水是生命之源泉，生產(chǎn)之要素，生態(tài)之基礎(chǔ)。能源是人類進(jìn)步的物質(zhì)動力，也是經(jīng)濟(jì)的血液。能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化與使用的許多過程都需要消耗大量的淡水。能源與水的關(guān)系日益受到重視。我國人多水少，水資源總體匱乏，水體污染嚴(yán)重，水生態(tài)環(huán)境不斷惡化。為此，國務(wù)院已開始實(shí)行"最嚴(yán)格水資源管理制度"。水已成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，對能源發(fā)展的約束也日趨嚴(yán)重。

如何系統(tǒng)性地量化分析能源和水的關(guān)系？如何協(xié)調(diào)能源發(fā)展與水資源利用的關(guān)系？能源領(lǐng)域有哪些節(jié)水技術(shù)途徑與政策選項(xiàng)？中國如何通過技術(shù)與政策手段節(jié)約用水、降低水源污染？

2013年9月8日，北京國際能源專家俱樂部在神華集團(tuán)位于昌平的北京低碳清潔能源研究所舉辦題為"中國能源發(fā)展的水約束"專家研討會，圍繞上述問題進(jìn)行了討論。BP集團(tuán)首席科學(xué)家魏愛倫（ Helen Williams）博士以"能源活動的水維度"為題做了主旨發(fā)言。國家能源專家咨詢委員會主任、北京國際能源專家俱樂部名譽(yù)理事會主席張國寶先生、國家能源局前副局長吳吟先生等出席了會議，神華集團(tuán)副總經(jīng)理韓建國先生到會致辭。來自國務(wù)院研究室、發(fā)改委、環(huán)保部、財(cái)政部、國家能源局、中科院、社科院、中石油、中石化、中海油、華能、華電等多家單位的60余名專家學(xué)者參與了討論。

魏愛倫博士的主要觀點(diǎn)總結(jié)如下：

1. 能源與水、耕地、原材料、碳排放之間保持著高度復(fù)雜、相互作用的關(guān)系

能源生產(chǎn)和使用需要用水，而水的供應(yīng)和處理也要消耗能源。冶金和采礦業(yè)不僅耗水也耗能。農(nóng)業(yè)既生產(chǎn)能源（生物質(zhì)燃料），也消耗能源；既是耗水大戶（占全球取水量的70%），也是溫室氣體排放大戶（占全球排放量的28%）。因此，能源政策應(yīng)該考慮能源與其他要素之間的相互約束與影響。

2. 不斷增長的能源需求和氣候變化為全球可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

大氣溫室氣體濃度已從工業(yè)革命前的290 ppm增加到目前的400ppm，改變了原有的大氣熱平衡。國際能源署（IEA）預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末，溫室氣體濃度將增加到600ppm，地表溫度上升4攝氏度；而最差的情景是溫室氣體濃度將達(dá)到800 ppm，全球升溫6度。這兩個(gè)情景與國際社會希望將大氣溫室氣體濃度控制在450 ppm、全球升溫不超過2度的目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。幾乎可以肯定地說，21世紀(jì)極端高溫出現(xiàn)的頻率和幅度將在全球范圍內(nèi)增加，而出現(xiàn)極端低溫的頻率會大幅降低。越來越多證據(jù)表明，今后25年，熱浪、極端降雨和伴發(fā)洪澇等以前甚為罕見的極端天氣事件出現(xiàn)的頻率也會越來越高。

3. 全球?qū)Φ畣栴}的討論帶有情緒化傾向，在認(rèn)識上存在誤區(qū)

