中国能源发展战略伴随的水资源消 耗研究 : 以江苏省为例 研究报告 南京大学环境学院 2016.03
目录 1 研究背景... 3 1.1 能源的生产对水资源具有重要影响... 3 1.2 国内外研究进展... 4 1.3 研究目标... 8 2 江苏省经济社会发展概况... 9 2.1 经济发展... 9 2.2 产业结构... 10 2.3 人口与城镇化... 11 3 江苏省水资源现状... 11 3.1 水资源量... 11 3.2 供水与用水... 15 3.3 用水效率... 17 3.4 江苏省水资源管理战略... 19 4 江苏省能源生产与消费现状... 20 4.1 能源消费总量... 20 4.2 能源消费结构... 21 4.3 电力消费总量... 22 4.4 能源生产现状... 23 4.5 能源利用效率... 24 4.6 江苏省能源发展战略... 26 5 江苏省能源行业的用水分析... 27 5.1 各能源部门用水现状... 27 5.2 研究方法... 28 5.3 研究结果... 31 6 政策建议... 41
1 研究背景 1.1 能源的生产对水资源具有重要影响 能源与水资源的紧密联系已经引起了广泛关注 21 世纪仍是人口快速增长 经济高速发展 城市化进程迅猛的发展时期, 水资源和能源需求将持续增长 煤炭 石油等化石能源生产, 水力 火力 核能发电过程, 以及生物燃料 页岩气等新能源的开发都要消耗大量的水 2012 年, 国际能源署 (IEA) 在世界能源展望中单独列出一章探讨能源生产对水资源造成的压力,2010 年全球能源生产抽取水约 5830 亿立方米, 约占世界 15% 的总取用水量, 其中水消耗量 ( 即抽取后未返回 ) 为 660 亿立方米 ; 预计到 2035 年水消耗量将提高 85%, 随气候变化 人口与经济增长将加剧对水资源的竞争 1 在 2014 年 世界水日, 联合国发布了 世界水资源发展报告 2014- 水与能源 报告, 呼吁各国政府在制定能源发展政策时要考虑到水资源承载能力认为全球能源生产对水资源的需求将以两倍于能源需求的速度增长 能源与水资源也正在成为中国飞速发展所面临的主要挑战之一 一方面, 中国需要更多能源支撑经济发展,2015 年的世界能源展望指出,2013 年中国消费了全世界一半的煤炭,2030 后, 中国将超过美国成为最大的石油消费国, 天然气市场也大过欧盟, 到 2040 年的能源需求总量几乎是美国的两倍 2 全国总装机容量预计 2020 年将达到 15.9 亿千瓦, 比 2010 年增加 6.2 亿千瓦 3, 新增量仍以火电和水电为主, 需要更多的水资源来支撑能源的生产 ; 另一方面, 有限的水资源已经对中国城市发展构成严峻挑战, 目前全国 2/3 的城市缺水, 年平均缺水 500 多亿立方米, 不少地方水资源过度开发, 如黄河流域开发利用程度已经达到 76%, 远远超出其承载能力 4 此外, 中国还存在典型的能源分布与水资源分布空间不匹配的问题 煤炭资源储量西多东少 北丰南贫, 而水资源分布则是南多北少 我国已探明的石油 天然气资源和现已开发的油气田主要分布于较为缺水的东北 西北和华北地区 因此, 不同能源行业的耗水量无疑是实现水资源可持 1 IEA. World Energy Outlook. 2012 2 IEA. World Energy Outlook. 2015 3 EIA. International Energy Outlook. 2013 4 胡四一. 中国三分之二城市缺水, 人多水少是基本水情. 2012.
续利用和管理需要考虑的一个重要方面 1.2 国内外研究进展国际上关于能源生产对于水资源影响的研究主要集中于两个方面 : 一是从物理特征的角度定量分析能源与水的关系, 包括不同种类能源, 不同生产环节, 不同技术的取水量与耗水量 二是通过定量模型评估不同的水资源或者能源管理政策带来的水资源影响, 探讨实现资源协同管理的途径 从研究区域来看, 早期主要集中于美国 英国等发达国家, 最近几年关于中国的能源与水的研究逐步开展 针对中国的研究主要集中于物理特征的探讨, 对于管理政策的协同影响研究还相对较少 (1) 生产不同种类能源的取水量存在很大差异生产加工不同种类的能源, 取水量和耗水量存在较大差异 如下图所示,IEA 的研究结果表明, 生产传统天然气 煤 原油的取水量和耗水量相对较少, 不超过 10 4 升水 / 吨油当量 ; 油砂 页岩气和水力压裂等非传统化石燃料的开采比传统的化石燃料用水量多 ; 可再生能源行业的耗水量存在较大差异, 发展风能和太阳能的需水量非常少, 而生物质能由于生物质原料的灌溉用水比较多, 整体用水量甚至超过了火电, 如生产生物乙醇 生物柴油等生物燃料的需水量都较大 ; 甘蔗乙醇加工生产的耗水量和取水量最高, 都可高达 10 6-10 7 升 / 吨油当量 11 除此之外, 同一类型的能源因使用的生产技术和原料不同也会产生不同的耗水量 石油开采中二次开采技术 ( 通过注水来支持油层压力的技术 ) 的用水需求大约是依靠自然压力开采用水的 10 倍 5 对于生物质能而言, 采用甜菜 玉米 甘蔗 油菜籽 大豆生产 1 dm 3 的生物燃料分别需要大约 500 1000 2000 3500 和 10 000 dm 3 的水 6 5 IEA. World Energy Outlook. 2012 6 Hoff H. Understanding the Nexus [R].Stockholm: Stockholm Environment Institute, 2011
图 1 不同一次能源生产的需水量 ( 升水 / 吨油当量 ) 11 (2) 电力行业的发展对水资源有着显著的影响电力行业作为国民经济基础产业和重要能源行业, 同时也是工业用水大户, 在我国水资源节约工作中具有特别重要的地位, 水资源节约与综合利用是电力工业可持续发展的一项紧迫的战略性任务 我国近 70% 的能源消费都来自于煤炭, 2013 年, 我国煤炭消费总量达到 36.1 亿吨, 而电力行业消耗的煤炭约占全国总用量的 50% 电力生产不仅消耗煤炭资源, 也消耗了大量的水, 如 2011 年直流火 ( 核 ) 电用水量为 437.5 亿立方米 根据清华大学和国际自然资源保护协会 (NRDC) 发布的 中国节能政策的节水效果评价 报告预测, 2015 年我国火力发电的耗水量将达到全国总用水量的 15% 7 火电厂不同冷却技术的水消费量存在显著差异 不同类型的发电技术消耗的水资源量差异巨大, 其中火力发电厂耗水量最多 火力发电厂需要大量的冷却水, 其供水系统主要有直流供水和循环供水两大类 两类冷却技术的取水量和耗水量有很大差异, 直流供水冷却取水量巨大, 但用水效率较低 ; 循环冷却技术取水量较小, 循环供水多次利用, 耗水量高用水效率亦高, 且国内外冷却技术的耗水指标差距较大 7 顾阿伦, 滕飞, 王宇, 等. 中国节能政策的节水效果评价 [R]. 北京 : 清华大学能源环境经济研究所和国际自然资源保护协会,2013
8 图 2 不同发电技术及其冷却技术的耗水量 近年来, 国内各电厂已采取了一些节水措施降低水耗, 并取得了一定效果, 但与国外先进水平比仍有一定差距 火力发电厂循环水冷却节水的主要措施是选 用高效率的冷却塔以降低水温, 应用先进的水质稳定处理技术保证水质和采用科 学的管理方法以提高设备效率 但是, 循环冷却水由于蒸发 风吹 排污等原因 损耗很大, 是火力发电厂水耗居高不下的主要原因 (3) 不同能源发展战略的耗水量存在很大的差别 如前所述, 能源行业中, 生产不同种类的能源 不同的能源生产加工技术 不同的发电技术 火电厂采用不同的冷却技术都会对水资源的需求量产生影响, 取水量和耗水量各有很大的差异 因此在社会经济转型 能源结构调整 能源技 术进步等不同的能源战略下, 能源的生产消费量 能源结构 能源效率等各有不 同, 能源行业的水资源消耗量也将有明显的差异 国内外已有研究结果表明, 在 不同的能源政策情景下, 不同能源种类的生产消费量不同, 各能源的生产加工所 需的水资源量也随之变化, 随着科学技术的进步, 各类能源的生产技术将得到优 化, 发电技术 冷却技术的改进等都会影响水资源的消耗量 8 National Renewable Energy Laboratory, US. A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies. 2011
