水資源短缺的現實
2009年瑞士達沃斯世界經濟論壇年會發表了一個報告，認為未來20年內全球將陷入“水資源破產”的困境，導致失去相當于印度和美國谷類收成總和的作物，糧價將因此暴漲，水也會變得比石油更有投資價值。由于能源生產過程中也需要大量用水，因此隨著能源需求的增加，水的消耗量也會跟著上升。人類爭奪水資源的競賽將愈演愈烈，各國能源生產對水資源的需求量將大大增加。
我國水資源較為短缺，人均水資源量約2200立方米，不到全世界平均水平的1/3，在聯合國可持續發展委員會統計的153個國家和地區中，排在第121位，并且還被列為世界13個人均水資源最貧乏的國家之一。如果扣除難以利用的洪水徑流和散布在偏遠地區的地下水資源，我國現實可利用的淡水資源僅為11000億立方米，人均可利用水資源量僅為900立方米，且分布極為不均。
目前，我國年缺水總量約為300億～400億立方米，每年城市工業缺水量達60億立方米。全國660多個城市中有400個供水不足，110個嚴重缺水；在32個百萬人口以上的特大城市中，有30個長期受缺水困擾。據有關部門分析，由于供水不足，城市工業每年經濟損失2000億元以上，影響城市人口4000萬人。同時，水資源短缺也使得農業生產受到很大影響，每年農田受旱面積2億～6億畝。自2000年以來，工業用水量每年以2.7%的速度增長，2007年，工業用水量已占全社會總用水量的24%。未來一段時期內，我國將加快推進工業化和城市化，工業仍將迅速增長。
能源是現代經濟社會發展的基礎。我國建國60年來，能源供給能力不斷增強。特別是上世紀90年代末以來，隨著社會主義市場經濟體制的建立和完善，能源市場化改革不斷推進，能源投入增加，煤炭、電力產能大幅度提高，能源產業出現高增長態勢。#p#分頁標題#e#
電力在能源中具有特別重要的地位。通過應用電力技術，能夠把各種一次能源轉化為傳輸使用方便、高效清潔的二次能源。建國以來我國經濟快速增長，對發展電力的要求日益提高。1949年年底全國發電裝機容量只有185萬千瓦，年發電量43億千瓦時；到2008年，我國發電裝機容量達到79253萬千瓦，年發電量達34268億千瓦時。
在這樣的情況下，水資源能否支撐日益增長的能源需要，成為全社會關注的問題。
誰是用水大戶
在各類能源中，電能生產耗費水資源量較大，遠超過石油開采業和煤炭開采業。在能源行業中，電力是主要用水部門，用水量占能源行業的80%以上。在電力生產中，水電不消耗水資源，僅利用水利資源；核電用水量較少；大部分水資源為火電使用或消耗。因此，本文以火力發電為例，并預測未來一段時期我國的電能生產，在此基礎上評價能源用水需求。
人均用電量是衡量一個國家現代化程度的主要指標。盡管我國電力工業發展迅速，但到2008年我國人均用電量只有2580千瓦時，大致相當于美國的1/6和日本的1/3，不到經濟合作與開發組織(OECD)國家平均8079千瓦時的1/3。我國電力占能源終端消費的比重也很低，2006年為14.1%，而1997年世界平均水平為17%，OECD國家為18.6%。未來一段時期，我國仍處于加速工業化的時期，同發達國家相比，我國有更大的能源和電力增長需求。
從2003年起，我國經濟增長開始歸功于重化工業快速發展，中國逐步進入重化工業階段。從發達國家經驗來看，重化工業階段的重要特征是電力彈性系數大于1。我國電力彈性系數也超過1，2003年～2007年平均電力彈性系數達到1.39，其中2005年達到1.77，為近30年最高。
由于影響電力需求的因素很多，如經濟發展水平、產業結構、能源利用效率等等，所以電力需求彈性系數在短期內會表現出一定的波動性。但從長期來看，隨著產業結構的調整及用電效率的提高，電力需求彈性將相對平穩。未來一個時期，考慮到全球經濟危機的影響(2008年電力彈性系數下降到0.62)，我國電力需求彈性系數將會有所降低，預計2020年以后，電力需求彈性將下降到0.80以下。