全球每年淡水取水量超過了4萬億m3，其中農(nóng)業(yè)取水量約占70%，電力行業(yè)取水量約占10%，能源開采和加工平均取水量占比2%。

目前人們對淡水問題的討論往往帶有情緒化傾向，在認(rèn)識上存在誤區(qū)。主要是沒有區(qū)分"取水量"（從當(dāng)?shù)亓饔蛱崛〉乃浚┖?耗水量"（從當(dāng)?shù)亓饔蛱崛『鬀]有返回的水量），導(dǎo)致了不正確的結(jié)論。以美國為例，2005年淡水取水總量為4.83億m3，但用水量只有1.35億m3。不區(qū)分取水量和耗水量就不能澄清人類活動中哪些環(huán)節(jié)需要用淡水，哪些環(huán)節(jié)可以通過水的再利用或用低質(zhì)水（一般是半咸水或咸水）替代，也不能區(qū)分自然雨水灌溉和人工淡水灌溉對當(dāng)?shù)厮岛蜕鷳B(tài)系統(tǒng)的影響。

4. 世界水資源分布很不均衡，匱乏程度因地區(qū)而異

一個(gè)地區(qū)水資源匱乏程度取決于當(dāng)?shù)貧夂蚝腿丝诿芏葍蓚€(gè)因素，世界范圍內(nèi)水的緊張度不一，有些地區(qū)特別嚴(yán)重。現(xiàn)在水資源緊張的地區(qū)到2030年以后緊張度會不斷加重。如中國的北方地區(qū)目前已出現(xiàn)水緊張問題，未來缺水緊張度會越來越嚴(yán)重。

5. 中國能源領(lǐng)域耗水量將高于世界平均水平，需大幅度提高用水效率

以煤為主的能源結(jié)構(gòu)、很高的工業(yè)用能比重以及快速發(fā)展的能源基礎(chǔ)設(shè)施導(dǎo)致中國能源行業(yè)對水的需求量高于世界平均水平。按照目前的趨勢，未來中國能源領(lǐng)域的取水量將隨著能源需求的增加而增長。只有加大資本投資，推動技術(shù)變革，加上政策引導(dǎo)，才能提高用水效率，降低用水強(qiáng)度。

6. 通過4R方法可以大規(guī)模減少能源和電力領(lǐng)域的用水量

全球性的水資源壓力正在推動能源和發(fā)電行業(yè)采用一些常識性的實(shí)踐來節(jié)約用水，可用4R概括：

一是替代（Replacement）: 主要使用海水、半咸水、產(chǎn)出水和廢水等非淡水水源替代淡水；

二是再利用（Re-use）: 指相同的水在工業(yè)流程中多次使用；

三是再循環(huán)（Recycle），對廢水進(jìn)行處理使其可以再次使用，從而取代其他用途所需的淡水；

四是地區(qū)責(zé)任制（Regional responsibility）: 通過調(diào)整工業(yè)布局與做法，以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐Y源可用程度并考慮其他需求。

這些做法并不涉及任何高新技術(shù)，目前在世界多個(gè)地區(qū)都有實(shí)踐證明，化石能源生產(chǎn)與消費(fèi)過程所需的淡水量可以通過水的再利用和低質(zhì)水替代而日益降低。在能源開采業(yè)，過去50年的管理進(jìn)步大大改善了用水強(qiáng)度，未來能源的耗水量未必與能源需求同比例增長。

7. 化石能源在開采與轉(zhuǎn)化過程都有巨大的節(jié)水潛力與成熟的做法

目前化石能源開采用水量的相關(guān)數(shù)據(jù)沒有及時(shí)更新，實(shí)際上用水方式方法的改進(jìn)已經(jīng)節(jié)約了大量的水資源。化石能源開采適用的淡水量可通過水的再利用和適用低質(zhì)水代替而日益降低，從而降低用水強(qiáng)度。

" 石油開采可用低質(zhì)產(chǎn)出水代替淡水

油藏中蘊(yùn)含的石油通常能采收30%左右，通過利用提高采收率法采油（EOR）可增加采油量。全球陸上石油生產(chǎn)過程一般伴隨著產(chǎn)出水的生產(chǎn)，平均是每桶油生產(chǎn)3桶水。開采過程中如果用低質(zhì)產(chǎn)出水代替淡水通過壓力進(jìn)行開采，淡水用量會大幅降低。在海上石油開采方面，許多國家用鹽水來代替淡水，如挪威海上開采石油基本不用淡水而是用海水開采石油。

