水資源短缺的現實(shí)
2009年瑞士達沃斯世界經(jīng)濟論壇年會(huì )發(fā)表了一個(gè)報告，認為未來(lái)20年內全球將陷入“水資源破產(chǎn)”的困境，導致失去相當于印度和美國谷類(lèi)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(guò)程中也需要大量用水，因此隨著(zhù)能源需求的增加，水的消耗量也會(huì )跟著(zhù)上升。人類(lèi)爭奪水資源的競賽將愈演愈烈，各國能源生產(chǎn)對水資源的需求量將大大增加。
我國水資源較為短缺，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)合國可持續發(fā)展委員會(huì )統計的153個(gè)國家和地區中，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家之一。如果扣除難以利用的洪水徑流和散布在偏遠地區的地下水資源，我國現實(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?jì)H為900立方米，且分布極為不均。
目前，我國年缺水總量約為300億～400億立方米，每年城市工業(yè)缺水量達60億立方米。全國660多個(gè)城市中有400個(gè)供水不足，110個(gè)嚴重缺水；在32個(gè)百萬(wàn)人口以上的特大城市中，有30個(gè)長(cháng)期受缺水困擾。據有關(guān)部門(mén)分析，由于供水不足，城市工業(yè)每年經(jīng)濟損失2000億元以上，影響城市人口4000萬(wàn)人。同時(shí)，水資源短缺也使得農業(yè)生產(chǎn)受到很大影響，每年農田受旱面積2億～6億畝。自2000年以來(lái)，工業(yè)用水量每年以2.7%的速度增長(cháng)，2007年，工業(yè)用水量已占全社會(huì )總用水量的24%。未來(lái)一段時(shí)期內，我國將加快推進(jìn)工業(yè)化和城市化，工業(yè)仍將迅速增長(cháng)。
能源是現代經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的基礎。我國建國60年來(lái)，能源供給能力不斷增強。特別是上世紀90年代末以來(lái)，隨著(zhù)社會(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟體制的建立和完善，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)出現高增長(cháng)態(tài)勢。#p#分頁(yè)標題#e#
電力在能源中具有特別重要的地位。通過(guò)應用電力技術(shù)，能夠把各種一次能源轉化為傳輸使用方便、高效清潔的二次能源。建國以來(lái)我國經(jīng)濟快速增長(cháng)，對發(fā)展電力的要求日益提高。1949年年底全國發(fā)電裝機容量只有185萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量43億千瓦時(shí)；到2008年，我國發(fā)電裝機容量達到79253萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量達34268億千瓦時(shí)。
在這樣的情況下，水資源能否支撐日益增長(cháng)的能源需要，成為全社會(huì )關(guān)注的問(wèn)題。
誰(shuí)是用水大戶(hù)
在各類(lèi)能源中，電能生產(chǎn)耗費水資源量較大，遠超過(guò)石油開(kāi)采業(yè)和煤炭開(kāi)采業(yè)。在能源行業(yè)中，電力是主要用水部門(mén)，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，并預測未來(lái)一段時(shí)期我國的電能生產(chǎn)，在此基礎上評價(jià)能源用水需求。
人均用電量是衡量一個(gè)國家現代化程度的主要指標。盡管我國電力工業(yè)發(fā)展迅速，但到2008年我國人均用電量只有2580千瓦時(shí)，大致相當于美國的1/6和日本的1/3，不到經(jīng)濟合作與開(kāi)發(fā)組織(OECD)國家平均8079千瓦時(shí)的1/3。我國電力占能源終端消費的比重也很低，2006年為14.1%，而1997年世界平均水平為17%，OECD國家為18.6%。未來(lái)一段時(shí)期，我國仍處于加速工業(yè)化的時(shí)期，同發(fā)達國家相比，我國有更大的能源和電力增長(cháng)需求。
從2003年起，我國經(jīng)濟增長(cháng)開(kāi)始歸功于重化工業(yè)快速發(fā)展，中國逐步進(jìn)入重化工業(yè)階段。從發(fā)達國家經(jīng)驗來(lái)看，重化工業(yè)階段的重要特征是電力彈性系數大于1。我國電力彈性系數也超過(guò)1，2003年～2007年平均電力彈性系數達到1.39，其中2005年達到1.77，為近30年最高。
由于影響電力需求的因素很多，如經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結構、能源利用效率等等，所以電力需求彈性系數在短期內會(huì )表現出一定的波動(dòng)性。但從長(cháng)期來(lái)看，隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)結構的調整及用電效率的提高，電力需求彈性將相對平穩。未來(lái)一個(gè)時(shí)期，考慮到全球經(jīng)濟危機的影響(2008年電力彈性系數下降到0.62)，我國電力需求彈性系數將會(huì )有所降低，預計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，以計量經(jīng)濟學(xué)家鄒至莊對資本存量的分析數據為基礎，計算資本形成總額和固定資產(chǎn)投資價(jià)格指數，對2020年前經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展進(jìn)行預測。根據預測結果，到2020年我國GDP將達到57.58億元(2007年價(jià))，人均GDP達到40984元(按照7∶1匯率計算，合5855美元)，跨入中等收入國家行列，并逐步向工業(yè)化高級階段過(guò)渡。#p#分頁(yè)標題#e#
據此預測2009年～2020年的電力需求，并以每年發(fā)電時(shí)數4500小時(shí)估算發(fā)電裝機容量。根據計算結果，2009年～2020年間我國發(fā)電量年均增長(cháng)5.7%，到2020年，我國經(jīng)濟社會(huì )總用電量將達到66444萬(wàn)億千瓦時(shí)，電力裝機容量達到147700萬(wàn)千瓦。
目前，我國電力的主要來(lái)源是煤炭。我國已成為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，煤炭占一次能源消耗比重近70%，而發(fā)達國家這一比重僅有21%，世界平均水平不超過(guò)30%。電力生產(chǎn)也體現出這一特點(diǎn)。電力生產(chǎn)以火電為主，而且火電裝機容量和發(fā)電量的比重呈現上升態(tài)勢。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(lái)我國能源結構需要優(yōu)化，電力生產(chǎn)結構也需要相應調整。假定2020年我國社會(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)用水或將增加25.1%