我們采用改進的柯布—道格拉斯生產函數，以計量經濟學家鄒至莊對資本存量的分析數據為基礎，計算資本形成總額和固定資產投資價格指數，對2020年前經濟社會發展進行預測。根據預測結果，到2020年我國GDP將達到57.58億元(2007年價)，人均GDP達到40984元(按照7∶1匯率計算，合5855美元)，跨入中等收入國家行列，并逐步向工業化高級階段過渡。#p#分頁標題#e#
據此預測2009年～2020年的電力需求，并以每年發電時數4500小時估算發電裝機容量。根據計算結果，2009年～2020年間我國發電量年均增長5.7%，到2020年，我國經濟社會總用電量將達到66444萬億千瓦時，電力裝機容量達到147700萬千瓦。
目前，我國電力的主要來源是煤炭。我國已成為世界上最大的煤炭生產國和消費國，煤炭占一次能源消耗比重近70%，而發達國家這一比重僅有21%，世界平均水平不超過30%。電力生產也體現出這一特點。電力生產以火電為主，而且火電裝機容量和發電量的比重呈現上升態勢。從1990年到2007年，火電發電量占總發電量的比重從79.6%逐步上升到83.1%，水電發電量比重從20.4%下降到15.0%。
未來我國能源結構需要優化，電力生產結構也需要相應調整。假定2020年我國社會發電總量中，火電、水電、核電比重分別優化為70%、22%、8%(暫不考慮油、天然氣、新能源發電等)，則2020年火電發電量將達66444億千瓦時。在這種情況下，火電行業的用水量將是一個怎樣的數字？水資源能否支撐火電行業的發展？
火電企業用水或將增加25.1%
在火力發電中，有貫流式冷卻、循環式冷卻、空氣冷卻等幾種不同冷卻類型。由于冷卻方式不同，用水效率也不同：貫流式冷卻用水量大，耗水量較少；循環式冷卻用水量少，耗水比重較大；空氣冷卻用水和耗水都比較少。
首先，我們以2004年企業用水情況、水價、用水成本普查數據為依據，以吉林、湖南、江西、黑龍江、浙江、江蘇、廣東、內蒙古等8省(區)火力發電企業為典型，計算典型企業中貫流式冷卻、循環式冷卻、空氣冷卻等不同類型的用水情況(計算結果見表1)。
接下來再以典型企業貫流式冷卻、循環式冷卻、空氣冷卻等不同類型用水定額(即每千瓦時電用水量)為基礎，根據2004年實際發電量來計算企業相應的實際用水量，然后以這個用水量為標準，計算出貫流式、循環式、空氣式等幾種類型火電實際用水定額(結果見表2)。表2顯示，在貫流式、循環式、空氣式三種冷卻方式下，實際用水額度分別為6.38×10-2立方米、4.20×10-3立方米、4.32×10-4立方米，貫流式冷卻的用水量最大，循環式冷卻的用水量最小。
根據節水型社會建設目標，未來國內將逐漸調整火電內部結構，逐步降低貫流式冷卻發電比例，增加循環式冷卻和空氣冷卻的比重。我們認為，考慮實際電力結構調整需要，貫流式冷卻、循環式冷卻、空氣冷卻等不同類型的火電比重將由2004年的39∶59∶2，逐步調整到2010年的26∶69∶5，接著再調整為2020年的18∶72∶10，按照以上比例，貫流式冷卻火電發電量的絕對值將略有增長，從2010年的7989億千瓦時增加到2020年的8372億千瓦時。#p#分頁標題#e#
我們以校對后的實際用水定額為標準，即貫流式、循環式、空氣式機組發電時，每千瓦時的用水量分別為6.38×10-2立方米、4.20×10-3立方米、4.32×10-4立方米，計算未來電力行業的用水量情況。根據計算結果，到2020年火電企業用水量將增加135.8億立方米，比目前增加25.1%(見表4)。