" 煤炭開采業(yè)也具有很多節(jié)水機(jī)會

煤炭工業(yè)因煤礦滲水、作業(yè)污水以及全礦場污水控制而面臨環(huán)境挑戰(zhàn)。影響煤礦淡水使用量的因素包括：

" 替代水源和再循環(huán)水的使用，如進(jìn)入煤礦的水或作業(yè)過程中的循環(huán)水；

" 選煤類型和程度決定了洗煤用水量；

" 煤層性質(zhì)決定了附連水和抑塵的需要；

" 煤礦所在地環(huán)境：在水資源緊張的地區(qū)，存水的蒸發(fā)速率可以主導(dǎo)水的消耗量。

煤炭工業(yè)通過推廣最佳實(shí)踐可以找到大量降低水耗的機(jī)會。在澳大利亞，通過執(zhí)行嚴(yán)格的用水標(biāo)準(zhǔn)，波文地區(qū)煤礦淡水消耗量在每噸煤0.15m3左右，煤礦淡水使用量占總用水量為15~49%；而在中國山西地區(qū)，噸煤淡水消耗量在0.25~0.3m3左右，中國煤礦平均噸煤淡水消耗量在0.06~1.6m3之間。

" 現(xiàn)代電廠可通過技術(shù)革新降低淡水需求

電力生產(chǎn)由于余熱消散需要進(jìn)行大量冷卻而成為能源與水關(guān)系中一個(gè)較為獨(dú)特的環(huán)節(jié)。全球電力生產(chǎn)每年的淡水取水量約為4500億m3，然而全球電力行業(yè)每年的淡水消耗量僅為取水量的一小部分，為160億m3左右。

全球發(fā)電主要有三種冷卻方式：美國大部分使用直流式冷卻，耗水量大，可用鹽水替代；第二是冷卻塔冷卻，只要一次取入水，取水量比直流式少很多，但需要干凈的水；最后是干式空氣冷卻，耗水量少，但資金需求密集，在南非用的比較多。從冷卻類型及效率綜合比較看，直流式冷卻的取水量比封閉式循環(huán)冷卻和干式冷卻的取水量要高出幾個(gè)數(shù)量級，但可以用鹽水代替，而冷卻塔冷卻雖然取水量少，但需要比較干凈的水。

未來可以用干式冷卻或是封閉式循環(huán)冷卻替代方案逐步淘汰淡水直流式冷卻，通過電廠選型可以降低取水量。如果新建發(fā)電廠都采取循環(huán)冷卻、空氣冷卻或海水冷卻，那么將來淡水取水量可以減少，即使2030年電力需求增長50%，取水量仍會下降30%。

" 煉油領(lǐng)域可以通過改進(jìn)裝置設(shè)計(jì)達(dá)到節(jié)水目的

無論是化石能源的提煉還是轉(zhuǎn)化，目前都有通過低質(zhì)水再利用、再循環(huán)和替代利用等方法降低淡水取水量和消耗量的大量實(shí)踐。如果所有用水環(huán)節(jié)都用淡水，那么典型配置煉廠的取水量約為250m3/TJ（每桶成品油需要9桶水），耗水量約為13m3/TJ（每桶成品油0.46桶水）。按照現(xiàn)有工藝，煉油的消耗性用水強(qiáng)度約5~26m3/TJ（每桶成品油0.2~1桶水之間），燃料合成的耗水強(qiáng)度為0~18m3/TJ（氣制油，每桶成品油0~0.65桶水之間）或300m3/TJ（煤制油，每桶成品油10.8桶水）。全球整個(gè)煉油和化工行業(yè)年淡水消耗量據(jù)估計(jì)只有50億m3，其中原油提煉占80%，全球煉油和化工行業(yè)年淡水取水量約為200億m3，占人類年總淡水取水量0.5%。在煉油裝置設(shè)計(jì)上存在很多可以改進(jìn)用水效率的環(huán)節(jié)。主要用水環(huán)節(jié)包括進(jìn)料處理和化學(xué)反應(yīng)（直接用水）以及冷卻（間接用水）。在煉油廠中利用再生水或是鹽水可以大幅度降低對淡水的需求。