9 图 3 中国不同能源政策情景下的能源生产量及其耗水量 面对日益严峻的空气污染形势, 中国政府为了解决大气污染问题出台了一系 列的管理措施, 这些能源管理政策也会对水资源带来一定的影响 例如, 我国已 批准建设 9 座大型煤制气工厂, 年产超过 370 亿立方米合成天然气, 年耗水 2 亿吨 2013 年发布了 大气污染防治行动计划, 重点建议之一是采用煤制天然 气等更为清洁的天然气取代煤炭 但 煤制气 在冷却 生产及净化过程中耗水 量很大, 每立方米煤制天然气需 6-10 升水, 例如 20 亿立方米 / 年的煤制天然气 项目耗水量高达 2500 万吨 / 年 因此在努力控制东部地区大气污染的同时, 可能 会给其他地区的水资源供给带来极大压力, 尤其是严重缺水的西北部地区 10 为了实现温室气体控制的目标, 中国政府在 2030 年的自主行动目标中提出 到 2030 年非化石能源占一次能源消费比重将达到 20% 左右, 对生物质能的发展 提出了相应的规划 例如 生物质能发展 十二五 规划 提出, 到 2015 年, 生物质发电总装机容量达到 13 000 兆瓦, 生物质燃气达到 30 亿立方米 / 年, 固 体成型生物质燃料达到 1000 万吨 / 年, 生物液体燃料达到 500 万吨 / 年 但是 IEA 的研究表明, 甘蔗乙醇加工生产的耗水量和取水量都高达 106-107 升 / 吨油 当量 所以, 与液体化石燃料相比, 生产生物燃料的水资源需求量更大 此外, 油砂 页岩气和水力压裂等非传统化石燃料的开采比传统的化石燃料用水量更大 11 IEA 也明确提出了水资源将成为中国非常规能源发展的重要制约因素之一 12 9 Cai B.M. Energy s thirst for water in China. Environmental Science & Technology, 48, 11760 11768. 2014. 10 世界资源研究所. 大气十条 打开煤制天然气大门需警惕可能产生的水资源压力 [EB/OL].(2013-10-29) 11 International Energy Agency. World energy outlook 2012 [R]. France: OECD/IEA, 2012 12 ]International Energy Agency. World energy outlook 2012 [R]. France: OECD/IEA, 2012
煤炭工业发展 十二五 规划 规定, 全国煤炭开发总体布局是控制东部 稳定中部 发展西部 若规划中的发展目标全部实现, 十二五 末,14 个煤炭基地采煤产业需水量将达到 66.47 亿立方米 / 年, 到 2020 年达到 81.51 亿立方米 / 年, 需水量约为 2233.15 万立方米 / 天 13 如图所示, 相关研究表明, 随着煤炭消费高峰的到来, 煤炭相关产业面临着较强的水资源约束, 尽管节水模式比常规模式对应情景下的用水总量有较大程度的下降, 但是在近期内仍不能满足用水总量控制红线的要求, 只有更加严格地控制电力和煤化工等高耗水产业才能确保满足用水红线的约束 14 图 4 不同发展情景下煤炭转化利用用水量 1.3 研究目标江苏省的能源呈现结构多元化, 相关部门多, 生产量高, 缺口大的特征 在大气污染控制与应对气候变化等大背景下, 江苏省能源发展的 十三五 及中长期规划必将进一步控制消费总量和调整优化结构, 从而会对江苏省的能源生产总量与结构产生深远的影响 同时, 能源战略的调整会对相关水资源产生影响 因此, 如何制定能源发展战略, 既能保障水资源安全, 同时还能够降低碳排放, 是江苏省能源 - 水资源协调发展, 保证能源 水资源安全, 建设可持续发展 绿色江苏 需要重视和解决的重要课题 江苏省地处中国大陆沿海中部和长江 淮河下游, 东濒黄海, 水资源相对丰 13 国家能源局. 煤炭工业发展 十二五 规划. 2012. 14 中国煤炭消费总量控制方案和政策研究组. 实施最严格水资源红线要求, 约束煤炭开发利用执行摘要. 2014
富, 电厂普遍采用高水耗的直流冷却技术 然而随着江苏的工业化 城市化步伐明显提速, 水资源和水生态环境方面的问题也越来越多, 成为影响和制约经济社会可持续发展的突出瓶颈 因此, 改进江苏省电厂冷却技术, 对落实节约优先方针, 缓解江苏省水资源压力具有重要的意义 南京大学环境学院与阿特金斯 ( 英国 ) 在英国繁荣基金的资助下, 在江苏省发展和改革委员会 江苏省水利局等的支持下, 组织了一个由中 英两国专家组成的研究团队, 通过对江苏省能源政策所带来的水资源影响进行评估, 为地方层面的能源与水资源协同管理提供借鉴意义 主要内容包括 : (1) 分析江苏省能源发展现状及发展战略, 制定不同的发展情景 ; (2) 预测江苏省至 2030 年的能源需求 生产量, 预测不同发展情景下江苏省 2030 年能源行业的水资源消耗情况 ; (3) 识别江苏省各类能源发展情景的节水潜力和优缺点, 为决策者制定能源可持续发展策略 优化配置水资源提供建议 2 江苏省经济社会发展概况 2.1 经济发展 江苏省综合经济实力在中国一直位于前列 2013 年, 江苏省实现地区生产总值 59161.8 亿元, 比上年增长 9.6%, 位列中国省份第二 ; 人均 GDP 达 74607 元, 按平均汇率折算为 12047 美元, 位列中国省份第一 2007 年世界金融危机后, 江苏省的 GDP 增速明显回落,GDP 增长率从 2007 年的 14.9% 下降到 2014 年的 8.7% 但即使在经济下行的情况下, 近年来江苏的 GDP 增速仍比全国高出 1 到 3 个百分点 虽然面临错综复杂的宏观经济环境和艰巨繁重的改革发展稳定任务, 2015 年江苏省的仍然实现地区生产总值 70116.4 亿元, 比上年增长 8.5%, 仍保持适度领先于中国整体 6.9% 的经济增速
三产比例 (%) GDP 增长率 GDP/ 人均 GDP 16 14 12 10 8 6 4 2 0 GDP( 亿元 ) 人均 GDP( 元 / 人 ) 江苏省 GDP 增速 (%) 中国 GDP 增速 (%) 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 图 5 江苏省 GDP 人均 GDP 及 GDP 增长率变化 (2001-2013) 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 2.2 产业结构改革开放以来, 江苏省的产业结构经历了不断的调整和优化 第一产业的占比呈缓慢下降的趋势, 从 2001 年的 11.6% 下降到 2014 年的 5.6% 第二产业一直是江苏的主导产业 十一五 以来江苏省第二产业占 GDP 的比例开始呈下降的趋势, 从 2005 年的 56.6% 下降到 2014 年的 47.4% 2004 年以来, 江苏省第三产业所占比例呈现持续上升的趋势, 从 2004 年的 34.6% 上升到 2014 年的 47% 尽管第三产业的比例不断提升, 江苏省仍存在产业结构偏重的问题 2014 年江苏省的第二产业 49.2% 的占比远高于 43.9% 的全国平均水平 ; 江苏第三产业 44.7% 的占比也略低于全国平均水平 60.0 第一产业第二产业第三产业 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 中国图 6 江苏省产业结构变化 (2001-2013) 近年来, 江苏省大力发展新兴产业, 高新技术产业占规上工业总产值的比重
从 2005 年的 24% 增加到 2010 年的 33%, 到 2014 年已达到 39.5% 伴随着全面小康和基本现代化进程的深入推进, 江苏产业结构势必会呈现进一步调整 优化 升级的态势 产业结构调整将具体表现在农业现代化水平不断提高, 工业制造业优化升级, 先进制造业加快发展, 制造业服务化趋势加强和服务业加快发展这五方面 2.3 人口与城镇化江苏省具有人口基数大 生育率低与高增长量并存的特点 2014 年人口总数达到 7960 万人, 占全国人口总量的 5.8% 2010 年江苏省人均预期寿命达到 76.63 年, 比全国平均水平高 1.8 年 同时, 江苏是全国最早进入人口老龄化的省份, 且人口老龄化速度已进入加速期 截至 2014 年底, 全省 60 岁以上老年人口达到 1579.23 万人, 占户籍总人口的 20.57%, 比全国高约 5 个百分点 ;65 岁以上老年人口 1072.47 万人, 占户籍人口的 13.97%, 比全国高 3.87 个百分点 人口流动和迁移持续增加也是江苏人口基数大的一个重要贡献因素 2010 年流动人口约占城镇常驻人口的 30% 随着社会经济的发展, 江苏省居民的家庭规模和功能发生较大变化, 家庭规模进一步缩小, 并且呈现结构多样化趋势 表 1 2014 年江苏省 全国各人口因素情况 出生率 死亡率 人口自然增 老龄化率 预期寿命 家庭 城镇化率 ( ) ( ) 长率 ( ) (60+) (2010 年 ) 规模 (%) 江苏 9.05 7.03 2.02 20.57 76.63 2.95 65.2 全国 12.37 7.16 5.21 14.9 74.83 2.98 54.77 改革开放以来, 江苏省城镇化和城乡发展一体化发展迅速 2000 年至 2013 年, 江苏省城镇人口比重从 41.5% 上升到 64.1%, 高出全国 10.4 个百分点 但区域之间的城镇化率差异较大,2013 年苏南 苏中 苏北三大区域的城镇化率分别为 73.5% 59.7% 56.1% 在经济新常态下, 江苏省将进入以提高质量为主的转型发展阶段, 向新型城镇化和区域协调发展方向迈进 3 江苏省水资源现状 3.1 水资源量 (1) 地表水资源量 2014 年江苏全省地表水资源量为 296.4 亿 m 3, 相当于年径流深 290.8mm, 比
