水資源和能源作為基礎(chǔ)性的自然資源和重要的戰(zhàn)略資源，兩者的相互依賴關(guān)系日益增強(qiáng)。煤炭、石油等化石能源生產(chǎn)，水力、火力、核能發(fā)電過程，以及生物燃料、頁巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)均需要消耗大量的水，同時(shí)水的輸送、處理系統(tǒng)中也需要使用能源，水與能源的密切聯(lián)系被稱為“水能關(guān)系”。發(fā)達(dá)國家十分重視水與能源安全的關(guān)聯(lián)性問題，并對水能關(guān)系及協(xié)同發(fā)展開展了探索性研究。借鑒國際上水能關(guān)系的研究，本文從系統(tǒng)角度對水、能源問題進(jìn)行綜合集成研究分析，針對其薄弱環(huán)節(jié)提出改進(jìn)建議，對全面推動(dòng)低碳城鎮(zhèn)化建設(shè)，提高能源安全與水資源安全具有重要意義。

一、我國水能關(guān)系問題提出的背景

國際背景。全球?qū)用鎸λc能源關(guān)聯(lián)問題的高度重視，2014 年3月22日“世界水日”，聯(lián)合國發(fā)布了《世界水資源發(fā)展報(bào)告 2014——水與能源》報(bào)告，呼吁各國政府在制定能源發(fā)展政策時(shí)要考慮到水資源承載能力。國際能源署（IEA）提出，全球能源生產(chǎn)對水資源的需求增速是能源需求增速的兩倍左右，2010年全球能源生產(chǎn)抽取水約5830億立方米，約占世界15%的總?cè)∮盟?，其中水消耗量（即抽取后未返回）?60億立方米；到2035年水消耗量將提高85%，氣候變化將進(jìn)一步加劇水資源供應(yīng)壓力。目前全世界仍有近8億人口無法獲得清潔的水資源，13億人口用不上電，為此，聯(lián)合國大會將2005—2015年確定為“生命之水”國際行動(dòng)十年，2014—2024年為能源可持續(xù)發(fā)展十年，凸顯了水資源和能源對于可持續(xù)發(fā)展的重要意義。水資源和能源作為聯(lián)系經(jīng)濟(jì)增長、提升社會公平性和環(huán)境的紐帶，實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)同發(fā)展對提高全球福利水平至關(guān)重要。

國內(nèi)背景。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的深入推動(dòng)，我國能源需求較長時(shí)間內(nèi)仍保持較快增長，近期仍將依賴傳統(tǒng)的化石能源，能源需求增長拉動(dòng)煤炭等化石能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2020年我國火力發(fā)電裝機(jī)和發(fā)電量分別約占總裝機(jī)的60% 和總發(fā)電量的69%，這會進(jìn)一步加劇水資源供應(yīng)壓力，導(dǎo)致能源開發(fā)與利用過程中面臨的水資源約束凸顯；同時(shí)，我國能源資源與水資源分布極為均衡，能源安全和水資源保障的矛盾十分突出，能源生產(chǎn)基地多處于缺水區(qū)域，水資源缺乏增加了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本，新能源規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大也增加了水資源安全供應(yīng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)等問題。綜合來看，我國水能關(guān)系面臨較大挑戰(zhàn)。

二、不同能源開發(fā)利用方式的水資源約束分析

（一）煤炭開發(fā)利用的水資源約束

煤電基地與水資源分布不協(xié)調(diào)，是我國水資源短缺的關(guān)鍵問題。煤炭資源與水資源呈逆向分布，煤炭資源豐富的地區(qū)，水資源匱乏。原煤生產(chǎn)量占全國90%以上的礦區(qū)均位于嚴(yán)重干旱缺水的西北、東北、山西、內(nèi)蒙古以及豫西地區(qū)，國內(nèi)71%的重點(diǎn)礦區(qū)缺水，其中40%嚴(yán)重缺水。近幾年煤炭基地的快速發(fā)展及配套產(chǎn)業(yè)的興起，礦區(qū)水資源供需矛盾更加突出。2010年，煤炭開采、燃煤發(fā)電這兩個(gè)行業(yè)消耗980億立方米，接近全國總淡水量的15%。目前，我國仍在煤炭資源豐富但水資源匱乏的地區(qū)發(fā)展水資源密集產(chǎn)業(yè)。煤化工屬高耗水產(chǎn)業(yè)：直接液化1噸油耗水約7立方米，間接液化1噸油耗水約 12立方米，合成氨耗水約12.5立方米/噸，甲醇耗水約8立方米/噸。并且，煤化工項(xiàng)目排污量極大，如神華集團(tuán)煤制油項(xiàng)目污水產(chǎn)量達(dá)到479萬噸/年，每生產(chǎn)1噸液化油要產(chǎn)生污水4.79噸。

