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能源,水与中国经济发展

世界资源研究所中国区首席代表邹骥教授携中国水项目组接受亚洲水项目网站(AWP)专访实录

(本文最初刊登于亚洲水项目网站,经许可后转载)

能源和水资源已经成为影响中国经济可持续发展的重要制约因素,尤其是当中国面临着持续的经济增长以及每年新增的一千万就业岗位。亚洲水项目网日前就水-能源关系问题专访了世界资源研究所的中国区首席代表邹骥教授以及中国水项目组(钟丽锦博士和温华)。以下是访谈的详细内容:

亚洲水项目网(以下简称AWP): 您如何看待水资源和能源之间的本质关联?

钟丽锦和温华(以下简称钟和温) :水资源和能源之间的关系可以说是相辅相成。大多数发电技术在能源生产过程中都会:(i)消耗淡水资源,例如热力发电(包括核电和煤电)在冷却阶段会蒸发掉大量的水;(ii)改变水温或水的自然状态,例如水电站大坝需要调节水流的时间以及水量;以及(iii)产生大量的污水。

而很多用以应对水资源短缺的措施,例如抽水、远距离调水、海水淡化等技术的实施往往都需要消耗能源。对于中国以化石燃料为主的能源结构来说,这种能源消耗则会进一步对气候变化产生影响——进而加剧淡水资源的耗竭——并对国家的能源安全带来更大的压力。

国家的宏观能源政策中往往没有考虑对淡水资源的影响,而有关淡水资源的政策中也没有考虑到对能源消耗以及温室气体排放的影响。信息的不对称、甚至缺失可能就会导致不可持续的后果,比如说,局部地区的能源投资可能会加剧当地淡水资源的衰竭。

邹骥教授(以下简称邹) :另一个不可忽视的能源与水资源关联领域就是城市供水及污水处理系统。输水和制水过程中往往伴随着大量的能源消耗,尤其是在迅速城市化的过程中,激增的城市人口意味着供水与污水处理需求的增长,同时也意味着能源需求的增长。因而在城市背景下,水和能源的关联更加紧密。

AWP:中国政府即将发布第十二个五年规划,其中将会有哪些与水相关的目标?

钟和温:中国政府将在2011年3月正式发布“十二五”规划。去年10月中共中央出台了《关于制定十二五规划的建议》,给出了一系列指导性意见,但并未确定详细的指标。虽然具体的规划目标要等到3月两会结束后才能尘埃落定,但是一些政策方向还是比较明确的。

与制定能源强度目标相似,中国政府制定了水的五年计划目标。“十一五”规划(2006-2010年)中明确将降低30%的单位工业增加值用水量和减少10%的化学需氧量(COD)排放量列为约束性指标,同时将提高农业灌溉利用系数到0.5列为预期性指标。在此基础上,中国政府将在“十二五”规划中增加氨氮为新的约束性水质指标。

在国家“十二五”规划的框架下,各部委、省市将出台更加详细的部门(或地区)五年规划。在水资源管理方面,水利部将与国家发展和改革委员会和住房与城乡建设部共同制定关于建设节水型社会的“十二五”规划,要求包括热电、石化、钢铁等在内的高耗水行业将被要求提高用水效率。目前我们尚不知道具体的规划目标,但是根据之前的“十一五”规划可以了解到电力行业被要求将用水效率提高10%。

AWP:这些和水有关的指标会对能源消耗产生什么影响?

:我们可以从两个方面来分析它的影响——即耗能与节能。要实现削减污染物排放的目标,就需要能源去建设和运行污染治理设施,这二者都需要能源的投入。所以从这个角度来说,要实现水质目标,就需要增加能源的消耗,从而增加能源需求。

另一方面,我们可以通过利用再生水来实现能源的节约。长距离的调水会消耗大量的能源,但若合理的使用区域内的再生水显然是一个节水节能、一举两得的解决方案。当然,再生水的水质是影响其用途的重要因素,虽然我们目前没有关于不同再生水水质的能耗数据,但是从理论上来说,再生水的水质越好,其处理过程的能耗就越高。

钟和温:要实现水质目标,就必需提高工业废水和城镇污水的处理率,这不可避免地会增加水务行业中的能源消耗。

另一方面,用水效率的目标则可以通过优化水资源管理、推广节水技术等措施来实现。提高管理一般不会增加能源的消耗量,但是有一些节水技术,例如电力行业中采用的空冷或干湿混合冷却技术都会产生较大的能耗代价,从而导致能源的需求的增加。

AWP:您认为什么样的用水与能源需求关系是平衡的?