上年地表水资源量增加 46.5%, 比多年平均地表水资源量增加 9.4% 江苏省承受江 淮 沂 沭 泗上中游近 200 万 km 2 来水, 入境水量比较丰沛 经统计, 全省入境水量多年平均值为 9377 亿 m 3, 各分区入境水量见下表 表 2 江苏省多年平均分区入境水量长江流域诸小长江干流淮河流域淮河流域诸小河全省河多年平均过境水量 8906 392 74 5 9377 ( 亿 m 3 ) 比例 (%) 95.0 4.2 0.8 0.0 100.0 从上表可以看出, 全省的入境水量集中在长江干流, 占全省入境水量的 95.0% 江苏省多年平均引江水量为 145.05 亿 m 3, 其中苏南 苏北分别占 23.9% 76.1% 对于年内各月引江水量, 用水量大的季节为 5~10 月, 期间苏南引江水量为 24.91 亿 m 3 占苏南年引江水量的 72.0%, 苏北引江水量为 75.70 亿 m 3 占苏北总引江水量的 68.5% 2014 年入省境水量 ( 不含长江干流 ) 为 298.2 亿 m 3, 比上年增加 47.4%, 其中长江下游支流来水 13.3 亿 m 3, 淮河上中游来水 208.2 亿 m 3, 淮河下游来水 4.9 亿 m 3, 沂沭泗流域上游来水 6.8 亿 m 3, 浙江省来水 65 亿 m 3 出省境水量 ( 不含长江干流 )196.7 亿 m 3, 比上年增加 14.1%, 其中, 流入安徽省 6.3 亿 m 3, 上海市 125.6 亿 m 3, 浙江省 63.5 亿 m 3, 南水北调入山东 1.3 亿 m 3 入海水量 259.7 亿 m 3, 其中, 沂沭泗流域 63.5 亿 m 3, 淮河下游支流 182.5 亿 m 3, 长江流域支流 13.7 亿 m 3 长江干流年径流量 ( 大通站 )8919.0 亿 m 3, 比上年增加 14.5% 全省汇入长江干流水量 218.0 亿 m 3, 其中, 淮河流域 84.8 亿 m 3, 长江支流 78.4 亿 m 3, 太湖流域 54.8 亿 m 3 引长江水量 193.7 亿 m 3, 其中, 淮河流域 91.4 亿 m 3, 长江两岸自用 51.2 亿 m 3, 进入太湖流域 51.1 亿 m 3
图 7 江苏省主要流域水流示意图丰富的过境水量, 为开发利用提供了得天独厚的条件, 成为江苏最大的资源优势 随着南水北调扩建工程实施, 江水经京杭运河和通榆河北调能力增强, 长江 洪泽湖 骆马湖 南四湖 石梁河水库等跨区域联合调度能力得到提高, 水资源优化配置彰显优势, 全省水资源供给能力将进一步增强 (2) 地下水资源量地下水资源量为各项补给量之和 江苏省多年平均地下水总补给量为 151.8 亿 m 3, 其中矿化度小于 2g/L 的地下淡水多年平均资源量为 120.2 亿 m 3 地下水主要消耗于潜水蒸发, 约占 73%, 开采量仅占 6% 左右 地下水可开采量是地下水资源的一个重要评价指标 全省地下水淡水的可开采量约为 78.9 亿 m 3, 其中淮河流域 48.4 亿 m 3 长江下游干流区 16.0 亿 m 3 太湖流域 14.5 亿 m 3 2014 年全省地下水资源量 ( 矿化度小于 2g/L) 为 118.9 亿 m 3, 其中, 平原地区地下水资源量 111.8 亿 m 3, 山丘地区地下水资源量 10.6 亿 m 3, 重复计算量 3.5 亿 m 3 (3) 水资源总量地表水资源量与地下水资源量之和减去重复计算量, 即为水资源总量, 其中重复计算量为地表水体补给地下的部分 江苏省当地水资源总量多年平均为 320.0 亿 m3 2013 年全省水资源总量 283.5 亿 m3, 在全国省份中位列 23 名 江苏省过境水资源较为丰富, 但人均水资源形势严峻 全省人均水资源占有量仅 357.6 立方米 (2013 年 ), 远低于世界公认的绝对缺水界限 ( 人均 500 立方米 ); 亩均耕地水资源占有量 433.3 立方米 (2014 年 ), 仅为全国平均值的 31%, 为世 15 界平均水平的 15% 左右 15
四川广东广西云南湖南江西黑龙江福建内蒙古新疆浙江湖北贵州吉林安徽海南重庆辽宁陕西山东江苏甘肃河南河北山西上海天津宁夏 6000.0 5000.0 4000.0 人均水资源量 ( 立方米 / 人 ) 水资源总量 ( 亿立方米 ) 3000.0 2000.0 1000.0 0.0 图 8 全国多省水资源总量与人均水资源量 (2013) 从不同区域来看, 淮河流域 长江下游干流区 太湖流域的水资源量分别占全省总水资源量的 58.6% 18.6% 22.9%, 其中地表水资源分别占全省地表水资源的 56.4% 18.6% 25.0%, 地下水资源分别占全省地下水资源的 62.4% 18.6% 19.0% 表 3 江苏省各区域多年平均水资源量面积年降雨地表水资源地下水资源重复计算量总水资源量 (km 2 ) (mm) ( 亿 m 3 ) ( 亿 m 3 ) ( 亿 m 3 ) ( 亿 m 3 ) 淮河流域 63168 947 145 75 24 193 长江下游干流区 19059 1057 48 22 8 56 太湖流域 19848 1097 64 23 10 71 全省合计 102075 996 271 120 42 320 (4) 降水量江苏省地处亚热带与暖温带的过渡区, 全省各地多年平均降水量为 995.7mm, 相当于降水总量 1015.1 亿 m 3, 远高于全国平均的年降水量 630.0mm, 属于湿润区 全省多年平均地表径流深为 265.8mm, 相当于地表水资源量 270.9 亿 m 3 省内年降水量 年径流深均自北向南逐渐增加 降水量 径流量年内分配不均匀, 绝大部分集中在汛期, 汛期降水量与全年降水量之比由北向南逐渐减少 北部沂沭泗地区汛期雨量占全年雨量的 70% 左右, 中部及苏南地区在 60% 左右 ; 多年平均连续四个月径流占全年径流的比例自北向南由 85% 逐步递减到约 50% 降水量 径流量年际变化也较大, 特丰水年与最枯水年降雨量比值可达 2.5 2014 年全省年降水量 1044.5mm, 折合降水量 1064.7 亿 m 3, 属于平水年, 比
北京天津河北山西内蒙古辽宁吉林黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南西藏陕西甘肃青海宁夏新疆 供水总量 ( 亿立方米 ) 年平均降水量 (mm) 上年偏大 25.3%, 比多年平均偏多 4.9% 1400 1200 江苏省年降水量 江苏省多年平均降雨量 1000 800 600 400 200 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 中国 图 9 江苏省多年降水量与平均降水量 (2001-2014) 3.2 供水与用水 2013 年江苏全省总供水量 576.7 亿 m 3, 其中, 地表水源供水量 567.4 亿 m 3, 地下水源供水量 9.3 亿 m 3 如图所示, 国内各省份供水量对比可知, 江苏省需水量巨大, 单位面积用水量最多 2014 年, 江苏全省总供水量 480.7 亿 m 3, 比 2013 年供水量减少 16.6%, 其中, 地表水源供水量 471.0 亿 m 3, 占总供水量的 98.0%; 地下水源供水量 9.7 亿 m 3, 占总供水量的 2.0% 700.0 600.0 500.0 400.0 300.0 200.0 100.0 0.0 地表水供水量地下水供水量其他供水量 图 10 全国多省供水总量及其组成 (2013) 2014 年, 全省总用水量 480.7 亿立方米, 其中, 生产用水 442.2 亿立方米, 占总用水量的 92.0%; 居民生活用水 35.8 亿立方米, 占总用水量的 7.4%; 城镇环境用水 2.7 亿立方米, 占总用水量 0.6% 分流域看, 淮河流域用水量 239.7