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(lèi)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)、用水成本普查數據為依據，以吉林、湖南、江西、黑龍江、浙江、江蘇、廣東、內蒙古等8省(區)火力發(fā)電企業(yè)為典型，計算典型企業(yè)中貫流式冷卻、循環(huán)式冷卻、空氣冷卻等不同類(lèi)型的用水情況(計算結果見(jiàn)表1)。
接下來(lái)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(lèi)型用水定額(即每千瓦時(shí)電用水量)為基礎，根據2004年實(shí)際發(fā)電量來(lái)計算企業(yè)相應的實(shí)際用水量，然后以這個(gè)用水量為標準，計算出貫流式、循環(huán)式、空氣式等幾種類(lèi)型火電實(shí)際用水定額(結果見(jiàn)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。
根據節水型社會(huì )建設目標，未來(lái)國內將逐漸調整火電內部結構，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。我們認為，考慮實(shí)際電力結構調整需要，貫流式冷卻、循環(huán)式冷卻、空氣冷卻等不同類(lèi)型的火電比重將由2004年的39∶59∶2，逐步調整到2010年的26∶69∶5，接著(zhù)再調整為2020年的18∶72∶10，按照以上比例，貫流式冷卻火電發(fā)電量的絕對值將略有增長(cháng)，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(yè)標題#e#
我們以校對后的實(shí)際用水定額為標準，即貫流式、循環(huán)式、空氣式機組發(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，計算未來(lái)電力行業(yè)的用水量情況。根據計算結果，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(jiàn)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(lèi)型火電企業(yè)增長(cháng)，對電力結構進(jìn)行調整，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(lèi)型的火電比重，將由2004年的39∶59∶2，逐步調整到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(lái)，到2020年，火電企業(yè)用水量將增加52.6億立方米，僅比現在增加9.7%(見(jiàn)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)，根據典型企業(yè)調查數據和本文計算結果，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(mén)控制用水量的重點(diǎn)。
節水行動(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。
首先，調整電力結構，大力發(fā)展水電、核電，控制火電增長(cháng)速度。從2000年～2007年，我國火電發(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?xún)取?995年以來(lái)，我國水電、核電年均增長(cháng)速度分別為8.1%、14.2%，從現在到2020年前，水電、核電年均增長(cháng)速度需要保持在8.8%、17.8%的水平。
其次，調整火電冷卻用水結構，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(guò)對火電用水量增長(cháng)情況進(jìn)行測算得知，按照一般發(fā)展，2020年貫流式冷卻火電發(fā)電量增長(cháng)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，用水量將比當前增長(cháng)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?xún)取?/p>
再次，如果在調整結構的基礎上，繼續加大節水設施建設和節水技術(shù)改造的力度，進(jìn)一步提高用水的重復利用率，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)現零增長(cháng)。
如果氣候條件不發(fā)生重大變化，在當前水資源條件下，未來(lái)一段時(shí)期我國供水能力將進(jìn)一步增長(cháng)。根據相關(guān)規劃，到2020年，我國供水能力將增長(cháng)400億立方米以上。在這樣的條件下，我們分析認為，未來(lái)水資源有可能滿(mǎn)足日益增長(cháng)的能源用水需求。
不過(guò)，能源行業(yè)必須加強節水型工業(yè)建設。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分布在北方缺水地區，保障能源生產(chǎn)的用水安全具有一定難度?；谖覈Y源和水環(huán)境承載能力，本著(zhù)量水而行、以水定產(chǎn)的原則，能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展應立足于內部生產(chǎn)的節水降耗，而不應立足于增加常規淡水資源使用量。#p#分頁(yè)標題#e#
因此，我們建議，為保障能源安全，應采取以下水資源管理措施：
一是合理安排能源生產(chǎn)布局、調整能源生產(chǎn)結構，落實(shí)節水、降耗、減排的要求，依據水資源條件優(yōu)化能源工業(yè)布局；在重大能源工程立項時(shí)，尤其是建設貫流式電站等高耗水項目，必須嚴格實(shí)行水資源論證。
二是采用先進(jìn)節水技術(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)利用設施提高水重復利用率，建立循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式，降低單位能源生產(chǎn)用水量。
三是積極鼓勵開(kāi)發(fā)利用海水、苦咸水、中水、礦井水、雨水等非常規水資源，增加能源工業(yè)儲水量。(《能源評論》王海鋒 韓濤 龐靖鵬)
(王海鋒，水利部發(fā)展研究中心博士，主要研究方向為水利投融資管理；韓濤，水利部發(fā)展研究中心博士，主要研究方向為水利統計分析；龐靖鵬，水利部發(fā)展研究中心博士，主要研究方向為流域綜合管理)
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