PDF《中国能源发展战略伴随的水资源消》

中国能源发展战略伴随的水资源消 耗研究:以江苏省为例 研究报告 南京大学环境学院 2016.

03 目录

1 研究背景

3 1.1 能源的生产对水资源具有重要影响.3 1.2 国内外研究进展.4 1.3 研究目标

8 2 江苏省经济社会发展概况.9 2.1 经济发展

9 2.2 产业结构

10 2.3 人口与城镇化.11

3 江苏省水资源现状.11 3.1 水资源量

11 3.2 供水与用水

15 3.3 用水效率

17 3.4 江苏省水资源管理战略.19

4 江苏省能源生产与消费现状.20 4.1 能源消费总量.20 4.2 能源消费结构.21 4.3 电力消费总量.22 4.4 能源生产现状.23 4.5 能源利用效率.24 4.6 江苏省能源发展战略.26

5 江苏省能源行业的用水分析.27 5.1 各能源部门用水现状.27 5.2 研究方法

28 5.3 研究结果

31 6 政策建议

41 1 研究背景 1.1 能源的生产对水资源具有重要影响 能源与水资源的紧密联系已经引起了广泛关注.21 世纪仍是人口快速增长、 经济高速发展、城市化进程迅猛的发展时期,水资源和能源需求将持续增长.煤炭、石油等化石能源生产,水力、火力、核能发电过程,以及生物燃料、页岩气 等新能源的开发都要消耗大量的水.2012 年,国际能源署(IEA)在世界能源展 望中单独列出一章探讨能源生产对水资源造成的压力,2010 年全球能源生产抽 取水约

5830 亿立方米,约占世界 15% 的总取用水量,其中水消耗量(即抽取后 未返回)为660 亿立方米;

预计到

2035 年水消耗量将提高 85%,随气候变化、 人口与经济增长将加剧对水资源的竞争.

1 在2014 年 世界水日 ,联合国发布 了《世界水资源发展报告 2014-水与能源》报告,呼吁各国政府在制定能源发展 政策时要考虑到水资源承载能力认为全球能源生产对水资源的需求将以两倍于 能源需求的速度增长. 能源与水资源也正在成为中国飞速发展所面临的主要挑战之一.一方面,中 国需要更多能源支撑经济发展,2015 年的世界能源展望指出,2013 年中国消费 了全世界一半的煤炭,2030 后,中国将超过美国成为最大的石油消费国,天然 气市场也大过欧盟,到2040 年的能源需求总量几乎是美国的两倍.

2 全国总装 机容量预计

2020 年将达到 15.9 亿千瓦,比2010 年增加 6.2 亿千瓦3 ,新增量仍 以火电和水电为主,需要更多的水资源来支撑能源的生产;

另一方面,有限的水 资源已经对中国城市发展构成严峻挑战,目前全国 2/3 的城市缺水,年平均缺水

500 多亿立方米,不少地方水资源过度开发,如黄河流域开发利用程度已经达到 76%,远远超出其承载能力4 .此外,中国还存在典型的能源分布与水资源分布 空间不匹配的问题.煤炭资源储量西多东少、北丰南贫,而水资源分布则是南多 北少.我国已探明的石油、天然气资源和现已开发的油气田主要分布于较为缺水 的东北、西北和华北地区.因此,不同能源行业的耗水量无疑是实现水资源可持

1 IEA. World Energy Outlook.

2012 2 IEA. World Energy Outlook.

2015 3 EIA. International Energy Outlook.