亿立方米, 占总用水量的 49.9%; 长江流域用水量 114.0 亿立方米, 占总用水量 的 23.7%; 太湖流域用水量 127.0 亿立方米, 占总用水量的 26.4% 分流域 分 部门的供 用水量情况如图所示 图 11 江苏省水资源量及用水构成 (2013) 生产用水按照产业结构划分, 第一产业用水 297.8 亿 m 3, 占生产用水的 67.3%, 其中农田灌溉用水 259.5 亿 m 3, 占第一产业用水的 87.1%; 第二产业用水 129.5 亿 m 3, 占 29.3%, 其中, 电力工业用水 80.1 亿 m 3, 一般工业用水 47.2 亿 m 3 ; 第三产业用水 14.9 亿 m 3, 占 3.4% 与 2013 年相比, 第一产业用水减少 1.4%, 一般工业用水减少 4.6%, 第三产业用水增加 8.0% 各部门用水量组成见图 农田灌溉 54% 城镇环境 1% 居民生活 7% 生产用水 服务业 3% 电力工业 17% 一般工业 10% 林牧鱼畜 8% 图 12 江苏省各部门用水量组成 (2013) 数据来源 : 江苏省统计年鉴 2014 分流域看, 淮河流域用水量 239.7 亿 m 3, 占总用水量的 49.9%; 长江流域用 水量 114.0 亿 m 3, 占总用水量的 23.7%; 太湖流域用水量 127.0 亿 m 3, 占总用水 量的 26.4% 分流域供 用水量情况见表 流域 表 4 江苏省分流域供 用水量 (2014) 供水量 ( 亿 m 3 ) 用水量 ( 亿 m 3 ) 地表水地下水合计生产生活城镇环境合计 淮河流域 230.8 8.9 239.7 14.6 224.1 1.0 239.7
长江流域 113.3 0.7 114.0 9.0 103.9 1.1 114.0 太湖流域 126.9 0.1 127.0 12.2 114.2 0.6 127.0 全省 471.0 9.7 480.7 35.8 442.2 2.7 480.7 分区域看, 苏南用水量 182.8 亿 m 3, 占总用水量的 38.0%; 苏中用水量 107.0 亿 m 3, 占总用水量的 22.3%; 苏北用水量 190.9 亿 m 3, 占总用水量的 39.7% 与 2013 年相比, 苏南地区减少 13.2 亿 m 3, 苏中地区减少 8.3 亿 m 3, 苏北地区增加 3.3 亿 m 3 60 50 40 农业用水 工业用水 生活用水 30 20 10 0 图 13 江苏省辖市用水量及其组成 (2014) 3.3 用水效率 2014 年江苏全省万元地区生产总值用水量为 73.8 m 3, 农田灌溉均亩用水量 433.3 m 3, 万元工业增加值用水量 17.4 m 3, 按 2000 年不变价, 比 2010 年下降 38%, 城镇居民人均生活用水量为 137.0L/d, 农村为 97.3L/d 用水总量全国第二, 农业用水量全国第三, 工业用水量全国第一 苏南 苏中 苏北地区万元地区生产总值用水量差别较大, 分别为 46.9 m 3 84.1 m 3 126.0 m 3 ; 农田实灌面积均亩用水量分别为 519.9 m 3 435.4 m 3 405.4 m 3 ; 万元工业增加值用水量分别为 15.9 m 3 15.7 m 3 18.9 m 3 ; 城镇居民人均生活用水量分别为 154.8L/d 131.9 L/d 114.6 L/d
北京天津河北山西内 辽宁吉林黑 上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南西藏陕西甘肃青海宁夏新疆 3,000 2,500 2,000 用水总量 ( 亿立方米 ) 人均用水 ( 立方米 / 人 ) 1,500 1,000 500 0 数据来源 : 中国统计年鉴 图 14 江苏省用水总量比较 江苏省水资源利用率较低, 单位 GDP 水耗远高于广东 浙江等省, 是浙江的 1.8 倍, 上海的 1.7 倍, 广东的 1.4 倍, 北京的 5.2 倍 同样的, 江苏省的工业用水比重也远高于其他地区, 比如北京 浙江 上海和山东等地区 产业结构偏重导致江苏省水资源消耗总量大 电力 热力的生产和供应业 黑色金属冶炼及压延加工和化学颜料及化学制品制造业是我省主要耗水行业, 用水量占全省规模以上工业用水量的比例分别为 31.0% 18.6 和 18.5%, 合计 68.1%; 但工业增加值占规模以上工业总增加值的比例仅分别为 5.3% 12.5% 和 10.4%, 合计 28.2% 电力 纺织 有色金属和造纸行业单位 GDP 水耗明显高于全省平均水平, 分别为全省平均的 5.8 倍 1.8 倍 1.8 倍和 1.5 倍 ( 数据来源 :2013 年江苏省污染普查数据 )
北京天津河北山西内蒙古辽宁吉林黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南西藏陕西甘肃青海宁夏新疆 700 600 500 400 300 200 100 0 单位 GDP 水耗 ( 吨 / 万元 ) 工业用水比重 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 图 15 江苏省用水效率数据来源 : 中国统计年鉴 3.4 江苏省水资源管理战略 2012 年江苏省政府发布的 关于实行最严格水资源管理制度的实施意见 中, 首次明确了水资源控制三条红线制度 确立水资源开发利用控制红线, 到 2030 年, 全省用水总量控制在 600 亿立方米以内 ; 确立用水效率控制红线, 到 2030 年, 全省用水效率达到世界先进水平, 万元工业增加值用水量降低到 11 立方米以下, 农田灌溉水有效利用系数提高到 0.69 以上 ; 确立水功能区限制纳污红线, 到 2030 年, 全省主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内, 江河湖泊水功能区水质达标率提高到 98% 以上, 水面率稳定在 16.9% 近期目标是, 到 2015 年, 全省用水总量控制在 560 亿立方米以内 ; 万元工业增加值用水量降低到 23 立方米以下, 农田灌溉水有效利用系数提高到 0.58 以上 ; 水功能区水质达标率提高到 70% 以上, 饮用水源地水质达标率 100% 16 16 江苏省政府. 省政府关于实行最严格水资源管理制度的实施意见. 2012
70 60 2015 2020 50 40 30 20 10 0 图 16 江苏省最严格水资源管理制度对于 13 个市的总量考核要求 ( 亿立方米 ) 4 江苏省能源生产与消费现状 4.1 能源消费总量 江苏省各类能源禀赋相当匮乏, 但由于经济飞速发展 能源强度较大 能源结构调整缓慢等, 每年的能源需求总量非常巨大, 并且能源消费量仍在逐年大幅增长 2013 年全省能源消费总量达到 30293.98 万吨 ( 标准煤, 下同 ), 比 2012 年增加 5.01%, 超过国家下达的 2%-3% 的增长指标 ; 全省煤炭消费量仍占一次能源消费总量的 69%, 煤电装机占全省电力装机的比重高达 81.5% 能源消费总量 ( 万吨标准煤 ) 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 2008 2009 2010 农林牧渔水利业工业建筑业交通仓储及邮电通讯业批发和零售贸易餐饮业其他生活消费 2011 2012 2013 图 17 江苏省能源消费总量及各部门组成 (2008-2013)
江苏省能源消费总量居全国第四, 工业能耗占比高 以 2014 年为例, 江苏省工业能耗占总能耗比重为 78.5%, 而广东 山东和福建的这一比例则为 60.5%, 74.9% 和 70.1% 从各消费部门来看, 第一产业即农 林 牧 渔及水利业能源消费占总消费量逐年小幅增长, 由 2008 年的 1.49% 增至 2013 年的 1.93%; 工业 ( 包括电力工业 ) 消费量所占比值逐年降低, 由 2008 年的 81.56% 降至 2013 年的 76.96%, 仍有巨大的削减空间 ; 第三产业 ( 包括交通仓储及邮政业 批发零售与贸易餐饮业等 ) 能源消费量所占比重逐年增加, 由 2008 年的 9.36% 增至 2013 年的 11.39%; 居民生活能源消费量也逐年增加, 由 2008 年的 6.54% 增至 2013 年的 8.37% 4.2 能源消费结构江苏省能源消费结构不合理, 煤炭和石油分别占一次能源消费的 75% 和 16% 2012 年江苏省各终端消费部门的能源消费量示意图及主要能源所占比例如图所示 第一产业即农 林 牧 渔及水利业消耗最多的是汽油 柴油 燃料油等石油制品 (72%), 其次是少量电力 (20%), 以及 38.72 万吨 ( 标准煤, 下同 ) 原煤 ; 工业部门能源消费量最大, 也是原煤 原油 天然气 焦炭的主要消耗部门, 分别消耗了 3490.48 万吨 12.26 万吨 66.74 万吨 3079.30 万吨 ; 交通运输仓储和邮政业是石油制品的主要消耗部门, 消耗汽油 721.80 万吨, 其他石油制品 782.03 万吨 ; 居民生活消费中电力所占比例最大, 对汽油的消耗量也较大 (481.2 万吨 )