8. BP在節(jié)水方面有較好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

BP公司在水資源管理上本著"降低風(fēng)險(xiǎn)、建立信任、創(chuàng)造價(jià)值"的原則，在所有業(yè)務(wù)中都有責(zé)任的使用水，形成了一整套成熟的做法。以BP在西澳大利亞奎納納（Kwinana）的煉廠為例，為應(yīng)對該地區(qū)嚴(yán)重干旱導(dǎo)致日益趨嚴(yán)的用水限制，BP于1997年啟動了"水再利用和最小化方案"，以最大程度減少用水量，采用低質(zhì)水，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。通過改造現(xiàn)有工廠和設(shè)計(jì)新系統(tǒng)來提高廠內(nèi)用水效率、用地下水取代市政飲用水作為工藝用水補(bǔ)給并在煉廠廠區(qū)建設(shè)水回收項(xiàng)目等措施，BP將該煉廠的桶產(chǎn)品淡水消耗量從1997年的0.36桶降到2008年的0.2桶，并且大幅度減少了運(yùn)營成本。該煉廠目前使用的淡水主要是水質(zhì)低于市政用水的低質(zhì)水，目前飲用水的消耗量約為50萬升/天，遠(yuǎn)低于1997年的600萬升/天。

9. 中國應(yīng)鼓勵使用非淡水資源作為頁巖氣開發(fā)的壓裂液

頁巖氣開采初期需要進(jìn)行壓裂，用水量較大，生產(chǎn)階段基本上不需要重新注水，因此從全生產(chǎn)過程來看，平均用水強(qiáng)度不高。美國頁巖氣開發(fā)初期使用淡水可以幫助精準(zhǔn)的添加化學(xué)物，以控制壓裂過程，目前正在開發(fā)用低質(zhì)水、半鹽水或使用過的水進(jìn)行重復(fù)利用代替淡水，減少污染。中國應(yīng)鼓勵在頁巖氣開發(fā)初期就使用非淡水資源進(jìn)行壓裂。

10. 污水治理最有效的方式是使排放費(fèi)用大大高于處理費(fèi)用

政策監(jiān)管和經(jīng)濟(jì)措施對于節(jié)水工作非常重要。在美國，企業(yè)節(jié)水并不只是因?yàn)檎叩囊螅饕氖墙?jīng)濟(jì)的壓力。因企業(yè)向外排放廢水需要繳納的費(fèi)用大大高于在廠內(nèi)處理的費(fèi)用，企業(yè)為了減少排放和污水處理量，只有從源頭上最大程度地減少用水量。

與會專家感謝魏愛倫博士的詳盡介紹，并在隨后的討論中闡述了以下觀點(diǎn)：

1. 水不僅是中國能源發(fā)展的硬約束，也是國家生存與發(fā)展的制約因素。氣候變化使得亞洲27億人口賴以生存的共同水源--青藏高原的供水能力惡化，影響我國的水供應(yīng)安全。雖然在政策層面國家要求實(shí)現(xiàn)最嚴(yán)格的水資源管理制度，但在操作層面，節(jié)水和污水治理問題尚未引起全社會的高度重視。水的價(jià)格低，水的循環(huán)利用沒有得到普及，水資源破壞嚴(yán)重。水在總量、質(zhì)量和風(fēng)險(xiǎn)控制方面都存在很大的隱患。

2. 中國煤炭資源與水資源呈逆向分布，能源發(fā)展的水資源約束要比其他國家更強(qiáng)。隨著中國能源需求總量的增加，能源開發(fā)逐步轉(zhuǎn)向生態(tài)環(huán)境脆弱、水資源匱乏的西部地區(qū)，西部能源開發(fā)特別是煤炭的生產(chǎn)、洗選與轉(zhuǎn)化會加劇水資源消耗，煤炭開采也會對地下水產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。