钟和温:电力行业是中国耗水量最大的行业之一。在各种发电技术中,传统煤电的用水量处于中等水平,但二氧化碳的排放量非常高;水电、地热发电、太阳能热电等发电技术的温室气体排放量较小,但是耗水量则很大。例如,一座采用循环冷却技术的亚临界燃煤发电厂每输出1兆瓦时电的耗水量约1.6 m3,而太阳能热电站每输出1兆瓦时则耗水3-3.5m3;另一方面,虽然光伏发电和风力发电的温室气体排放水平较小而且几乎不耗水,但是成本和并网困难使得这两种技术在近期难以得到推广。

降低能源需求的各种“节能”措施(如节能建筑、节能设备等)不仅可以节约经济成本,减少温室气体排放,而且可以降低水耗。

:用水与能源需求之间有一个权衡问题,但是科技的进步正在影响着这两者之间的关系。例如,中国北方地区的很多发电厂已经开始采用空冷技术,从而减少了冷却用水的消耗。而城市中可以采取的另一种做法就是发展高效发电、智能电网、智能配水等技术。从短期来看,水资源与能源之间的紧密关联仍然存在,但是从长远来看,这种关系可能会发生转变,这主要取决于技术的改变。因而,我们应当关注新技术、新机制、新政策等问题。

AWP:在关注能源结构多样性和减少温室气体排放的同时,中国政府也开始意识到在使用一些“低碳型”新能源替代燃煤时可能会加速水资源的耗竭。这里应该关注什么问题呢?

:这里有几个关于水资源与能源关系的问题,我们以太阳能热电为例,它在将太阳能转化为电能的过程中需要消耗大量的水,另外核电技术需要大量的冷却水。中国已经提出了加大能源使用的宏大目标,这就意味着,不管采用何种技术,电力行业的用水总量都会增加,即使优化能源结构也不能彻底的解决水的问题。

另外,经济政策的出台可能可以提供部分解决方案。例如,相关部门正在调整水价政策、水资源分配政策等措施;同时,研发节水技术是另一个出路。但是,这些都是一个复杂的系统问题,需要考量很多因素。以电价为例,如果可以根据发电的实际成本来制定电价固然很好,但是对于一些终端用户来说,是难以承受发电、输变电的实际成本的。所以说,改革的方向是正确的,但是我们需要考虑到方方面面的影响,具体情况具体分析。

钟和温:中国是世界上可再生能源装机容量增长速度最快的国家。风能和光伏产业就是新能源经济的两个热点,而且它们不受制于水资源——这两种技术的耗水量很少,仅为燃煤电厂的1/7-1/5;但是,供电的稳定性和并网问题则是这两类技术的瓶颈。

核电的平均发电水耗为2.7m3/MWh,是一种典型的高耗水型发电技术。通过不同的渠道可以了解到中国计划在未来十年中将大规模提高其核电装机容量,而且要求至少30吉瓦的装机容量要在2015年前投入运行。虽然中国目前现有的核电站都建于沿海地区,以海水作为冷却水水源,但是关于建设内陆核电的建议却一直不绝于耳。事实上,已经有报道称湖北、河南、江西等三个长江沿线的省份正在竞争国内第一座内陆核电站的许可权。

根据《国家核电发展中长期发展规划》,有几个严重缺水的省份(如河南和甘肃)也出现在项目选址的备选名单上。对于这些地区,必须认真仔细评估其区域内的水资源状况和用水需求,确保核电项目不与农业、生活和环境用水发生冲突。

同样,一些新兴的发电技术也面临着水资源的挑战。太阳能热电技术就是一个例子,由于装备了蓄热系统,太阳能热电能够显著延长发电时间,因此相比光伏发电可以更加稳定的接入现有的电网。但是太阳能热电对冷却水的需求却非常高——远高于核电,甚至达到了煤电的两倍。由于中国太阳能资源丰富的地区恰好也是水资源匮乏的地区,因此,对于太阳能热电的发展来说,取水和用水将是一个长期的挑战。

另一个例子是碳捕获与封存技术。根据我们的研究,目前研发中的碳捕获技术大约能从电厂废气中回收90%的二氧化碳,但与之相应的水耗也要增加90%。所以在设计涉及碳捕获的新项目时,必须对当地的水资源以及实现碳封存的地质条件进行评估。

AWP:据估测,中国到2030年将有约3.5亿城市人口,这对于能源消耗以及水资源利用意味着什么?