图 18 江苏省各终端部门能源消费量及能源结构示意图 (2012) 4.3 电力消费总量 以煤为主 发电居多, 是江苏能源消费的鲜明特征 近年来随着经济发展和人民生活水平快速提高, 江苏省电力需求持续增长, 同时江苏也是资源小省, 电力供求长期处于紧平衡状态, 供求矛盾较为突出 江苏省发用电量均居全国前列 2013 年江苏省全年用电总量 4957 亿千瓦时, 较上年增长 8.20%, 首次超越广东, 居全国第一位 到 2014 年底, 江苏发电装机容量达 8583.5 万千瓦, 其中火电占八成 从 2000 年至 2014 年, 江苏省发电总量从 910 亿千瓦时增加至 4346.7 亿千瓦时, 增长比例达 3.7 倍 从发电结构来看, 火电是江苏省主要的发电类型, 其次为水电 随着国家对能源消费和煤炭消费实行 总量双控, 未来江苏煤电占比将大幅下降, 腾出的空间由清洁能源填补, 如大力发展风电 光伏 生物质等可再生能源和核电 天然气发电
北京 天津 河北 山西 辽宁 吉林 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江两 山东 河南 湖北 湖南 广东 广西 海南 重庆 四川 贵州 云南 陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆 内 黑 用电量 ( 亿千瓦小时 ) 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 图 19 全国多地区全社会用电量 (2012) 江苏省 2013 年全社会用电量各部门组成如图所示 乡村居民用电和农业生产用电, 而非工业用电, 成为推动江苏全社会用电量增长的主动力, 这是以江苏为代表的东部沿海发达地区用电结构变化的一个新特征, 即农村电气化高速发展成为推动用电需求增长的强劲动力 2014 年江苏省用电量达 5013 亿千瓦时, 超过英国 法国, 逼近德国 城乡居民生活用电 11.04% 公共事业及管金融地产商理组织务 3.21% 居民服务业 2.53% 商业住宿和餐饮业 3.04% 信息计算机服务软件业 0.68% 建筑业 1.01% 4.4 能源生产现状 交通仓储和邮政业 1.05% 农林牧渔水利业 0.88% 工业 图 20 江苏省全社会电力消费量各部门组成 (2013) 非金属矿物制品业 3.95% 黑色金属冶炼压延加工业 10.07% 通用及专用设备制造业 5.18% 江苏省自然资源相对匮乏 徐州市是全国重要的煤炭产地, 已探明煤炭储量 达 39 亿吨以上, 预测储量为 69 亿吨 但由于石油 天然气资源贫乏, 且省内能 源需求量巨大, 因此大部分一次能源依靠外省调入或进口, 近年来几类主要能源
的省内自产率如图所示 2008-2012 年间, 江苏省原煤自产率多年平均为 10.06%, 绝大部分由外省调入, 少部分由海外进口 ; 原油自产率多年平均为 6.80%, 大部分由海外进口, 其次依靠外省调入 ; 天然气自产率多年平均为 0.74%, 主要靠外省调入 ; 焦炭自产率多年平均为 57.18%, 大部分由省内炼焦而得, 较少部分靠外省调入 ; 电力自产率多年平均为 91.16%, 绝大部分由省内火力发电而得, 少部分核电 水电以及外省调入 92.59% 90.05% 90.55% 91.86% 90.78% 原煤 56.85% 53.43% 50.60% 59.96% 65.06% 原油天然气焦炭 电力 12.80% 7.96% 0.92% 2008 11.38% 6.91% 0.90% 2009 9.61% 6.20% 0.78% 2010 8.25% 6.34% 0.58% 2011 8.28% 6.60% 0.51% 2012 图 21 江苏省几类主要能源省内自产率 (2008-2012) 4.5 能源利用效率江苏省能源消费总量居全国第四, 其中工业能耗占比高, 高于广东 山东等省 ; 单位国土面积能耗强度居全国第一 ( 直辖市除外 ), 且增速长期处于较高水平 ; 能源利用效率略低于广东 浙江等省, 但远低于发达国家 ; 能源结构以煤炭为主, 占比 68.7%, 高于广东 浙江等省, 煤炭消费量仅次于山东, 长期居于高位, 尚未实现负增长 江苏省人均能耗 地均能耗均较高 2014 年, 我省人均能源消耗为 3.8 吨标准煤 / 人, 是全国平均水平的 1.2 倍 广东的 1.4 倍 浙江的 1.1 倍, 山东的 1.2 倍 单位国土面积能耗强度居全国第一 ( 直辖市除外 ), 且增速长期处于较高水平 2014 年, 我省单位国土面积能耗达到 0.28 万吨标准煤 / 平方公里, 是全国平均水平的 6.3 倍, 是福建的 3 倍 广东的 1.7 倍 浙江的 1.6 倍 山东的 1.1 倍 能源利用效率略低于广东 浙江等省, 但远低于发达国家 ; 能源结构以煤炭为主, 占比 68.7%, 高于广东 浙江等省, 煤炭消费量仅次于山东, 长期居于高位, 尚未实现负增长, 而广东 山东和福建省均已在 2012 年实现了负增长
北京天津河北山西内蒙古辽宁吉林黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南陕西甘肃青海宁夏新疆 20,000 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 图 22 2014 年各地区单位国土面积能耗强度 ( 吨标煤 / 万平方公里 ) 经济发展对煤炭的依赖程度过大, 煤炭在一次能源消耗中的占比大 2012 年我省煤炭在总能源消费中的占比为 68.7%, 而广东 福建 浙江的占比分别为 43.2% 54.1% 56.7% 对比发达国家, 差距更大, 法国 英国 美国 德国 日本 韩国煤炭消费占一次能源消费的比例分别为 4.7% 19.4% 19.8% 25.3% 26.0% 29.9% ( 数据来源 :BP Statistical Review of World Energy June 2014 中国能源统计年鉴 2013) 图 23 部分省份煤炭占总能源消费比例趋势图
北京天津河北山西内蒙古辽宁吉林黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南陕西甘肃青海宁夏新疆 单位 GDP 能耗较高, 降速偏缓 2013 年, 我省单位 GDP 能耗为 0.49 吨标准煤 / 万元, 是全国平均水平的 75.7% 广东的 1.1 倍 浙江的 1.0 倍 福建的 94.0% 山东的 68.6% 近年来, 我省及全国其他省份单位 GDP 能耗总体呈逐年下降趋势, 且各地区降幅波动情况较为一致, 表明技术经济的发展和国家宏观调控政策的影响较为显著 1990-2012 年间, 我省单位 GDP 能耗年均降幅为 8.63%, 是全国平均水平的 98.1% 山东的 1.1 倍 福建 浙江 广东的 1.2 倍 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 图 24 不同省份 2013 年单位 GDP 能耗比较 ( 吨标煤 / 万元 GDP) 数据来源 : 中国能源统计年鉴 2014 中国省市经济发展年鉴 2014 4.6 江苏省能源发展战略 随着转型升级压力的增大, 控制能源消费总量的任务也更艰巨, 目前江苏省已采取了各项措施, 控制能源消费总量, 倒逼经济发展转型 2014 年颁布的 江苏省控制能源消费总量工作方案 明确要求, 至 2015 年, 全省能源消费增量不能超过 1520 万吨标准煤, 年均增速控制在 2.5%; 到 2017 年, 全省煤炭占能源消费比重降低到 65% 以下 煤炭消费总量负增长 江苏省大气污染防治行动计划实施方案 提出到 2017 年, 全省煤炭占能源消费比重降低到 65% 以下, 力争实现煤炭消费总量负增长 严格控制电力行业煤炭消费新增量, 重点削减非电行业煤炭消费总量 新建项目禁止配套建设自备燃煤电站, 耗煤项目实行煤炭减量
替代 到 2017 年, 天然气占一次能源比重力争达到 12% 以上, 基本完成燃煤锅炉 工业炉窑 自备燃煤电站的天然气等清洁能源替代改造任务, 力争区外来电规模达到 1500 万千瓦, 风电 光伏 生物质发电规模分别达到 600 万千瓦 200 万千瓦 100 万千瓦, 核电装机规模达到 200 万千瓦, 非化石能源占总能源 7.3% 江苏省将进一步加大产业结构调整力度, 重点淘汰技术落后 排放量大的小火电 小钢铁 小印染企业, 对重点能耗企业大力实施节能改造工程, 提高能源效率, 加快绿色经济转型 江苏省煤电节能减排升级与改造实施方案 (2014-2018 年 ) 提出: 到 2018 年年底, 全省 10 万千瓦及以上燃煤机组大气污染物排放浓度基本达到燃机排放标准 ( 即在基准氧含量 6% 的条件下, 烟尘 二氧化硫 氮氧化物排放浓度分别不高于 10 35 50 毫克 / 立方米 ); 全省 10 万千瓦以下燃煤机组大气污染物排放浓度达到重点区域特别排放限值 ( 即在基准氧含量 6% 的条件下, 烟尘 二氧化硫 氮氧化物排放浓度分别不高于 20 50 100 毫克 / 立方米 ); 全省在役燃煤机组平均供电煤耗下降至 305 克标煤 / 千瓦时 ( 以下简称克 / 千瓦时 ) 到 2020 年年底, 全省煤炭占能源消费比重下降到 60% 以内, 电煤占煤炭消费比重提高到 60% 以上 总体看来, 江苏省未来的能源发展主要以推动煤炭等化石能源清洁高效利用, 控制和削减煤炭消费总量, 提高非化石能源特别是可再生能源消费比重 突出抓好工业 建筑 交通运输和公共机构等重点领域节能 5 江苏省能源行业的用水分析 5.1 各能源部门用水现状 江苏省主要能源相关企业可以分为烟煤和无烟煤开采洗选 炼焦 石油开采 原油加工及石油制品制造 热力生产与供应 火力发电 其他电力等七大类,2012 年各能源行业用水总量如下图 可知火力发电用水量最大, 其次是原油加工及石油制品制造行业与炼焦行业, 与江苏省内石油制品和焦炭较大的生产量相符