3. 我國能源企業(yè)也在加大節(jié)水力度，有許多經(jīng)驗(yàn)值得分享。如神華集團(tuán)經(jīng)過10年的探索形成了一套地下水保水開采技術(shù)，并獲得了全國能源科技一等獎。公司在節(jié)能節(jié)水，推廣水資源再生利用的同時(shí)，還與內(nèi)蒙古自治區(qū)達(dá)成協(xié)議，通過提高農(nóng)業(yè)灌溉用水效率，置換節(jié)約下來的水用于能源發(fā)展。石油開采與煉化企業(yè)也都在采用節(jié)水和水循環(huán)再利用技術(shù)，做到污水零排放。在發(fā)電行業(yè)，中國擁有全球規(guī)模最大的空冷發(fā)電機(jī)組，并正在推廣熱泵技術(shù)來提高總體能源利用效率，節(jié)約水資源。

4. 節(jié)能也可以促進(jìn)節(jié)水。"十一五"期間，我國通過積極的節(jié)能措施，直接節(jié)約用水4.7%，通過節(jié)能而產(chǎn)生的節(jié)水量占節(jié)水總量的9.46%。這相當(dāng)于在"十一五"期間通過節(jié)能節(jié)約了一條黃河的流量。因此，節(jié)能與節(jié)水工作應(yīng)相互借鑒，并駕齊驅(qū)。

與會專家就我國的水資源管理與節(jié)水工作提出了以下建議：

1. 增強(qiáng)并普及對水安全問題的危機(jī)感，緊迫感。提高對缺水問題的憂患意識，從戰(zhàn)略高度研究我國長期水供應(yīng)安全問題，提出應(yīng)對措施。

2. 在水資源節(jié)約和再利用上狠下功夫。中國6000億噸左右的淡水供應(yīng)能力已到盡頭，需要在不增加淡水供應(yīng)的前提下謀求發(fā)展。

3. 樹立"全面節(jié)水"的理念，建立相應(yīng)的機(jī)制。在全方位、全過程（能源勘探、生產(chǎn)、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)換、終端使用等）、全社會進(jìn)行節(jié)水，加大節(jié)水投入，制定全民節(jié)水行動計(jì)劃。

4. 制定對區(qū)域負(fù)責(zé)的水資源利用規(guī)劃。在西部缺水地區(qū)，水規(guī)劃要做在能源規(guī)劃前頭。

5. 研究試點(diǎn)水權(quán)置換交易，制定相關(guān)的監(jiān)管框架與監(jiān)督機(jī)制。在各相關(guān)政策與機(jī)制未建立到位之前應(yīng)謹(jǐn)慎對待水權(quán)置換安排。

6. 多做水利工程，留住雨水。在城市里，對雨水與污水分開保存與處理，減少污水處理廠的工作量。

7. 通過水價(jià)改革，提高污水排放費(fèi)等經(jīng)濟(jì)措施，促進(jìn)節(jié)水與污水治理工作。

8. 推動企業(yè)在水資源提取和使用、污水排放與處理方面的信息公開。目前我國能源企業(yè)用水統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)模糊不詳，應(yīng)完善統(tǒng)計(jì)，披露信息，增加透明度，積極邀請社會機(jī)構(gòu)參與監(jiān)督，促進(jìn)全社會對能源企業(yè)用水節(jié)水工作的理解。

9. 加強(qiáng)水資源與生態(tài)環(huán)境、土地、能源的綜合研究。建立對中國水、土地、礦產(chǎn)資源等日益吃緊的資源綜合數(shù)據(jù)庫，并分析資源利用的邊際價(jià)值曲線，按照本地區(qū)資源的綜合稟賦程度，因地制宜地做好區(qū)域發(fā)展規(guī)劃。

10. 推動水資源問題的跨部門、跨行業(yè)合作，以多維度視角統(tǒng)籌評估與防范風(fēng)險(xiǎn)。