艾柄均

(华北电力大学经济与管理学院，北京 102206)

0 引言

2018年，全国水资源总量为 27 462.5亿立方米，其中大部分水资源集中在南方地区，北方地区仅 5 807.2亿立方米，约占全国的21.15%。2018年全国供水总量为 6 015.5亿立方米，其中北方地区供水量达 2 706.4亿立方米，约占全国的45%。据此可见，我国水资源分布与使用存在着巨大的矛盾，水资源储量相对匮乏的北方地区却有着与南方地区相差不多的供水量。电力生产和水资源密切相关，火力发电过程中需要抽取规模巨大的水资源用来冷却设备。2018年，我国火力发电总量约为全国发电总量的70%以上，占据着绝对的主导地位。随着电力行业的发展，发电用水规模逐渐扩大，未来可能在全国范围引发严重的水资源紧缺问题，尤其是北方地区。同时受到水资源短缺的限制，电力行业的脆弱性增加[1]，即发电受水资源影响程度加重，会进一步产生严重的经济影响。

针对能水之间的关系，现有研究已经对火电用水效率展开了讨论，并认为目前中国火电用水效率值得进一步改善。一些研究量化并预测了发电的用水量[2]，发现未来电力行业会出现水资源供不应求的情况。除此之外，结合实际情况，对能水矛盾进行具体量化分析的研究并不多。Varis O 等[3]考虑到治理、经济、社会问题、环境、危害和水压力六个压力因素，并将其作为一个整体分析了流域水资源的脆弱性。Zheng X 等[4]考虑到火电厂对水的依赖、各个地区的供水压力以及规划和气候变化带来的未来影响，构建了一个衡量火力发电对水资源短缺脆弱性的指标体系，但却没有考虑到火电冷却技术的应用。而实际上，不同冷却技术造成的用水差异是相当大的。基于前人的研究成果，考虑不同地区冷却技术的应用情况，对2018年中国各省火力发电用水的脆弱性进行评估，并指出脆弱性的严重区域。由于数据有限，仅对除港澳台地区及海南省之外的30个省市进行计算分析。

1 研究方法

1.1 火电用水量核算

由于目前国内尚未进行有关发电用水数据的统计公布[5]，通过各省火力发电总量和全国火电厂单位用水系数来估算2018年中国30个省火力发电用水量。而火电用水系数与冷却技术密切相关，不同的冷却技术造成的火电用水量差异巨大，具体计算公式如下:

(1)

其中，W指火电总取水量，E指火力发电量，δl指各省火电机组不同冷却技术的发电占比，Il指火电不同冷却技术的用水系数。2018年，中国各省火力发电量来自各省统计年鉴，不同冷却技术的火电用水系数如表1。中国各省火电机组不同冷却技术应用比例参考Zhang C等人收集的电厂数据[5]。

1.2 火电用水脆弱性评估

参考联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的定义，火电用水脆弱性指在缺水情况下，火电发展受其影响程度，涉及火电生产用水、水资源储量以及其他用水带来竞争压力[4]，具体计算公式如下：

(2)

其中，V指火电用水脆弱性指数，S表示供水压力指数，即总需水量D与水资源储量A的比值。总需水量和水资源储量数据来自中国水资源公报。

2 结果分析

火电用水脆弱性指数越大代表火电厂对水的依赖程度越高，而有限的水资源储量和其他方面用水带来的压力会加剧火力发电用水的脆弱性，如果脆弱性指数值超过10%，就证明火力发电厂存在脆弱性问题，当该数值达到20%，火电发电厂就会非常容易受到缺水的影响而出现严重后果。基于此，设置最高值为0.2，分析了2018年全国火电用水脆弱性分布，发现区域集中在华北地区，说明华北火电用水脆弱性最为严重，这与中国实际的电水矛盾表现一致。除此之外，宁夏、内蒙古以及南方地区的江苏、上海等地的火电生产也表现出容易受到缺水的威胁，南方地区水资源充足，其火电厂基本以传统水冷却方式为主，导致火电用水较多。而空气冷却技术的进步和推广使用大大降低了新疆、内蒙古、甘肃等北方地区的火电用水，也降低了缺水对火电厂带来的威胁。

依据火电用水脆弱性结果，将分成三类地区来分别提供参考性建议：火电脆弱性指数高于0.2的高度脆弱性地区(宁夏、辽宁、江苏以及华北地区)容易出现缺水情况而影响火电的发展规划，建议尽可能淘汰落后产能，避免传统水冷电厂的扩张建造，并逐步用空冷技术替代水冷技术。火电脆弱性指数高于0.1但不超过0.2的地区(内蒙古、山东、河南、安徽和湖北)也存在缺水问题，这些地区应该谨慎规划未来的电厂建设，尽可能发展几乎不用水的可再生能源发电，即便要建造火电厂，也要通过采取空冷技术来降低用水强度。火电脆弱性指数低于0.1的其他地区几乎不用担心缺水情况，要更多的考虑用电需求、经济成本及大气污染的限制。

3 结论

目前，我国一些地区的火电发展面临着严重的用水脆弱性问题，集中在宁夏、辽宁、江苏以及华北地区，同时有些火电生产量大的地区因冷却技术的改善缓解了水脆弱性情况。在未来的电力规划中，有些地区极可能因为缺水而出现严重后果，甚至有的非脆弱地区会变为脆弱地区，因此有必要将电力生产用水脆弱性纳入未来电力规划的考虑，通过冷却技术的改善以及可再生能源发电鼓励发展等措施来避免缺水带来的严重后果。除此之外，有限的水资源供应与其他方面的大量用水竞争也为火电用水带来威胁。为了进一步缓解脆弱性，需要在合理规划电力发展的同时也对水资源进行综合管理，尽量减少脆弱地区所有用水者的需求。