近日，自然子刊《Nature Energy》以封面文章的形式發表了同濟大學經濟與管理學院張超副教授與世界資源研究所中國水項目小組的合作論文“Decoupling between water use and thermoelectric power generation growth in China”。研究顯示，在電力工業技術進步和多重節水政策的共同作用下，我國火力發電取水總量在2011年達到峰值后持續下降，基本實現了與發電量增長“脫鉤”。但由于大量新增火電產能西北缺水地區轉移，西部大型煤電基地所處匯水區的水資源壓力顯著上升。

無論是全球范圍還是在中國，火力發電都是繼農業灌溉之后的第二大用水部門。不斷增長的電力需求持續刺激和推動火電工業的產能擴張，也造成了水資源競爭日益加劇。目前，水資源風險已經成為影響全球可持續發展的重大風險之一，而水資源稀缺也成為繼大氣污染排放、溫室氣體排放之后，電力工業面臨的又一重要環境挑戰。傳統的循環冷卻燃煤電廠每發一度電大約消耗兩升水，其中80%左右在凝汽器冷卻過程中蒸發。直流冷卻電廠依賴持續不斷的貫流式冷卻水源，熱效率較低的中小型機組度電取水量可達100升以上，同時排放升溫后的溫排水，是主要的水體熱污染源。我國擁有世界上規模最大的火力發電裝機，2017年總量達11.4億千瓦（含核電）,比美國高約35%。近年來，隨著“西電東輸”工程的推進，西北地區大型煤電基地快速發展，大量新增火電產能向西北缺水地區轉移。火電工業空間格局的變化對水資源、水環境的影響，引起了越來越多的關注。

該研究首次建立了我國時間序列高分辨率火力發電用水地理信息數據庫，揭示了2000至2015年間我國火力發電水資源壓力的時空格局演變，并評估了多種影響因素對火力發電水資源利用效率提升的貢獻。研究發現，全國范圍內，位于水資源高壓力區（定義為流域內取水量超過可利用地表水資源量的40%）的火力發電量從2000年的0.64萬億度增長到2015年的2.89萬億度，其占全國火力發電總量的比重增加了八個百分點。在我國十個水資源一級區中，覆蓋新疆、內蒙古西部等地區的西北諸河流域增幅近14倍，是新千年以來火電產能擴張最快的一級區。

為了應對產能大幅增長和空間布局變化帶來的水風險，我國出臺了一系列管理政策，促進電力工業用水效率的提升。例如，北方缺水地區新建機組推廣空冷技術替代水冷、沿海地區推廣海水冷卻替代淡水、提高準入標準實現機組大型化、提高火力發電取水定額標準促進節水技術的應用、加快淘汰能源和水資源效率較低的老舊機組等。研究發現，得益于多種政策的共同作用，我國火力發電的技術結構發生了巨大變化，技術效率得以持續改進。全國火力發電的淡水取水總量在2011年達到673億立方米的峰值，約占當年全國取水總量的11%，此后持續下降，實現了取水總量與火力發電量增長的“脫鉤”。與此同時，耗水總量的增幅也明顯放緩。在各類影響因素中，冷卻技術結構的變化對取水總量“脫鉤”的貢獻在70%以上。這一點在西北諸河流域體現得最為明顯。空冷技術是2007年以后才開始在西北地區發展起來的，到2015年，空冷電廠發電量已經占到西北諸河流域火力發電總量的69%。

雖然總體上我國火電工業取得了顯著的節水成效，但由于我國水資源的空間分布極不平均，能源開發熱點地區的水資源壓力仍將持續，潛在水風險不容忽視。研究發現，在2000-2015年間，海河流域大部分地區火電水資源壓力指數有所下降，而西北大型煤電基地所處匯水區則顯著上升，特別是準東、伊利、哈密等煤電基地增幅最大。個別匯水區的火力發電取水量已經超過了當地多年平均可利用地表水資源量，能源發展與可持續水資源利用的矛盾較為突出。促進能源與水資源系統的協同規劃與管理是緩解火電水資源壓力的根本途徑。

本文的第一作者兼通訊作者，同濟大學經濟與管理學院副教授、聯合國環境署-同濟大學環境與可持續發展學院跨學科教授張超表示，未來我國電力工業的發展將面臨越來越多的資源環境約束，目前，大氣污染物排放和碳排放的問題已經引起了充分重視，而電力工業的水資源問題直到近幾年才開始被關注。國家能源局2018年5月發布的《2021年煤電規劃建設風險預警》顯示，新疆、內蒙古、寧夏等西北地區煤電開發的資源約束情況全部為綠色。雖然文件指出該指標考慮了大氣污染物排放、水資源、煤炭消費總量等因素，但由于缺乏分要素評價結論，無法準確反映煤電基地所處地區的水資源和水環境承載力信息。在未來規劃和管理中，應關注電力工業發展對流域及區域水循環的整體影響，借助更加完善的用水計量手段，在極度缺水地區考慮引入取水總量控制等更加嚴格的措施，推動水資源管理的精細化和系統化。

本文共同作者，前世界資源研究所中國水項目主任鐘麗錦博士表示，一直以來能源部門相關研究和工作人員在面對火電發展對當地水資源影響的問題時，一直期待節水技術改造可以完全解決當地的用水競爭問題。雖然我國電力工業的節水技術政策已經取得了顯著效果，但是系統層面的水資源壓力和水資源風險評估還有所欠缺。本研究不僅看到微觀尺度的技術進步有可能帶來宏觀尺度的“反彈效應”,同時也體現了建立能源和水資源管理的跨要素、跨部門協同機制的重要性和緊迫性，從而避免規模增長與布局失當造成的風險轉移。

關于電力工業水資源影響的未來發展態勢，本文的另一位共同作者，世界資源研究所中國水項目研究員王姣博士表示，考慮到煤電裝機增速放緩、技術結構不斷優化，以及可再生能源替代效應，我國電力工業取水總量已經越過峰值的研究結論是可靠的，但重點開發建設地區的用水量和水資源壓力仍有可能進一步增長。未來低碳電力大規模發展對水資源的影響有很大的不確定性，值得進一步研究。風電和太陽能光伏發電具備明顯的節水協同效應，而太陽能聚光發電、配備碳捕集與封存設施（CCS）的化石燃料電廠、內陸核電站等低碳電力技術的用水強度往往高于目前先進的燃煤電站。在中長期能源規劃中引入水風險分析可以幫助我們深入理解能源系統和水資源系統之間的相互影響。

來源：知社學術圈