm，地表温度上升4摄氏度；而最差的情景是温室气体浓度将达到800 ppm，

全球升温6度。这两个情景与国际社会希望将大气温室气体浓度控制在450 ppm、全球升温不超过2度的目标相差甚远。几乎可以肯定地说，21世纪极端高温出现的频率和幅度将在全球范围内增加，而出现极端低温的频率会大幅降低。越来越多证据表明，今后25年，热浪、极端降雨和伴发洪涝等以前甚为罕见的极端天气事件出现的频率也会越来越高。

3. 全球对淡水问题的讨论带有情绪化倾向，在认识上存在误区

全球每年淡水取水量超过了4万亿m3，其中农业取水量约占70%，电力行业取水量约占10%，能源开采和加工平均取水量占比2%。

目前人们对淡水问题的讨论往往带有情绪化倾向，在认识上存在误区。主要是没有区分“取水量”（从当地流域提取的水量）和“耗水量”（从当地流域提取后没有返回的水量），导致了不正确的结论。以美国为例，2005年淡水取水总量为4.83亿m3，但用水量只有1.35亿m3。不区分取水量和耗水量就不能澄清人类活动中哪些环节需要用淡水，哪些环节可以通过水的再利用或用低质水（一般是半咸水或咸水）替代，也不能区分自然雨水灌溉和人工淡水灌溉对当地水系和生态系统的影响。

4. 世界水资源分布很不均衡，匮乏程度因地区而异

一个地区水资源匮乏程度取决于当地气候和人口密度两个因素，世界范围内水的紧张度不一，有些地区特别严重。现在水资源紧张的地区到2030年以后紧张度会不断加重。如中国的北方地区目前已出现水紧张问题，未来缺水紧张度会越来越严重。

5. 中国能源领域耗水量将高于世界平均水平，需大幅度提高用水效率

以煤为主的能源结构、很高的工业用能比重以及快速发展的能源基础设施导致中国能源行业对水的需求量高于世界平均水平。按照目前的趋势，未来中国能源领域的取水量将随着能源需求的增加而增长。只有加大资本投资，推动技术变革，加上政策引导，才能提高用水效率，降低用水强度。

6. 通过4R方法可以大规模减少能源和电力领域的用水量

全球性的水资源压力正在推动能源和发电行业采用一些常识性的实践来节约用水，可用4R概括：

一是替代（Replacement）: 主要使用海水、半咸水、产出水和废水等非淡水水源

替代淡水；

二是再利用（Re-use）: 指相同的水在工业流程中多次使用；

三是再循环（Recycle），对废水进行处理使其可以再次使用，从而取代其他用途所需的淡水；

四是地区责任制（Regionalresponsibility）: 通过调整工业布局与做法，以适应当地淡水资源可用程度并考虑其他需求。

这些做法并不涉及任何高新技术，目前在世界多个地区都有实践证明，化石能源生产与消费过程所需的淡水量可以通过水的再利用和低质水替代而日益降低。在能源开采业，过去50年的管理进步大大改善了用水强度，未来能源的耗水量未必与能源需求同比例增长。

7. 化石能源在开采与转化过程都有巨大的节水潜力与成熟的做法

目前化石能源开采用水量的相关数据没有及时更新，实际上用水方式方法的改进已经节约了大量的水资源。化石能源开采适用的淡水量可通过水的再利用和适用低质水代替而日益降低，从而降低用水强度。

石油开采可用低质产出水代替淡水

油藏中蕴含的石油通常能采收30%左右，通过利用提高采收率法采油（EOR）可增加采油量。全球陆上石油生产过程一般伴随着产出水的生产，平均是每桶油生产3桶水。开采过程中如果用低质产出水代替淡水通过压力进行开采，淡水用量会大幅降低。在海上石油开采方面，许多国家用盐水来代替淡水，如挪威海上开采石油基本不用淡水而是用海水开采石油。

煤炭开采业也具有很多节水机会

煤炭工业因煤矿渗水、作业污水以及全矿场污水控制而面临环境挑战。影响煤矿淡水使用量的因素包括：

1）替代水源和再循环水的使用，如进入煤矿的水或作业过程中的循环水；

2）选煤类型和程度决定了洗煤用水量；

3）煤层性质决定了附连水和抑尘的需要；

4）煤矿所在地环境：在水资源紧张的地区，存水的蒸发速率可以主导水的消耗量。

煤炭工业通过推广最佳实践可以找到大量降低水耗的机会。在澳大利亚，通过执