石油开采 烟煤和无烟煤开采洗选 炼焦 热力生产与供应 火力发电 原油加工及石油制品制造其他电力 图 25 2102 年江苏省能源行业用水数据来源 : 江苏省环境统计年鉴 2013 5.2 研究方法 (1) 研究方法本研究中采用的情景分析方法, 充分考虑了社会经济的发展趋势并与国家地区政策紧密结合, 分析不同能源发展规划 电厂冷却技术 用水技术水平等驱动因素对江苏省未来能源行业用水量的影响, 设置不同的发展情景, 基于驱动因素参数的设置, 定量分析与定性分析相结合地重点研究在实现既定的经济发展目标下, 不同的政策选择对能源行业耗水量的影响, 进而为实现江苏省能源与水资源协同可持续发展提供科学依据与参考 为了分析未来江苏省能源生产对于水资源的影响, 本研究首先对江苏省的能源生产进行预测分析 基于江苏省的投入产出表编制的社会核算矩阵, 本研究构建了动态一般均衡模型 (CGE) 对江苏省未来的能源生产进行预测 CGE 模型能够将经济系统的各个组成部分建立起数量关系, 能够考察经济系统某一部分的扰动对整个经济系统的影响, 被广泛应用于能源政策的影响分析
图 26 CGE 建模的基本模块及各模块间关系示意图基于以上模型机制的设计, 本研究基于 CGE 模型分析能源税和能效提高政策对于江苏省能源生产 消费以及能源结构的影响, 结合中国能源生产与加工转换过程中的水资源消耗系数, 评估实施能源税和能效提高政策对水资源影响的 溢出效应 研究首先构建了 自上而下 的 CGE 模型, 分析能源税和能效提高政策对能源产量以及能源结构的影响 ; 同时, 构建不同能源种类与不同能源技术的水资源消耗的核算框架以及核算方法, 刻画我省能源行业的水资源消耗情形 在此基础上, 进行能源税和能效提高政策 不同冷却技术及技术进步水平对水资源需求量影响的情景分析 (2) 情景设置首先, 基于文献研究的基础, 借鉴国际研究经验, 构建包含生产模块 贸易模块 企业模块 居民模块 政府模块 均衡模块 福利模块在内的 自上而下 的 CGE 模型, 对全省社会经济系统内部各主体间的相互作用进行描述, 模拟不同能源税政策 不同能效情景下对能源的生产与消费部门的影响, 从而评估不同能源税和能效提高政策设置对江苏省长期能源产量以及能源结构的影响, 考察包括煤炭 石油 天然气等常规能源以及核能 风能 太阳能和生物质等清洁能源的在 2015 年至 2030 年的发展趋势 为了表征煤 石油 天然气等能源之间的相互可替代性以及体现能源行业的特征, 本研究拟将生产函数进行多层嵌套, 生产函数采用常替代弹性 (Constant Elasticity of Substitution, CES) 函数形式
其次, 考虑不同征收对象 ( 对能源生产者 / 消费者征税 ) 税收使用方式( 碳税归政府所有 / 在征收碳税的同时削减受影响较大行业的其他税收 / 将税收作为居民的转移支付 ) 税率( 高 / 中 / 低 ) 对能源发展情景进行设计 以 2007 年投入产出表和国家统计数据为基础编制社会核算矩阵, 作为模型的基准数据集 基于文献调研以及专家访谈的结果, 设定基准情景 能源税情景 ( 不同税率 ) 和能效提高情景 ( 不同能效提高率 ), 确定模型参数, 情景设置及部分参数如表所示 最后采用 GAMS 软件来实现其模型求解, 并采用蒙特卡洛方法进行模型参数的不确定性分析 基准情景 (BAU) 表 5 能源情景设置及部分参数设定情景设置及部分参数设定充分考虑江苏省发展的需求和愿望, 假定江苏省能源政策 能源结构 能源效率 产业结构 经济社会和技术水平等按现有方式发展不变化 能源税情景 (ET) 考虑能源生产行业从价征税, 即煤炭开采业 原油开采业 天然气开采业三个行业征收能源税, 且税收不返还, 归政府所有 税率低 ET-l 中 ET-m 高 ET-h 原煤 2% 6% 10% 原油 5% 7.5% 15% 能效进步情景 (EE) 充分考虑江苏省目前节能措 施及其发展, 未来能源利用 效率提高 天然气 5% 7.5% 15% 能效 EE-1% EE-3% EE-5% 提高率 1% 3% 5% 江苏省过境水资源丰富, 为电厂的取水提供了得天独厚的条件, 江苏省内大部分电厂采用直流冷却技术, 而另一部分电厂则采用循环冷却技术, 极小部分采用海水冷却 相对直流冷却技术而言, 循环冷却实现了冷却水的重复使用, 大大减少了取水量, 目前正在全国推广 为了体现能源行业技术选择的影响, 设计不同能源行业的水耗技术选择的情景, 本研究中设置了不同冷却技术的选择 用水效率的提高两类情景, 分析能源行业技术选择对于需水量的影响 因此, 我们设置了三类冷却技术改进选择的情景 : i. 基准情景 : 假设江苏省 50% 的电厂采用直流冷却技术,41.5% 采用循环冷却技术,8.5% 采用海水冷却技术 ; ii. 冷却技术改进 -10% 情景 : 江苏省积极推进电厂冷却技术改进, 使得更多 的电厂采用循环冷却技术, 我们假定循环冷却技术比例提高 10%, 即江
苏省 40% 的电厂采用直流冷却技术,51.5% 的电厂采用循环冷却技术, 其 余的 8.5% 的电厂采用海水冷却技术 ; iii. 冷却技术改进 -20% 情景 : 与第二个情景类似, 我们假定增加 20% 的循环 冷却技术比例, 即江苏省 30% 的电厂采用直流冷却技术,61.5% 的电厂采用循环冷却技术, 其余的 8.5% 的电厂采用海水冷却技术 基于这三类情景, 我们分析了电厂冷却技术改进对江苏电厂用水的影响, 以及相关的水资源压力 (3) 用水模块首先, 以文献调研为基础, 借鉴国际研究经验, 结合 CGE 模型的能源行业的设定, 明确煤 石油 天然气 页岩气 风电 太阳能 生物质能 核能等能源行业的产业链, 识别具有重要水耗影响的技术, 构建相应的能源和技术集 考虑不同企业的规模, 技术的耗水差异, 地理位置的差异等, 以及数据资料的完备性和可获得性, 选取不同地区的 10-15 个典型企业进行实地调查, 辅以统计资料和专家咨询方式获取能源产业链中不同环节 不同技术选择下运行阶段的耗水量范围, 构建能源行业产业链能源与技术组合的信息矩阵, 为能源行业的水资源消耗量核算提供核算参数集, 即不同能源种类与不同技术组合的耗水系数区间 部分参数如表所示 表 6 不同能源种类与不同技术组合耗水系数耗水系数火电 ( 吨 / 万千瓦时 ) 取水量耗水量直流冷却 90-110 0.9-1.1 循环冷却 2.3-2.6 1.7-2.1 海水冷却 0 0 煤炭生产 1.68 吨水 / 吨煤 石油开采 核电 风电和水电 0.22 吨水 / 吨油 暂不考虑, 因为用的是海水淡化 暂不考虑 5.3 研究结果 (1) 能源政策对能源生产量的影响不同的能源政策情景下, 江苏省能源需求量和生产量发展的总体趋势都是随经济社会发展而不断增长 相对于基准情景 (BAU), 不同的能源税情景 (ET)
以及不同的能效提高情景 (EE) 下, 江苏省能源需求量以及生产量都将有不同程度的减少 根据预测结果, 基准情境 (BAU) 下, 江苏省能源生产量将由 2014 年的 3096 万吨标准煤, 在 2020 年增至 4602.77 万吨,2030 年将达到 6979.12 万吨, 较 2014 年增长了一倍多, 考虑到江苏省资源禀赋贫乏, 能源生产压力十分严峻 若实行能源税政策, 对原煤 原油 天然气收取不同程度的能源税, 提高生产消费成本, 将一定程度上减少能源的需求量与生产量, 在能源税低 (ET-l) 中 (ET-m) 高 (ET-h) 情景下,2030 年江苏省能源生产量将显著下降 能效提高情景较能源税情景削减能源生产量效果更好 通过在高耗能行业如石油 钢铁 化工 水泥等推广工业先进技术 淘汰落后产能 推动建筑节能等, 在能效提高 (EE)1% (EE)3% ( EE)5% 的情况下江苏省 2030 年的能源生产量将分别降至 6586.40 万吨 6143.41 万吨 5776.64 万吨标准煤 图 27 不同能源发展情景下江苏省能源生产量预测不同能源发展情景下,2030 年江苏省能源生产各市区比例分布如图所示, 可见不同情景下各市能源生产量占总产量比重略有差异 基准情景 (BAU) 下随着能源税情景 (ET) 中能源税的升高, 以及能效提高情景 (EE) 中能效的提
