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廖夏伟:虚拟水——能源消费的“隐”水危机

日期:2020-11-25    来源:绿色和平发布  作者:廖夏伟

能源资讯中心

2020
11/25
10:27
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关键词: 年用电量 能源消费 火力发电 西电东送

廖夏伟博士在“一刻Talks · 未来大会”上发表演讲。图片来源:一刻Talks (已获授权)

水,是生命之源。中国居民膳食指南指出健康成年人每天需要饮水约2500毫升。但由于水资源的时空分布不均匀的特性,全球有约20亿人口生活在不同程度的水资源压力下,有约40亿人口每年至少有一个月会面临较为严重的缺水问题。随着气候变化对水资源量以及时空分布的改变,加以人均用水量的增长,预计2050年全球会有超过50%的人在不同程度上受到水压力的影响。

那这些大量的水资源都被用来做什么了呢?

我们可能首先想到的是大量用于农业灌溉、鱼类养殖、生活用水等。而我今天要跟大家讲的可能是大家相对较为陌生,但却跟我们在座每一个人都息息相关的一个行业,能源行业的用水。

能源用水问题亟需进一步重视。

据世界银行估计,到2035年,世界能源消费预计将增长35%,将在全球范围内带来约85%的能源用水增长[3]。以中国的电力消费为例,从2000到2017年,中国全国用电总量从13,000多亿千瓦时增长到近65,000亿千瓦时,增长近5倍。而人均年用电量也从约1000千瓦时增长到近5000千瓦时。但同时也应看到,我国的人均用电量依旧远低于例如美国、欧盟等发达经济体的人均用电水平。

2000-2017年我国电力消费量及人均电力消费变化趋势 (数据来源:国家统计局)

发展指数和人均用电量的关系。

为了更好地了解能源消费的生命周期生产过程中对于水资源的影响和依赖,我们可以使用由英国学者Tony Allan教授于1993年提出的虚拟水和水足迹这个概念。虚拟水这个概念用来表征包含在生产商品和服务过程中所使用的水资源。而这些商品一旦进入市场流通,就产生了这些商品中所隐含的虚拟水贸易和流通。

以牛仔裤为例,生产一条蓝色牛仔裤需要耗费3480升水,如果按成年人每天需摄入两点五升水来计算,生产一条牛仔裤的耗水量足以满足一个成年人接近四年的饮水量。

以我国六个超大城市,北京、上海、广州、天津、重庆和深圳为例。这六个城市每年的能源消费整个生产的生命周期需要使用约一到三亿立方米的水,其中以上海为最。人均看来,广州人均每年的能源消费量生命周期所需用水量最高,约15立方米,其次便是上海。

这六个大城市有一个典型的特点,就是能源产品进口依赖程度较高。例如我国的西电东送项目将大量北方地区的火力发电和中西部的水力发电通过远距离输电设备供给到沿海地区的用电中心。而我们刚才提到,能源产品的流动也带来相应的隐含虚拟水的流动。

中国6大城市能源消费水足迹概况。图片来源见脚注(已获授权)

我们通过对于上述六大城市能源消费的产品来源进行分析,发现大量的水资源消耗于西北、华北和西南等煤炭或者水能充沛的能源基地。由于我国水资源南多北少的区域分布特征,大量的稀缺水资源消耗主要发生在西北和华北地区。而从全国来看,山西、内蒙、河南是我国能源产品隐含虚拟水的三大出口大省。这三个省份有两个共同的特点:一是他们都面临着较为严重的水资源压力,二是他们都位于我国多煤少水的黄河流域。

黄河流域是我国的母亲河流域,与悠久的华夏文明有着不可分割的关系。但是该流域也一直面临着较为严重的水资源短缺的问题。黄河流域用占全国2%的年均可利用水资源量[6],并生产和支持超过全国20%的GDP和人口。同时,黄河流域的耕地面积占全国的13%,煤炭储量约占全国的一半。

黄河流域“水-能”问题不容忽视。

一般认为,40%是一个河流水资源开发利用率的生态红线,超过这个红线则代表着过度的开发利用会对河流的生态环境等造成难以恢复的影响。整体上看,南方河流的开发利用率相对较低,而北方河流的开发利用率都相对较高。黄河流域水资源的开发利用率高达80%,仅次于海河流域。同时,为了降低煤炭运输成本,我国有超过一半的计划煤电发电产能位于面临高水压力的地区。

我们搜集了黄河流域八个省份250多个电厂的地理位置和冷却信息,并结合不同碳排放情景下的水文模型模拟河流中可得的水资源量,计算了黄河流域电厂在气候变化下可能面临的冷却水短缺的风险。根据我们模型模拟的结果,黄河流域有近40%的发电机组每年至少有一个月面临用水短缺的风险。由于气候变化所可能带来的降雨量等的改变,此种风险可能得到一定程度地缓解。通过改变冷却技术,更多地使用空冷系统能有效地将发电厂所面临的用水短缺的风险降低到10%左右。但同时由于空气冷却较低的冷却效率,也会带来更多的温室气体的排放。

不同情景下黄河流域八省火力发电厂4月火力发电用水量(10^6m³)及缺水风险图示。(注:蓝色圆圈代表该发电厂无缺水风险,红色圆圈代表该发电厂存在缺水风险,圆圈大小指代发电厂当月用水量;各省颜色代表其缺水系数,具体数值见图例)

虽然黄河流域已经面临着较大的地下水过度开采的问题,但还是有很多发电企业为了保证经济效益,在地表水不够时采用地下水来进行冷却,从而进一步加重对地下水的破坏。

2019年9月18日,习近平总书记在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并将黄河流域生态保护和高质量发展作为一个重大国家战略提出,要求把水资源作为黄河流域发展的刚性约束,以水定城,以水定地,以水定人,以水定产。这意味着要把水资源作为黄河流域城市发展、土地规划、人口分布和产业配置的一个约束性条件。

长期以来,能源开采已经严重影响到对流域内地下水质量。

基于上述背景,我们和绿色和平今年开始一起开展一项黄河流域电力部门用水转移和规划的研究项目。我们的研究报告预计今年年底能够和大家见面。虽然今天由于时间有限,只能给大家对于“水-能”关系和虚拟水做一个简单的介绍。希望大家能够持续关注我们的研究工作,一起为保护黄河流域脆弱的水资源,实现该地区的可持续发展做出努力。

黄河流域的可持续发展需要我们共同守护。图片来源:一刻Talks (已获授权)

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