原标题:由于水资源和碳中和的双重约束，黄河流域煤电选择困难

我们的记者李燕杰从北京报道

黄河是我们的母亲河。然而，随着人类需求的不断增加，母亲河已经不堪重负。

2020年12月，水利部发布《关于暂停黄河流域水资源超负荷地区新增取水许可的通知》，确定黄河流域水资源超负荷地区包括地表水超负荷13个市(涉及6个省、自治区)和地下水超负荷62个县(涉及4个省、自治区17个市)。

黄河流经内蒙古、陕西、山西等八大省，不仅是中国最重要的生态区域之一，也是中国最重要的能源基地和煤化工基地之一。

全球环保组织绿色和平(Greenpeace)的研究发现，黄河流域的燃煤电厂正面临着一个两难境地，即在2060年前实现水资源保护和碳中和的双重目标。

燃煤发电的发展导致水资源的过度开发

作为中国最重要的能源基地之一，黄河流域的煤炭储量占全国的50%以上。目前全国煤炭产量最大的三个省(内蒙古、山西、陕西)都位于这个盆地。为了节约煤炭运输成本，流域内大量燃煤电厂选择在煤炭资源附近建厂。

火力发电厂发电的原理是燃烧一次能源，如煤，通过锅炉中的蒸汽带动汽轮机，将煤中的能量转化为电能。而燃煤发电的转换效率一般不到40%，多余的热量需要通过其他介质带走。这种介质通常是水或空气体。

中国农业大学国际学院副教授柴力表示，火电行业整个产业链对水资源的影响很大。火电企业在运行过程中需要降温，火力发电厂上游的洗煤、运输、烟气脱硫也需要大量的水，造成水污染。

北京大学深圳研究生院环境与能源学院博士后廖介绍，目前应用比较广泛的冷却系统有三种:闭式冷却(又称冷却塔)、开式冷却(又称直流冷却)和空空冷。在封闭式冷却塔中，冷却水与空气体接触并蒸发，带走多余的能量。冷凝的冷却水可以重复使用。直流冷却系统直接从河流等水体取水，作为一次性冷却水使用后排放。空气体冷却系统，即空气体用于冷却，消耗最少，对水资源依赖最小。

“根据美国新能源研究国家实验室的统计，2000年至2015年，美国发生了43起因水温过高或水量过少导致热电厂冷却水匮乏，导致减产或停产的事件。”廖介绍。

廖介绍说，如果用水降温，将对该地区水资源枯竭造成严重压力；冷却后，大量冷却水排入水体，排出的冷却水温度相对较高，会导致河流排污口周围的河流温度升高。水温升高后，水体中的溶解氧下降，直接影响到水中很多需要靠溶解氧生存的生物。因此，火电厂造成的污染将对当地的水生生态系统产生严重影响。

黄河流域是中国水资源最稀缺的地区之一。绿色和平组织最近发布的报告《2030年黄河流域电力部门虚拟调水与电力结构优化》(以下简称《研究》)显示，2010年至2015年，黄河流域八大省火电行业用水总量和用水量分别从92.65亿立方米和89.95亿立方米增加到133.13亿立方米和132.27亿立方米，增幅超过40%；八省用水总量的6.1%用于火电部门的降温。其中，山东省、内蒙古自治区、河南省的火力发电取水总量最大。

根据研究，2015年，黄河流域八省通过输电向中国其他省份输送了总计5.63亿立方米的虚拟水资源，净流出1.19亿立方米虚拟水。可以看出，煤电资源的开发和出口进一步加剧了黄河流域的水资源短缺和地下水超采问题。根据2019年《黄河水资源公报》，整个黄河流域已形成6个浅层地下水降落漏斗和18个浅层地下水超采区。

根据水利部发布的《关于暂停黄河流域水资源超负荷地区新增取水许可的通知》，地表水超负荷的城市有13个，包括甘肃白银、宁夏中卫、内蒙古包头、乌海、阿拉善盟、巴彦淖尔、山西临汾、河南焦作、济源、山东东营、德州、滨州、泰安。地下水超负荷区涉及内蒙古呼和浩特、包头、巴彦淖尔，陕西Xi、咸阳、渭南，山西太原、晋中、运城、临汾、吕梁、长治、晋城，河南开封、新乡、焦作、濮阳，共17个市62个县。

研究表明，黄河流域火电企业面临严重的缺水风险。由于跨区域、跨流域输电的存在，缺水风险不仅会影响黄河流域的火力发电厂生产，还会影响接受外省输电的河北、北京、辽宁三省的供电稳定。

能源结构需要调整，以应对水和碳的双重约束

2004年，国家发改委发布《燃煤电厂规划建设要求》，要求缺水地区新建、扩建燃煤电厂采用空冷却系统，并鼓励其他地区采用空冷却系统。但是，空气体冷却系统占地面积大，耗能多，二氧化碳排放量较高。

根据绿色和平组织的计算，水资源约束下的最小碳排放量约为19.6亿吨，比“碳中和”要求的16.33亿吨高出20.05%。中国目前的发电结构建设不能同时满足碳中和和水资源的约束。

为了在水资源约束下实现2030年前的碳峰值和2060年前的碳中和，调整能源结构势在必行。

根据研究，2015年，非化石能源发电占6.34%。在2030年“碳峰值”、碳交易和水资源约束的情景下，非化石能源的比例需要达到12.68%。在满足水资源约束和实现最小碳排放的前提下，非化石能源比例需要上升到19.15%。

研究表明，在“碳中和”情景下，发电技术进一步向清洁高效方向倾斜(包括超临界、超临界+CCS(碳捕集与存储)、整体气化联合循环(IGCC)、IGCC+CCS、核电、风电、太阳能和生物质发电)。超临界燃煤发电DC水冷、IGCC水冷和NGCC DC水冷发电量分别从2015年的1042亿千瓦时、110亿千瓦时和46亿千瓦时增加到2030年的1941亿千瓦时、3900亿千瓦时和946亿千瓦时。此外，与2015年的基线情景相比，太阳能和风力发电也显著增加，从2015年的251亿千瓦时和881亿千瓦时分别增加到2030年的2908亿千瓦时和2681亿千瓦时。

2019年9月18日，黄河流域生态保护与优质发展研讨会在郑州召开。会上，习近平总书记提出了黄河流域生态保护和优质发展的重大国家战略，要求把水资源作为黄河流域发展的刚性约束，城市、土地、人民和生产由水决定。

“黄河流域多为我国北方干旱半干旱地区，黄河流经的生态功能区多为国家主体功能区中的生态脆弱区，对黄河流域的生态保护乃至全国的生态安全发挥着不可替代的作用。一旦当地化石能源发展得不到合理规划和限制，不仅会进一步加剧水资源和能源之间的矛盾，还会影响国家整体生态系统的稳定和安全。”廖对说道。

研究建议，黄河流域各省需要加快电力工业转型，同时促进可再生技术的发展和储能技术的改进，并改善风能和太阳能等可再生能源，同时实现节水和碳减排效益。同时，要加快建设水资源节约型社会，通过推进水资源高效利用、建立水权市场、水资源税费改革等创新措施，确保水资源管理制度的最严格实施。

(编辑:孟校对:彭玉峰)