2013 4 胡四一. 中国三分之二城市缺水, 人多水少是基本水情. 2012. 续利用和管理需要考虑的一个重要方面. 1.2 国内外研究进展 国际上关于能源生产对于水资源影响的研究主要集中于两个方面: 一是从物 理特征的角度定量分析能源与水的关系,包括不同种类能源,不同生产环节,不 同技术的取水量与耗水量. 二是通过定量模型评估不同的水资源或者能源管理政 策带来的水资源影响,探讨实现资源协同管理的途径.从研究区域来看,早期主 要集中于美国、 英国等发达国家, 最近几年关于中国的能源与水的研究逐步开展. 针对中国的研究主要集中于物理特征的探讨, 对于管理政策的协同影响研究还相 对较少. (1) 生产不同种类能源的取水量存在很大差异 生产加工不同种类的能源, 取水量和耗水量存在较大差异. 如下图所示, IEA 的研究结果表明,生产传统天然气、煤、原油的取水量和耗水量相对较少,不超 过104 升水/吨油当量;

油砂、 页岩气和水力压裂等非传统化石燃料的开采比传统 的化石燃料用水量多;

可再生能源行业的耗水量存在较大差异,发展风能和太阳 能的需水量非常少,而生物质能由于生物质原料的灌溉用水比较多,整体用水量 甚至超过了火电,如生产生物乙醇、生物柴油等生物燃料的需水量都较大;

甘蔗 乙醇加工生产的耗水量和取水量最高,都可高达

106 -107 升/吨油当量

11 .除此之 外,同一类型的能源因使用的生产技术和原料不同也会产生不同的耗水量.石油 开采中二次开采技术( 通过注水来支持油层压力的技术) 的用水需求大约是依 靠自然压力开采用水的

10 倍.5 对于生物质能而言,采用甜菜、玉米、甘蔗、油 菜籽、 大豆生产

1 dm3 的生物燃料分别需要大约

500、

1000、

2000、

3500 和10

000 dm3 的水.6

5 IEA. World Energy Outlook.

2012 6 Hoff H. Understanding the Nexus [R].Stockholm: Stockholm Environment Institute,

2011 图1不同一次能源生产的需水量(升水/吨油当量)11 (2) 电力行业的发展对水资源有着显著的影响 电力行业作为国民经济基础产业和重要能源行业,同时也是工业用水大户, 在我国水资源节约工作中具有特别重要的地位, 水资源节约与综合利用是电力工 业可持续发展的一项紧迫的战略性任务.我国近 70%的能源消费都来自于煤炭,

2013 年,我国煤炭消费总量达到 36.1 亿吨,而电力行业消耗的煤炭约占全国总 用量的 50%.电力生产不仅消耗煤炭资源,也消耗了大量的水,如2011 年直流 火(核)电用水量为 437.5 亿立方米.根据清华大学和国际自然资源保护协会 (NRDC)发布的《中国节能政策的节水效果评价》报告预测,

2015 年我国火力 发电的耗水量将达到全国总用水量的 15%.

7 火电厂不同冷却技术的水消费量存在显著差异.不同类型的发电技术消耗的 水资源量差异巨大, 其中火力发电厂耗水量最多. 火力发电厂需要大量的冷却水, 其供水系统主要有直流供水和循环供水两大类. 两类冷却技术的取水量和耗水量 有很大差异,直流供水冷却取水量巨大,但用水效率较低;

循环冷却技术取水量 较小,循环供水多次利用,耗水量高用水效率亦高,且国内外冷却技术的耗水指 标差距较大.

7 顾阿伦,滕飞,王宇,等. 中国节能政策的节水效果评价[R]. 北京:清华大学能源环境经济研究所和国际 自然资源保护协 会,2013 图2不同发电技术及其冷却技术的耗水量

8 近年来,国内各电厂已采取了一些节水措施降低水耗,并取得了一定效果, 但与国外先进水平比仍有一定差距. 火力发电厂循环水冷却节水的主要措施是选 用高效率的冷却塔以降低水温, 应用先进的水质稳定处理技术保证水质和采用科 学的管理方法以提高设备效率.但是,循环冷却水由于蒸发、风吹、排污等原因 损耗很大,是火力发电厂水耗居高不下的主要原因. (3) 不同能源发展战略的耗水量存在很大的差别 如前所述,能源行业中,生产不同种类的能源、不同的能源生产加工技术、 不同的发电技术、火电厂采用不同的冷却技术都会对水资源的需求量产生影响, 取水量和耗水量各有很大的差异.因此在社会经济转型、能源结构调整、能源技 术进步等不同的能源战略下,能源的生产消费量、能源结构、能源效率等各有不 同,能源行业的水资源消耗量也将有明显的差异.国内外已有研究结果表明,在 不同的能源政策情景下,不同能源种类的生产消费量不同,各能源的生产加工所 需的水资源量也随之变化,随着科学技术的进步,各类能源的生产技术将得到优 化,发电技术、冷却技术的改进等都会影响水资源的消耗量.