從限制高耗水工業角度考慮，如果限制貫流式冷卻類型火電企業增長，對電力結構進行調整，則火電用水狀況會發生較大變化。在這種情況下，貫流式冷卻、循環式冷卻、空氣冷卻等不同類型的火電比重，將由2004年的39∶59∶2，逐步調整到2020年的15∶75∶10，按照這一比例，貫流式冷卻火電的發電量將逐年降低。這樣一來，到2020年，火電企業用水量將增加52.6億立方米，僅比現在增加9.7%(見表5)。
在電力行業，用水主要集中在貫流式冷卻火電企業，根據典型企業調查數據和本文計算結果，貫流式冷卻火電企業用水量占電力行業用水量的約90%。貫流式火電企業，是能源部門控制用水量的重點。
節水行動刻不容緩
在一定條件下，火電用水需求可以控制在一定范圍內。
首先，調整電力結構，大力發展水電、核電，控制火電增長速度。從2000年～2007年，我國火電發電量年均增速為13.4%，而到2020年前，需要將火電發電量增速控制在4.3%以內。1995年以來，我國水電、核電年均增長速度分別為8.1%、14.2%，從現在到2020年前，水電、核電年均增長速度需要保持在8.8%、17.8%的水平。
其次，調整火電冷卻用水結構，大力發展空氣冷卻、循環水冷，限制貫流式水冷。本文通過對火電用水量增長情況進行測算得知，按照一般發展，2020年貫流式冷卻火電發電量增長到8372億千瓦時，占火電發電量18%，屆時電力行業用水需求增加135.8億立方米，用水量將比當前增長25.1%。如果限制和逐步淘汰貫流式火電企業，2020年貫流式冷卻火電發電量降低為6977億千瓦時，占火電發電量比例降為15%，屆時電力行業用水需求增加52.6億立方米，用水量的增幅可以控制在10%以內。
再次，如果在調整結構的基礎上，繼續加大節水設施建設和節水技術改造的力度，進一步提高用水的重復利用率，使2020年火電發電量用水定額從2004年的0.022立方米/千瓦時，降為0.012立方米/千瓦時，用水定額降幅保持在年均4.0%的水平，則電力行業用水量有可能實現零增長。
如果氣候條件不發生重大變化，在當前水資源條件下，未來一段時期我國供水能力將進一步增長。根據相關規劃，到2020年，我國供水能力將增長400億立方米以上。在這樣的條件下，我們分析認為，未來水資源有可能滿足日益增長的能源用水需求。
不過，能源行業必須加強節水型工業建設。能源工業耗水量大、污染重，同時煤炭、電力、石油、天然氣能源基地多數分布在北方缺水地區，保障能源生產的用水安全具有一定難度。基于我國水資源和水環境承載能力，本著量水而行、以水定產的原則，能源產業發展應立足于內部生產的節水降耗，而不應立足于增加常規淡水資源使用量。#p#分頁標題#e#
因此，我們建議，為保障能源安全，應采取以下水資源管理措施：
一是合理安排能源生產布局、調整能源生產結構，落實節水、降耗、減排的要求，依據水資源條件優化能源工業布局；在重大能源工程立項時，尤其是建設貫流式電站等高耗水項目，必須嚴格實行水資源論證。
二是采用先進節水技術、工藝、措施，切實提高能源工業的水資源利用效益與效率。大力推廣先進采掘技術和空氣冷卻等高效冷卻方式，安裝循環利用設施提高水重復利用率，建立循環經濟發展模式，降低單位能源生產用水量。
三是積極鼓勵開發利用海水、苦咸水、中水、礦井水、雨水等非常規水資源，增加能源工業儲水量。(《能源評論》王海鋒 韓濤 龐靖鵬)
(王海鋒，水利部發展研究中心博士，主要研究方向為水利投融資管理；韓濤，水利部發展研究中心博士，主要研究方向為水利統計分析；龐靖鵬，水利部發展研究中心博士，主要研究方向為流域綜合管理)
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