（二）非常規(guī)油氣發(fā)展的水資源約束

與傳統(tǒng)化石燃料相比，油砂、頁巖氣和水力壓裂等非常規(guī)油氣的開采用水量更大，頁巖氣開采采用的水壓裂法對水資源的依賴性極大。頁巖氣開發(fā)也會導(dǎo)致水質(zhì)污染，美國政府已開始立法監(jiān)管頁巖氣開發(fā)對水資源的破壞問題。我國政府提出到2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到15%左右，推動(dòng)用較清潔的天然氣替代煤炭。根據(jù)美國能源信息署（EIA）的數(shù)據(jù)，我國頁巖氣技術(shù)可采儲量約31.6萬億立方米，約占全球儲量的19%，大規(guī)模開發(fā)頁巖氣需要重視非常規(guī)油氣開發(fā)的水資源約束，以及開發(fā)利用過程中可能產(chǎn)生的水資源污染問題，并做好相應(yīng)的防范措施。

（三）生物質(zhì)能源發(fā)展面臨的水約束問題

與化石燃料相比，生產(chǎn)生物燃料的水資源需求量更大，需要充分的水資源保障。IEA的研究表明，甘蔗乙醇加工生產(chǎn)的耗水量和取水量都高達(dá)106—107升/噸油當(dāng)量。我國《生物質(zhì)能發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，提出到2015年生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到13000兆瓦，生物質(zhì)燃?xì)膺_(dá)到30億立方米/年，固體成型生物質(zhì)燃料達(dá)到1000萬噸/年，生物液體燃料達(dá)到500萬噸/年?？紤]到生物質(zhì)能源發(fā)展會進(jìn)一步加劇水和能源的相互依賴性，所以生物質(zhì)能源的技術(shù)與區(qū)域選擇需要平衡能源問題和水資源供應(yīng)問題，降低政策實(shí)施的綜合成本。

（四）核電發(fā)展面臨的水資源約束

核電發(fā)展需要較大的耗水量，缺少冷卻水已成為內(nèi)陸核電廠發(fā)展的重要約束。2003—2009年夏季，歐美多個(gè)內(nèi)陸核電廠因?yàn)槿鄙倮鋮s水而出現(xiàn)了被迫停運(yùn)的狀況。日本福島核事故后，我國核電建設(shè)一度陷入低潮，但在目前調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長的大背景下，內(nèi)陸核電又進(jìn)入了新的發(fā)展期。地方和企業(yè)積極行動(dòng)，目前已有多個(gè)省份提出要發(fā)展核電，31個(gè)廠址已完成初步可行性研究報(bào)告審查，規(guī)劃提出到2020年，我國運(yùn)行核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800萬千瓦，在建3000萬千瓦。結(jié)合國際事件，我國內(nèi)陸核電的發(fā)展需要慎重考慮水資源供應(yīng)問題。

（五）新能源發(fā)展面臨的水資源約束

電力部門中除火力發(fā)電外，新再生能源技術(shù)也要消耗水資源。麥肯錫公司將我國各種發(fā)電技術(shù)的耗水指標(biāo)進(jìn)行對比，從全生命周期角度看，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是典型的高耗水發(fā)電技術(shù)（約耗水178立方米/千兆瓦時(shí)）；水電技術(shù)發(fā)電水耗約68立方米/千兆瓦時(shí)；風(fēng)力發(fā)電技術(shù)其耗水量（0.3立方米/千兆瓦時(shí)）遠(yuǎn)低于燃煤和燃?xì)怆姀S，是缺水地區(qū)首選的技術(shù)；太陽能熱電站的水資源需求較大，其耗水量（3立方米/千兆瓦時(shí)）與燃煤電廠、核電接近。因此，在缺水地區(qū)進(jìn)行新能源開發(fā)利用考慮相關(guān)技術(shù)的耗水問題非常關(guān)鍵。

三、當(dāng)前我國水能關(guān)系面臨的突出問題

（一）我國能源開發(fā)布局與水資源分布不匹配的矛盾日益突出

總體上我國能源開發(fā)布局與水資源分布不匹配，兩者的矛盾日益突出。能源工業(yè)是我國可持續(xù)發(fā)展總體戰(zhàn)略中的關(guān)鍵行業(yè)之一，我國水資源與能源生產(chǎn)現(xiàn)狀，兩者之間的矛盾日益突出。西北地區(qū)作為我國能源工業(yè)最大的基地，石油、天然氣、煤炭產(chǎn)量幾乎占全國一半左右，然而水資源匱乏已嚴(yán)重制約了西北地區(qū)能源工業(yè)發(fā)展。目前面臨的水資源匱乏、利用效率低下等問題隨著經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，將會導(dǎo)致水資源供需矛盾進(jìn)一步加劇，水資源將成為制約該區(qū)域能源綜合開發(fā)的瓶頸，進(jìn)而影響到我國能源戰(zhàn)略的順利實(shí)施。

