本報(bào)記者 李艷潔 北京報(bào)道

黃河是我們的母親河。只是，隨著人類索取的越來越多，母親河也不堪重負(fù)。

2020年12月，水利部印發(fā)《關(guān)于黃河流域水資源超載地區(qū)暫停新增取水許可的通知》，確定黃河流域水資源超載地區(qū)包括干支流地表水超載的13個(gè)地市（涉及6個(gè)省區(qū)）、地下水超載的62個(gè)縣（涉及4個(gè)省區(qū)17個(gè)地市）。

流經(jīng)內(nèi)蒙古、陜西、山西等八個(gè)主要省份的黃河，不僅是我國最重要的生態(tài)區(qū)域之一，也是最重要的能源基地、煤化工基地之一。

全球性的環(huán)保組織--綠色和平的研究發(fā)現(xiàn)，受限于水資源約束，黃河流域的煤電廠要同時(shí)滿足水資源保護(hù)和實(shí)現(xiàn)2060年前碳中和的雙重目標(biāo)，面臨著兩難的境地。

煤電發(fā)展導(dǎo)致水資源過度開發(fā)

作為中國最重要的能源基地之一，黃河流域的煤炭儲(chǔ)備量占全國總量的50% 以上。中國目前產(chǎn)煤規(guī)模最大的三個(gè)省份（內(nèi)蒙古、山西和陜西）皆位于該流域內(nèi)。為了節(jié)省煤炭運(yùn)輸成本，流域內(nèi)大量煤電廠都選擇靠近煤炭資源建廠。

熱力電廠發(fā)電的原理是通過燃燒一次能源，例如煤炭，將煤炭中的能量通過鍋爐中水蒸氣轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪從而轉(zhuǎn)化為電能。但煤電的轉(zhuǎn)化效率一般不超過40%，多余的熱量則需要被其他介質(zhì)帶走。這種介質(zhì)通常就是水或者空氣。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)國際學(xué)院副教授柴利介紹，火電產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈條對水資源的影響很大，火電企業(yè)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要冷卻，火電廠的上游——煤炭的選洗、運(yùn)輸、煙氣脫硫等也需要大量的水，造成水污染。

北京大學(xué)深圳研究生院環(huán)境與能源學(xué)院博士后研究員廖夏偉介紹，目前，應(yīng)用最廣的冷卻系統(tǒng)主要有三種：閉式冷卻（又稱冷卻塔）、開式冷卻（又稱直流式冷卻）和空氣冷卻。在閉式冷卻塔中，冷卻水通過和空氣接觸，通過蒸發(fā)將多余的能量帶走。冷凝后的冷卻水可以被重復(fù)使用。直流式冷卻系統(tǒng)則直接從河流等水體中取水，用作一次性冷卻用水后即排出?？諝饫鋮s系統(tǒng)，即采用空氣進(jìn)行冷卻，對于水資源的消耗和依賴最小。

“據(jù)美國新能源研究國家實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)，從2000到2015年間，美國發(fā)生了43起由于河流水溫過高或者水量過少導(dǎo)致的火電廠冷卻水匱乏從而減產(chǎn)或停產(chǎn)的事件。”廖夏偉介紹。

廖夏偉介紹，如果用水來冷卻，對區(qū)域的水資源枯竭會(huì)造成很嚴(yán)重的壓力；冷卻之后，冷卻水大量排放到水體當(dāng)中，排放的冷卻水溫度相對比較高，所以會(huì)造成河流排放口周邊的河流溫度上升。水溫上升之后，水體中的溶解氧下降，直接影響到水中很多需要靠溶解氧生存的生物。所以往往火電站造成的污染，會(huì)對當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)系統(tǒng)造成一些嚴(yán)重的影響。

黃河流域是中國水資源最為稀缺的地區(qū)之一。綠色和平近日發(fā)布的報(bào)告《黃河流域電力部門虛擬水轉(zhuǎn)移及2030年電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究》（下稱《研究》）顯示，從2010至2015年，黃河流域內(nèi)八大省份火電行業(yè)的用水總量和耗水總量分別從92.65億立方米和89.95億立方米增至133.13億立方米和132.27億立方米，增幅超過四成；八省總水資源使用量中有6.1%被用于火電部門做冷卻環(huán)節(jié)。其中山東省、內(nèi)蒙古自治區(qū)和河南省的火力發(fā)電總?cè)∷孔畲蟆?br />
《研究》指出，2015年，黃河流域八省通過電力傳輸向中國其他省份輸送了共計(jì)5.63億立方米的虛擬水資源，凈流出1.19億立方米的虛擬水。由此可見，煤電資源的開發(fā)和輸出進(jìn)一步加重了黃河流域水資源稀缺和地下水超采等問題。2019年《黃河水資源公報(bào)》顯示，黃河全流域已形成6個(gè)淺層地下水降落漏斗、18個(gè)淺層地下水超采區(qū)。