8 National Renewable Energy Laboratory, US. A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies.

2011 图3中国不同能源政策情景下的能源生产量及其耗水量9 面对日益严峻的空气污染形势, 中国政府为了解决大气污染问题出台了一系 列的管理措施,这些能源管理政策也会对水资源带来一定的影响.例如,我国已 批准建设

9 座大型煤制气工厂,年产超过

370 亿立方米合成天然气,年耗水

2 亿吨.2013 年发布了《大气污染防治行动计划》 ,重点建议之一是采用煤制天然 气等更为清洁的天然气取代煤炭.但 煤制气 在冷却、生产及净化过程中耗水 量很大,每立方米煤制天然气需

6 -10 升水,例如

20 亿立方米/年的煤制天然气 项目耗水量高达

2500 万吨/年.因此在努力控制东部地区大气污染的同时,可能 会给其他地区的水资源供给带来极大压力,尤其是严重缺水的西北部地区.

10 为了实现温室气体控制的目标,中国政府在

2030 年的自主行动目标中提出 到2030 年非化石能源占一次能源消费比重将达到 20%左右,对生物质能的发展 提出了相应的规划.例如《生物质能发展 十二五 规划》提出,到2015 年, 生物质发电总装机容量达到

13 000 兆瓦,生物质燃气达到

30 亿立方米/年,固 体成型生物质燃料达到

1000 万吨/年,生物液体燃料达到

500 万吨/年.但是 IEA 的研究表明, 甘蔗乙醇加工生产的耗水量 和取水量都高达 106-107 升/吨油 当量.所以,与液体化石燃料相比,生产生物燃料的水资源需求量更大.此外, 油砂、 页岩气和水力压裂等非传统化石燃料的开采比传统的化石燃料用水量更大.

11 IEA 也明确提出了水资源将成为中国非常规能源发展的重要制约因素之一.

12 9 Cai B.M. Energy'

s thirst for water in China. Environmental Science &

Technology, 48, 11760?11768. 2014.

10 世界资源研究所. 大气十条 打开煤制天然气大门需警惕可能产生的水资源压力[EB/OL].(2013-10-29)

11 International Energy Agency. World energy outlook

2012 [R]. France: OECD/IEA,

2012 12 ]International Energy Agency. World energy outlook

2012 [R]. France: OECD/IEA,

2012 《煤炭工业发展 十二五 规划》规定,全国煤炭开发总体布局是控制东部、 稳定中部、发展西部.若规划中的发展目标全部实现, 十二五 末,14 个煤炭 基地采煤产业需水量将达到 66.47 亿立方米/年,到2020 年达到 81.51 亿立方米/ 年,需水量约为 2233.15 万立方米/天.13 如图所示,相关研究表明,随着煤炭消 费高峰的到来,煤炭相关产业面临着较强的水资源约束,尽管节水模式比常规模 式对应情景下的用水总量有较大程度的下降, 但是在近期内仍不能满足用水总量 控制红线的要求, 只有更加严格地控制电力和煤化工等高耗水产业才能确保满足 用水红线的约束.14 图4不同发展情景下煤炭转化利用用水量 1.3 研究目标 江苏省的能源呈现结构多元化,相关部门多,生产量高,缺口大的特征.在 大气污染控制与应对气候变化等大背景下, 江苏省能源发展的 十三五 及中长期 规划必将进一步控制消费总量和调整优化结构,........