高率, 主要是能源生产较多的徐州 淮安 苏州 南京等地市区的产量比重有较为明显的降低 如基准情景下徐州市能源生产量占总量的 41.51%, 在能效提高 (EE)1% ( EE)3% ( EE)5% 的情况下分别降到了 41.26% 40.79% 39.97% 基准情景下淮安市能源生产量占总量的 17.21%, 在能源税低 (ET-l) 中 (ET-m) 高 (ET-h) 情景下分别降到了 16.35% 15.85% 15.38% 说明能源政策的实施对能源生产地区的影响较大 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 万吨标准煤 南京无锡徐州常州苏州南通连云港淮安盐城扬州镇江泰州宿迁 图 28 基准情景 (BAU) 下江苏省不同市区能源生产量 (2) 能源政策对水资源的影响基于以上不同能源政策下江苏省各地市 不同种类能源生产量的预测结果, 通过文献参考 实地调研 借鉴国际研究经验等, 明确煤 石油 天然气 页岩气 风电 太阳能 生物质能 核能等能源行业的产业链, 识别具有重要水耗影响的技术, 构建不同能源种类与不同能源技术的水资源消耗的核算框架以及核算方法, 即不同能源种类与不同技术组合的耗水系数区间, 以核算能源行业的水资源消耗量 2030 年不同能源政策情景下江苏省能源行业用水量如图所示 不采取任何措施的基准情景 (BAU) 下, 2030 年能源行业用水总量将达到 440289 万吨, 在能源税低 (ET-l) 中 (ET-m) 高(ET-h) 情景下, 用水量分别为 407265 万
吨 383245 万吨 358346 万吨 在能效提高 (EE)1% ( EE)3% ( EE)5% 的情况下, 用水量分别可降至 406746 万吨 368287 万吨 339051 万吨 5000000 4500000 万吨 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 BAU EE-1% EE-3% EE-5% ET-l ET-m ET-h 图 29 2030 年不同情景下江苏省能源行业用水量能源政策可以在两方面影响能源行业的用水量 一方面, 在一定程度上压缩了能源的产量和转化利用量, 有利于直接减少相关工业企业采能用能过程中的取用水量和能源开采过程中的矿井涌水量 另一方面, 消费总量的控制促进了能源相关行业的能源消费结构以及用水模式的调整, 同时能源消费过程节水工艺的改进也将降低相关工业企业的总用水量, 对用水总量控制起到积极的作用 分市来看,2030 年不同能源政策情景下江苏省能源行业用水量各市区比例如图所示, 可见苏州市用水量最多, 其次是徐州 南京, 都是火力发电较多的地区, 江苏省火力发电耗水量巨大 不同情景下各市用水比例变化趋势与能源生产量变化趋势相似
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% BAU EE-1% EE-3% EE-5% ET-l ET-m ET-h 图 30 2030 年不同能源政策情景下江苏省能源行业用水量各市区比例 宿迁泰州镇江扬州盐城淮安连云港南通苏州常州徐州无锡南京 (3) 冷却技术改进对取 耗水的影响根据我们的预测结果, 在基准情景下到 2030 年, 江苏省发电取水量为 434747 万 m 3, 耗水量为 10980 万 m 3 ; 在冷却技术改进 -10% 情景下, 随着循环冷却技术的比例提高, 江苏省发电取水量减少 相对于基准情景而言, 到 2030 年, 取水节水量达 83129 万 m 3, 节约比例为 19.12% 但是, 随着循环冷却技术比例的提高, 江苏省发电的耗水量却呈现增加的趋势 到 2030 年, 耗水增加量为 767 万 m3, 增加比例为 6.98%; 在冷却技术改进 -20% 情景下, 循环冷却技术比例的进一步提高, 江苏省发电取水量也得到进一步削减 到 2030 年, 取水节水量达到 166257 万 m 3, 相对基准情景节约 38.24% 同样地, 进一步提高循环冷却技术的比例, 会导致发电耗水的进一步增加 到 2030 年, 江苏省发电耗水量将增加 1534 万 m3, 增加比例为 13.97%
取水量 ( 万吨 ) 耗水量 ( 万吨 ) 500000 450000 取水 耗水 14000 400000 12000 350000 300000 250000 10000 8000 200000 6000 150000 100000 50000 4000 2000 0 基准情景冷却技术改进 -10% 冷却技术改进 -20% 0 图 31 2030 年不同情景下江苏省总取水量 总耗水量从区域角度来看, 江苏省发电取水主要集中在苏州 徐州和南京 2030 年苏州市发电取水量约占全省总取水的 23.7%, 居于首位 徐州 南京分别以 16.0% 和 12.4% 紧随其后 根据 2012 年环统数据显示, 苏州 徐州 南京三市电力生产量居江苏省前三位, 电力的生产需要大量的冷却水, 这些城市的发电取水量在全省也都居高不下 图 32 2030 年基准情景下, 江苏省发电取水分布图
改进江苏电厂的冷却技术, 推广循环冷却能够带来显著的节水效应, 能够减 少电厂的取水量, 降低水资源约束对电厂生产的影响 以此同时, 冷却技术的改 进还能够减少由于电厂取水带来的一些类水环境 水生态问题, 比如温水排放造 成的热污染 下游河道生态需水, 以及低放射性废液排放造成的辐射影响等问题 [4] 然而, 在江苏省大力推广循环冷却技术, 会增加电厂发电的耗水量 虽然 由此带来的耗水增加量远远小于取水减少量, 但耗水量的增加可能会对江苏下游 地区产生意想不到的影响 [5], 也应当引起我们的重视 (4) 水资源压力 水资源压力作为衡量水资源稀缺程度的指标, 比人均水资源量指标优越的地 方是隐含考虑了生态用水, 认为人类对水资源开发利用程度越高, 水系统及相关 自然生态受到的压力就越大 世界粮农组织 联合国教科文卫组织 联合国可持 续发展委员会等很多机构都选用这一指标作为反映水资源稀缺程度的指标 水资 源压力定义为年取用的淡水资源量占可获得的 ( 可更新 ) 淡水资源总量的百分率 当水资源压力小于 10% 时为低水资源压力 ; 当水资源压力大于 10% 小于 20% 时为中低水资源压力 ; 当水资源开发利用程度大于 20% 小于 40% 时为中高水资 源压力 ; 当水资源开发利用程度大于 40% 时为高水资源压力 在本研究中, 我们采用该指数来分析江苏电厂取水对水资源的压力 水 资源压力指数计算公式如下所示 : WS ele = WW ele WR 100% 其中,WS ele - 某一地区电厂取水对当地水资源造成的压力,% WW ele - 某一地区电厂发电的取水总量, 万 m3 WR - 某一地区的水资源总量, 万 m3 根据上面的计算公式, 我们分别得到三种情景下, 江苏省各市的水资源压力 结果, 如表所示 : 表 7 不同情景下, 江苏省 13 市水资源压力计算结果 2020 年 2030 年 省辖市 基准情景 冷却技术改 进 -10% 冷却技术 改进 -20% 基准情景 冷却技术 改进 -10% 冷却技术 改进 -20% 南京市 13.8% 11.1% 8.5% 17.6% 14.2% 10.8%
无锡市 11.3% 9.1% 7.0% 14.4% 11.6% 8.9% 徐州市 18.8% 15.5% 12.2% 23.6% 19.4% 15.2% 常州市 4.7% 3.8% 2.9% 5.9% 4.8% 3.7% 苏州市 17.7% 14.3% 11.0% 22.6% 18.3% 14.0% 南通市 6.7% 5.5% 4.2% 8.6% 7.0% 5.3% 连云港市 2.4% 1.9% 1.5% 3.0% 2.5% 1.9% 淮安市 3.0% 2.4% 1.8% 3.8% 3.1% 2.4% 盐城市 2.5% 2.1% 1.6% 3.2% 2.6% 2.0% 扬州市 10.2% 8.2% 6.3% 13.0% 10.5% 8.0% 镇江市 18.7% 15.1% 11.5% 23.8% 19.3% 14.7% 泰州市 5.8% 4.7% 3.6% 7.4% 6.0% 4.6% 宿迁市 0.1% 0.1% 0.1% 0.2% 0.2% 0.1% 全省 8.7% 7.0% 5.4% 11.0% 8.9% 6.9% 基准情景下,2020 年江苏省平均水资源压力为 8.7%, 属于低水资源压力 其中, 徐州 苏州等六市水资源压力属于中低水平 而随着江苏省经济 社会的 不断发展, 用电需求的不断加大, 发电带来的水资源压力不断增大 到 2030 年, 江苏省平均水资源压力达 11%, 成为中低水资源压力地区, 徐州 苏州和镇江水 资源压力上升为中高水平 ; 在两类冷却技术改进情景下, 江苏省的水资源压力始 终保持在低水资源压力水平,13 市水资源压力保持在中低水平及以下, 水资源 压力有所缓解, 并且随着循环冷却技术比例的增加, 水资源压力下降的程度越大 到 2030 年江苏省水资源压力分别下降约 19% 和 37%, 可以说改进电厂冷却技术, 推广循环冷却技术对于缓解江苏省水资源压力起到了一定的作用 从江苏省各市水资源压力来看, 镇江 徐州 苏州 南京 无锡 扬州六市 水资源压力超过全省平均水平 基准情景下, 到 2020 年徐州水资源压力 (15.5%) 略高于镇江 (15.1%), 为江苏省水资源最大的市, 其次为镇江 苏州 到 2030 年镇江 (23.8%) 超徐州 (23.6%), 成为江苏省水资源压力第一大市, 其次为徐 州 苏州