水利部印發(fā)的《關(guān)于黃河流域水資源超載地區(qū)暫停新增取水許可的通知》顯示，地表水超載地區(qū)涉及甘肅白銀，寧夏中衛(wèi)，內(nèi)蒙古包頭、烏海、阿拉善盟、巴彥淖爾，山西臨汾，河南焦作、濟(jì)源，山東東營、德州、濱州、泰安，共計(jì)13個(gè)地市。地下水超載區(qū)涉及內(nèi)蒙古呼和浩特、包頭、巴彥淖爾，陜西西安、咸陽、渭南，山西太原、晉中、運(yùn)城、臨汾、呂梁、長治、晉城，河南開封、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽，共計(jì)17個(gè)地市62個(gè)縣。

《研究》認(rèn)為，黃河流域內(nèi)的火電企業(yè)面臨嚴(yán)峻的用水短缺風(fēng)險(xiǎn)。由于跨區(qū)域和跨流域輸電的存在，用水短缺的風(fēng)險(xiǎn)不僅會(huì)影響黃河流域內(nèi)火電廠的生產(chǎn)，也會(huì)沖擊河北、北京和遼寧等接收外省輸送電量省份的電力供給穩(wěn)定性。

能源結(jié)構(gòu)需調(diào)整應(yīng)對水碳雙重約束

2004 年，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于燃煤電廠規(guī)劃建設(shè)的要求》，要求缺水地區(qū)新建擴(kuò)建的燃煤電廠采用空冷系統(tǒng)，并鼓勵(lì)其他地區(qū)也采用空冷系統(tǒng)。然而，空氣冷卻系統(tǒng)占地面積較大、消耗的能耗較多、排放的二氧化碳較高。

經(jīng)過綠色和平的測算，在水資源約束下最小的碳排放量約為19.60 億噸，比“碳中和”所要求的16.33 億噸超出20.05%。中國目前的發(fā)電結(jié)構(gòu)建設(shè)無法同時(shí)滿足“碳中和”約束和水資源約束。

要想同時(shí)在水資源約束條件下實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰和2060年前碳中和，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行。

《研究》顯示，2015 年，黃河流域八個(gè)省的非化石能源發(fā)電量占比為6.34%，在2030 年“碳達(dá)峰”、碳交易和水資源約束情景下，非化石能源的占比需達(dá)到12.68%，在滿足水資源約束前提且達(dá)到最小碳排放量情景下，非化石能源占比需上升至19.15%。

《研究》推算，在“碳中和”情景下，發(fā)電技術(shù)進(jìn)一步向清潔高效的方向傾斜（包括超臨界、超臨界+CCS（碳捕獲與封存）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）、IGCC+CCS、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電）。超臨界煤電直流水冷、IGCC 和天然氣聯(lián)合循環(huán)（NGCC）直流水冷發(fā)電量分別從2015 年的1,042 億千瓦時(shí)、110億千瓦時(shí)和46 億千瓦時(shí)，上升至2030 年的1,941 億千瓦時(shí)、3,900 億千瓦時(shí)和946 億千瓦時(shí)。此外，太陽能、風(fēng)能發(fā)電量相比2015 年基準(zhǔn)情景也有較大增長，分別從2015 年的251 億千瓦時(shí)和881 億千瓦時(shí)增長到2030 年的2,908 億千瓦時(shí)和2,681 億千瓦時(shí)。

2019 年9 月18 日，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)在鄭州召開。在會(huì)議上，習(xí)近平總書記將黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展作為重大國家戰(zhàn)略提出，要求把水資源作為黃河流域發(fā)展的剛性約束，以水定城，以水定地，以水定人，以水定產(chǎn)。

“黃河流域大部分為中國北方干旱、半干旱地區(qū)，黃河流經(jīng)的大部分生態(tài)功能區(qū)都是國家主體功能區(qū)中的生態(tài)脆弱區(qū)，這些區(qū)域?qū)τ邳S河流域的生態(tài)保護(hù)乃至全國的生態(tài)安全有著不可替代的重要作用。一旦當(dāng)?shù)氐幕茉窗l(fā)展不能得到合理的規(guī)劃和限制，不僅會(huì)使水資源- 能源矛盾進(jìn)一步尖銳，更會(huì)影響到國家整體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。”廖夏偉表示。

《研究》建議，黃河流域內(nèi)各省需要在推進(jìn)可再生技術(shù)發(fā)展和儲(chǔ)能技術(shù)改進(jìn)的同時(shí)，加快其電力行業(yè)轉(zhuǎn)型，提高風(fēng)能、太陽能等能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)水減碳效益的可再生能源。同時(shí)，需要加快水資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)，通過水資源高效利用技術(shù)、水權(quán)市場的建立、水資源費(fèi)改稅等革新舉措的推進(jìn)，確保水資源管理制度得到最嚴(yán)格的實(shí)施。