（二）未來能源需求的快速增長會進(jìn)一步惡化水能關(guān)系

綜合各家機(jī)構(gòu)預(yù)測，未來中國中長期能源需求持續(xù)增長，水資源壓力將持續(xù)增大。國際能源署（IEA）預(yù)測，與2010年相比，2035年中國能源生產(chǎn)的水消耗將增長83%，并且主要是煤炭的生產(chǎn)和消費(fèi)，集中在干旱缺水的西部地區(qū)，這同時(shí)也會加劇城市水資源短缺。為滿足快速增長的能源需求，加大煤電開發(fā)會加劇水資源緊張形勢，同時(shí)導(dǎo)致環(huán)境污染和碳排放增長。根據(jù)世界資源研究所的數(shù)據(jù)，未來中國擬建的燃煤電廠有51%將建在水資源緊缺指數(shù)較高或極高的地區(qū)，擬建電廠每年耗水高達(dá)100億立方米。如果《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出的14個(gè)煤炭基地建設(shè)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，2020年僅采煤產(chǎn)業(yè)需水量將達(dá)到81.51億立方米/年。煤炭基地規(guī)劃與水資源現(xiàn)狀存在尖銳矛盾，如果不按照水能關(guān)系及時(shí)作出調(diào)整，將會導(dǎo)致嚴(yán)重的用水安全、能源安全，影響到城市的正常運(yùn)行。

（三）能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型或?qū)^(qū)域水資源供應(yīng)產(chǎn)生較大影響

隨著我國城市霧霾問題日益加重，加快推進(jìn)煤炭替代就成為重要的治理措施之一。2013年我國發(fā)布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，提出的重點(diǎn)建議之一是采用煤制天然氣等更為清潔的天然氣取代煤炭，但“煤制氣”在冷卻、生產(chǎn)及凈化過程中耗水量很大，每立方米煤制天然氣需6—10 升水，20億立方米/年的煤制天然氣項(xiàng)目耗水量高達(dá)2500萬噸/年。目前，我國已批準(zhǔn)建設(shè)9座大型煤制氣工廠，年產(chǎn)超過370億立方米合成天然氣，年耗水2億噸。因此在努力控制東部地區(qū)大氣污染的同時(shí)，可能會增加他地區(qū)的水資源壓力，特別是缺水嚴(yán)重的西北地區(qū)。

（四）我國水資源供需矛盾突出，利用效率較低

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深入發(fā)展，我國水資源需求將在較長一段時(shí)期內(nèi)持續(xù)增長，用水需求呈剛性增長，水資源供需矛盾將更加尖銳，我國水資源面臨的形勢將更為嚴(yán)峻。目前，水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)惡化等問題十分突出，已成為制約經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。水資源供需矛盾突出，我國的人均水資源量為2100立方米，是世界平均水平的28%。全國年用水總量超過6000億立方米，年平均缺水量500多億立方米，三分之二的城市缺水，農(nóng)村有近3億人口飲水不安全。水資源利用與管理方式粗放，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.50，與世界先進(jìn)水平0.7—0.8有較大差距；不少地方水資源過度開發(fā)，黃河流域開發(fā)利用程度已經(jīng)達(dá)到76%，淮河流域也達(dá)到了53%，海河流域超過了100%，已經(jīng)超過承載能力，引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題；水體污染嚴(yán)重，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率僅為46%。2010年38.6%的河流劣于三類水，三分之二的湖泊富營養(yǎng)化。

四、優(yōu)化水能關(guān)系的主要途徑與政策建議

（一）制定水資源與能源發(fā)展綜合規(guī)劃

將能源與水資源發(fā)展進(jìn)行整合，最大限度地發(fā)揮協(xié)同效益，最大限度減少負(fù)面影響，制定水資源與能源綜合利用規(guī)劃，提高資源利用效率。一是推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域水能綜合發(fā)展。在國家和地區(qū)層面全面評估水能關(guān)系，促進(jìn)跨部門合作，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市發(fā)展等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)水資源與能源的協(xié)同發(fā)展。二是將水資源作為重要約束和前提條件作為能源項(xiàng)目布局和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要考慮。優(yōu)化能源產(chǎn)業(yè)布局，將區(qū)域水資源承載力作為能源項(xiàng)目布局的重要前提。傳統(tǒng)能源開采煉化、新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，要根據(jù)能源產(chǎn)業(yè)的動(dòng)態(tài)變化和水資源的持續(xù)供應(yīng)能力，進(jìn)行科學(xué)的產(chǎn)業(yè)布局。主要能源基地實(shí)施嚴(yán)格的水資源管理制度，規(guī)劃產(chǎn)能目標(biāo)要進(jìn)行科學(xué)性評估，根據(jù)水資源供應(yīng)情況及時(shí)做出調(diào)整，確保我國能源與水資源的雙重安全。