图 33 基准情景下江苏省各市水资源压力根据计算结果, 我们绘制了 2030 年三类情景下江苏省水资源压力分布图, 如图所示 不难发现, 随着冷却技术的改进, 全省的水资源压力均得到一定程度的缓解 江苏省的水资源压力集中主要在徐州 苏州 南京 镇江等地区, 与取水量分布基本一致 即发电取水量大的地区, 其水资源压力也较大 然而镇江却是一个特例, 其水资源压力位于江苏省前列, 主要原因在于其水资源总量较小 据估计, 基准情景下 2030 年镇江发电取水量为 36215 万 m 3 ( 排名第五 ), 约为苏州 ( 排名第一 ) 取水量的三分之一, 然而其水资源总量为全省最少, 仅为苏州的一半, 由此导致镇江的水资源压力超过苏州 图 34 2030 年不同情景下江苏省水资源压力分布图改进冷却技术, 有显著的节水效应 增加 10% 循环冷却技术比例, 到 2030 年兼江苏电厂取水节水率可达 19% 但与此同时也会带来耗水量的增加, 增加比例约为 7% 在江苏省推广循环冷却技术, 一定程度上能够缓解江苏省的水资源
压力 增加 10% 循环冷却技术比例, 到 2030 年, 江苏省水资源压力将下降 19% 苏州 徐州 南京的水资源压力居江苏省前列, 主要原因在于这些地区大量的电力生产导致大量的取水 ; 镇江的水资源压力超过苏州 南京, 主要是因为当地水资源总量缺乏, 从而导致其水资源压力居高不下 (5) 能源生产行业技术进步对水资源的影响除火力发电厂外, 许多能源部门都属于高耗能高耗水行业, 煤炭的开采洗选 炼焦 石油的加工等都消耗大量的水资源 推广先进的生产节水节能技术, 削减煤化工等高耗水产业的耗水量才能确保满足用水红线的约束 不同技术进步情景下 2030 年江苏省能源行业用水量如图所示 分析可知, 一方面节水技术在能源开采洗选和转化利用的用水总量控制方面发挥了巨大的作用, 另一方面实行能源总量控制对于能源相关行业用水总量的影响也十分显著, 二者对于降低能源行业用水总量 缓解区域水资源供需矛盾具有重要作用 要实现能源生产消费与水资源开发利用的协调发展, 能源总量控制和节水技术应用缺一不可 5000000 4500000 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 万吨 WE-0% WE-10% WE-15% WE-25% BAU EE-1% EE-3% EE-5% ET-l ET-m ET-h 图 35 2030 年技术进步情景下江苏省能源行业用水量 (6) 温室气体协同效应研究结果还显示, 能源政策能够同时带来温室气体减排与水资源节约的协同效应 随着能源政策的实施, 能源的消费主体的消费量下降带来能源生产量的下降, 最终导致温室气体排放量的降低, 同时可以节约能源生产所需要的大量的水资源 可以看出, 不同的政策设计可以带来不同的协同效应, 能效政策的协同效
应高于能源税政策的效果 700 600 吨水 / 吨 CO2 2020 2030 500 400 300 200 100 0 EE-1% EE-3% EE-5% ET-l ET-m ET-h 图 36 单位 CO2 减排的节水量 6 政策建议 (1) 重视数据收集和基础研究设计和制定能 - 水关联政策法律需要充分的关于能源和水资源的信息, 缺乏对现状的充分理解就无法有效地制定计划以及评估管理进展 要想充分的了解不同地区 不同行业以及不同技术类型的能源生产与水资源的相关性, 必须对每个层面的信息进行进行全面分析, 所收集和获取的数据应当具有连续性和一致性, 从而可以在不同部门和地区之间进行比较 因此, 搜集信息以及进行报告的手段和要求应该标准化 (2) 江苏省各类能源需求量及生产量将随社会经济发展持续上升, 能源行业的耗水量也将大幅增加, 全省各市区增速和驱动因素不一研究利用 CGE 一般均衡模型预测得到, 不采取任何措施的基准情景下, 江苏省能源生产量将由 2014 年的 3087.90 万吨标准煤, 在 2020 年增至 4602.77 万吨,2030 年将达到 6979.12 万吨, 较 2014 年增长了一倍多, 考虑到江苏省资源禀赋贫乏, 能源生产压力十分严峻 与此同时, 与之相关的能源行业水资源需求量为 440289 万吨, 对江苏省水资源安全带来严重威胁 对此, 应全面贯彻落实最严格水资源管理制度, 合理规划能源相关行业的用水需求, 强化用水与排水的监督管理 严格执行各地区用水总量控制 用水效率
控制和水功能区限制纳污的 三条红线 要求 在用水总量控制红线的基础上, 细化各重点能源生产基地和各地市能源加工转化行业的取用排水相关指标, 加强煤化工等高耗水行业的用水监控和排污监控, 制定和实施区域矿井水利用规划, 实现矿井水资源化 在节水治污和生态环境保护的基础上, 建立能源相关行业的 三条红线 的监测 管理 监督和考核机制, 明确相关责任主体, 实现区域水资源精细化管理 (3) 建立能源和水资源管理间的协调机制 在能源规划中纳入水资源管理, 将区域水资源承载力作为能源项目布局的重要前提在能源和水资源分部门管理的体制下, 协调机制是确保能源和水资源事项得到一体化考虑的重要保障 有学者指出 : 建立这种协调不仅应该包括数据共享, 还应该包括联合计划和讨论, 从而了解如何最好地在一个领域内以对另一个领域最小的影响计划相关项目, 同时机构协调机制也可以成为未来政策的来源, 因为这些组织是最了解情况的利益相关者, 可以预测所拟定政策法律的潜在影响 能源的生产和发展与水资源安全密切相关, 在能源战略规划中纳入水资源管理, 将区域水资源承载力作为能源项目布局的重要前提, 是江苏省可持续发展的必然选择 在传统能源开采炼化 新能源产业规划中, 需着眼能源产业的动态变化和水资源的持续供应能力, 进行科学 可持续的产业布局 既要考虑当地优势能源资源的开发效益, 也要考虑产业发展的生产用水及其增长空间 优化能源产业布局, 建立能源化工产业园区 在不断降低水资源消耗水平的同时, 要从能源产业安全 可持续发展的视角, 规划布局包括多类型能源 覆盖各生产环节的能源产业循环经济园区, 综合考虑原材料 交通 水资源 环境 居民和用户等因素, 进行最优选址, 建立具有低环境成本和高生产效率的产业集群, 确保我省能源与水资源的双重安全 (4) 采用政策调控和市场调节 两手发力, 推动能源税制改革理论研究和实践经验表明, 征收能源税在引导能源消费和改善环境方面发挥着重要作用, 是一个值得选择的促进能源利用效率提高 能源结构改善 污染物排放降低的政策手段 欧盟等发达国家在处理能源和环境问题时, 将能源税视为非常重要的手段, 并形成了比较完善和成熟的能源税制度
目前, 我国尚未开征专门的能源税, 不是一个单一的能源税种, 而是由与能源相关的税 ( 如能源资源税 能源消费税 能源环境税 ) 费等共同构成的, 税费合一的一整套能源税费体系, 比较分散, 且有众多缺陷, 不利于充分发挥税收的调节作用, 因此能源税制的改革迫在眉睫 在实际实施时, 可以学习瑞典等国家的经验, 在征收能源税的同时, 降低所得税 ( 包括个人和企业所得税 ), 用能源税收入替代其它税种的收入, 以及减免行政性收费, 在 绿化税制 的同时, 有可能获得所谓的 双重红利 效果 (5) 综合考虑电厂的冷却技术的选择 火电厂直流冷却技术的广泛应用导致我省火力发电耗水量巨大 为进一步降低火电取水量, 节约淡水资源, 应逐步减少直流冷却方式, 增大循环冷却 海水冷却等的比例 海水冷却是解决水资源短缺问题的最佳方法之一, 它的耗水量只有淡水直流冷却的 40%, 甚至更低, 取水基本等于耗水, 实现了冷端损失为零 但需突破冷却材料方面的障碍 建议江苏省滨海地区的新建火电机组均采用海水直接冷却方式, 其余新建机组使用淡水循环冷却方式, 其他部分与现有用水情况对应成比例, 可大幅减少火电用水量 另外, 还需加强重点煤电基地的用水过程监测, 建立完善用水计量和监督体系, 规范相关企业用水行为 (6) 加快能源行业工艺水平和节水技术的开发和规模化应用力度不断提升能源生产中的节水技术和工艺水平 逐步建立我省不同类型和不同区域能源生产的水资源成本评价体系, 推进对能源企业环境成本的量化管理, 将节水效率作为能源产业的重要管理标准, 发展能源生产各环节的节水技术与工艺, 淘汰落后产能 在能源生产过程中发展海水 半咸水或废水等非常规水源的替代技术, 发展废污水的循环利用技术, 并实施严格的政策和法律约束