:更多的城市人口当然意味着更高的能耗和水耗、更多的新建基础设施建设、清洁的供水,以及更多的电力消耗。目前,中国农村的基础设施非常不足,因而农村地区的能源消耗与资源消耗都低于城市居民。

但是,城市化是发展的必然进程,不需要任何特别的政策,城乡之间的收入差别就会促使更多的农民入迁城市。

钟和温:城市化也可以理解加速能源需求和资源需求增长的催化剂,目前中国城市居民的人均用水量和用电量基本上是农村的3倍。

未来20年,中国发电的总装机容量将翻一番,而且煤仍然是主要能源。

令人欣慰的是,技术进步让燃煤发电厂变得更加高效、更加清洁。例如,在经济上切实可行的前提下,超临界和超超临界发电机组、空冷和混合冷却技术都能减少不同程度的耗水量;虽然整体煤气化联合循环技术成本高昂,但是它可以显著削减温室气体排放、减少废水排放。清洁煤技术、可再生能源的推广都将有助于减少中国电力行业的水足迹和碳足迹。

AWP:水价政策在协调水-能源关系中起到什么作用?

钟和温:中国的水价政策正在逐步实现从计划经济到市场经济的转变,反映水资源的稀缺性并解决水资源与能源之间的矛盾将是水价改革的终极目标。

近十年来,很多中国城市在推行水业市场化改革的同时都实施了水价改革(城市水价一般会针对贫困人口提供优惠水价);同时,一些城市还尝试推行阶梯水价政策。2002年,新《水法》颁布实施之后,所有的工业用水和市政用水都要求支付水资源费。但是,目前水资源费的费率很低,无法成为促进节水的经济杠杆。例如,各省针对发电厂冷却用水的水资源费收费标准一般在0.001-0.008元/千瓦时之间(以贯流式冷却机组为例,循环冷却机组的费用更低),仅占发电成本的1-3%。

:理论上来说,水价具有一定的调控作用,但是从北京的情况我们可以看到水价的调控效果并不明显,北京的居民收入和水价在全国来说都处于较高水平,但其用水总量仍然在持续增长。

所以,我们又回到了“度”的问题。如果水价非常高,用户就会有更大的节水意愿,但是这会受到收入水平以及认识程度的影响,因此水价仅是调控用水需求的一种手段。另一方面,行政管治与规划也非常重要。对于那些面临缺水危机的城市,政府应该从宏观上严格控制高耗水行业的投资,这其实是一个城市经济发展规划与空间布局的问题。

AWP:水的生产和处理属于能源密集型产业,从取水、输水、净水、配水到污水处理,每一步都需要消耗能源。随着水资源问题日益突出,海水淡化技术的发展也越来越受到中国的重视,这将意味着更多能源以及水资源的消耗,您如何看待未来的发展趋势呢?

钟和温海水淡化技术的确需要消耗更多的能源,而且成本也高。但是相比一些大型的调水工程而言,其成本仍然是具备竞争力的。从中远期规划来看,很多沿海城市,如天津、青岛、大连等都已经将海水淡化作为替代水源纳入其中长期发展规划中。

海水淡化的碳足迹主要取决于蒸馏或反渗透过程中所采用的能源类型。如果将风力发电、太阳能光伏发电或者核电站与海水淡化技术结合起来的话,则可以实现较低的碳足迹。

:相对于调水工程来说,中国的北方城市应该对海水淡化技术给予更高的重视。远距离调水存在诸多风险,包括水质、生态影响等等,我们应当对各种水资源决策进行更详实的分析和比较。

AWP:您如何看待中国水管理改革以及和水资源分配政策的发展趋势?

:我不是这个领域的专家,但是可以看到改革将朝着更多利益相关方共同参与决策的方向进行,包括用水者、供水者、政府部门、社会团体等。

钟和温:到目前为止,我们的研究主要是各种发电技术的水资源消耗和温室气体排放情况,并没有直接涉及到水管理的问题。但是,我们将来会更多关注中国快速城市化过程中的水资源与能源问题。对于很多新兴的中等城市,饮用水的净化、运输,以及污水处理都需要消耗大量的能源。因此,能源与水资源的管理将成为满足城市发展需求的关键。

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