（二）重視新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的水資源約束問題

將用水作為重要約束條件納入生物質(zhì)能、頁巖氣、太陽能等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃當(dāng)中，積極開展產(chǎn)業(yè)發(fā)展用水需求評估，根據(jù)水資源供應(yīng)和環(huán)境影響科學(xué)規(guī)劃新能源基地的發(fā)展布局，確保實(shí)現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)對傳統(tǒng)能源的替代。從強(qiáng)化水資源保障角度提出我國新能源的發(fā)展目標(biāo)與保障措施，優(yōu)先選擇水好小的新能源開發(fā)與利用技術(shù)，做好重點(diǎn)能源生產(chǎn)基地的優(yōu)化布局工作，降低水資源供應(yīng)壓力，實(shí)現(xiàn)水能和諧。

（三）充分考慮水資源對生物質(zhì)能源開發(fā)與利用的約束作用

針對我國發(fā)展生物能源的初步判斷表明，能源作物種植和生物能源生產(chǎn)將進(jìn)一步加劇我國水資源短缺壓力，因此開發(fā)生物能源要因地制宜、量水而行，水資源緊缺地區(qū)不宜盲目進(jìn)行能源作物種植及生物質(zhì)加工生產(chǎn)。第一，選擇水資源利用效率高的能源作物種類，以最小的水資源消耗獲得最大的生物能源產(chǎn)出；第二，適度從緊發(fā)展燃料乙醇和生物柴油產(chǎn)業(yè)。堅(jiān)持“不與農(nóng)業(yè)爭水，不與生態(tài)環(huán)境爭水”的原則，根據(jù)水資源承載力，開展能源植物的區(qū)域化種植；第三，倡導(dǎo)利用有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物能源，充分挖掘其生物質(zhì)能潛力，力圖規(guī)避能源作物種植環(huán)節(jié)，大幅度降低生物能源生產(chǎn)的水耗。

（四）積極研發(fā)能源開發(fā)與利用節(jié)水技術(shù)，提高用水效率

能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)。通過技術(shù)進(jìn)步和科技創(chuàng)新進(jìn)一步降低能源開發(fā)與利用的水資源需求。一是對煤炭熱電廠推廣應(yīng)用干燥冷卻技術(shù)，使用閉環(huán)、干燥和混合冷卻系統(tǒng)取代目前的水冷卻系統(tǒng)以及水密集型系統(tǒng)，降低水資源消耗，降低火電利用環(huán)節(jié)水資源消耗。二是在煤炭生產(chǎn)行業(yè)嘗試礦井水和再生水作為水源，不斷提升能源生產(chǎn)中的節(jié)水技術(shù)和工藝水平，淘汰落后產(chǎn)能。積極發(fā)展海水、半咸水或廢水等非常規(guī)水源的替代技術(shù)，以及廢污水循環(huán)利用技術(shù)。

能源利用環(huán)節(jié)。一是將水資源可利用量、水環(huán)境容量作為國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展、城市發(fā)展的剛性約束，推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展方式的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。二是通過城市規(guī)劃和城市水資源綜合管理提高水資源利用效率。推動(dòng)發(fā)展城市水資源綜合管理體系（IUWM），開展水源保護(hù)，使用多種水源，減少城市中水和能源消耗量，通過城市水管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)大量減少城市家庭用水。三是在工業(yè)、商業(yè)、居民等領(lǐng)域推廣使用高效節(jié)水技術(shù)，努力提高水資源利用效率。

（五）建立優(yōu)化水能關(guān)系的政策法律體系

一是借鑒國外水能關(guān)聯(lián)領(lǐng)域立法實(shí)踐及其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出支持整合能源和水資源管理的政策法律，建立水能管理間協(xié)調(diào)機(jī)制，加強(qiáng)水能關(guān)系的基礎(chǔ)科學(xué)研究。二是針對影響水能關(guān)系的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)等重點(diǎn)領(lǐng)域積極開展節(jié)水綜合改造示范，進(jìn)一步提高水資源利用效率。三是在能源開發(fā)與利用領(lǐng)域推廣節(jié)水技術(shù)和產(chǎn)品，加快非常規(guī)水資源利用，實(shí)施雨洪資源利用、再生水利用等工程。四是積極探索促進(jìn)水能關(guān)系的政策措施，推動(dòng)落實(shí)十三五時(shí)期將用水總量控制在6700億立方米以內(nèi)的發(fā)展目標(biāo)，對水資源短缺地區(qū)實(shí)行更嚴(yán)格的產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入機(jī)制。

（劉長松，經(jīng)濟(jì)學(xué)博士，國家應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)略研究與國際合作中心）