水资源与能源协同安全国际研究进展.pdf

水资源与能源协同安全水资源与能源协同安全国际国际研究进展研究进展 水资源所 鲍淑君，贾仰文，蔡思宇，高学睿 1 调研背景调研背景 在全球化背景下，很多国家受自然禀赋和经济社会发展压力双重影响,资源安全问题日益突出，已经成为国家政治、经济、生态环境等诸多领域的中心议题，甚至成为国际政治的重心 国家间围绕世界资源控制权进行激烈争夺， 各国维护自身利益所制定的资源安全战略，以及各国政府积极主导的替代资源或非常规资源开发，使资源问题日益成为国际社会的焦点 水资源和能源， 共同作为基础性的自然资源和重要的战略资源， 是经济社会运行发展的基础性安全之一 但随着经济社会发展对水与能源需求的不断增长， 已经成为制约经济社会可持续发展的瓶颈 能源产业大都属于高耗水产业， 水资源短缺将直接影响能源产业布局与规模， 两者之间的相关性与约束性特征日益突出 在全球气候变化加剧与人口持续增加的大背景下，水资源和能源需求仍将持续增长，预计到 2035 年，全球能源需求量将增加 35%，相应的水资源消耗量则增加 85%，水资源与能源安全形势更加严峻，对全球可持续发展的不利影响也将更加深入和广泛 联合国将2014年3月22日世界水日的主题定为“水与能源”，充分表明了全球层面对水与能源安全问题的高度重视。

我国是全球第一大水资源和能源消费国， 目前正处于工业化中期、 现代化建设第三步战略部署及城镇化快速发展阶段，未来一段时期内水资源与能源需求仍将保持强劲增长的态势但我国多煤、缺油、少气，且主要分布在西北地区，与东南多西北少的水资源分布格局严重不匹配，比如,黄河上中游地区集中了我国 70%的煤炭，但水资源却不足全国的 3%，水资源与能源协同安全问题十分突出 1.1 水资源与能源协同安全研究的必要性水资源与能源协同安全研究的必要性 伴随着经济全球化及我国经济结构调整与发展模式的转变， 水资源与能源对经济发展的约束性将进一步增强， 相应地对水资源与能源安全的协同保障提出了更高的要求 国际上对水资源与能源协同发展趋势的关注逐渐提高， 业已开展的研究一致认为， 两者在各自发展中面临匮乏压力，且这种情况仍在加剧尽管已经普遍意识到水资源和能源的重要性，由于相对割裂的视角， 两者主管部门的分散性， 对两者之间的关联性及如何同时保障两者的安全发展方面，缺乏全面的分析，得出的结论往往偏重于某一方面，导致决策层对于背后的驱动因子、可能产生的结果以及不同的技术选择优势并不甚了解所以，有必要更好的理解水资源和能源之间跨部门协作的意义， 也就是研究水资源与能源之间的纽带关系和协同发展， 解决部门间相互割裂或竞争问题，采取综合性方法对水资源和能源进行管理。

目前， 国际上已有部分关于水资源和能源协同发展的初步研究成果， 但由于两部门决策者在水资源和能源政策方面往往是脱节的，缺乏行动协调机制此外，由于水资源与能源还受到气候变化、水量与水质、生态环境、利用效率、管理政策等多重约束的影响，进一步加大了水资源与能源协同安全发展的不确定性与风险 目前， 对水资源与能源协同安全领域还缺乏系统深入的研究， 迫切需要掌握国际水资源与能源安全领域及其相关的气候变化、 生态环境效应、开发利用效率、风险管理和适应性政策等方面的研究进展与未来发展动态，从而为制定我国水资源与能源安全保障战略提供借鉴与参考 中国的能源安全问题其实就是水资源安全的问题，实现水资源安全，是粮食安全、经济安全、生态安全和国家安全协同发展的基础，因此加强水资源和能源安全的协同发展战略研究，具有很强的必要性和迫切性 1.2 水资源与能源纽带关系研究概况水资源与能源纽带关系研究概况 1.2.1 水资源和能源两个领域之间的关联性水资源和能源两个领域之间的关联性 两者的关联性指的是， 使一个领域受益的政策可能会增加另一个领域的风险和破坏性影响，或者也可能使两个领域都受益具体到水资源和能源领域,两者之间相互依赖，具有很强的关联性,水资源领域做出的决策会对能源领域产生直接或间接的影响,反之亦然。

两者的关联性体现在以下方面:在能源生产、运输和使用过程中，都需要一定的水资源，而在水资源的开采、 配置和处理各个环节也需要利用能源 能源生产所需的水量取决于所采取的能源生产方式，水资源的配置、利用和管理方式也可以决定能源生产中所利用的水资源量水和能源纽带关系的核心， 是他们两者之间的相关性和依赖性， 以及所共同带来的正面或者负面的外部性 水资源和能源两者之间的关联性有时候存在一定的矛盾 比如， 气候变化带来的干旱和高温，会导致灌溉用水的增加，相应的水泵用电需求就会增加，但同时,水电发电量却因水库库存减少而降低， 甚至发生供电中断情况， 可见灌溉用水和水力发电之间有时可能会存在一定的矛盾；又如,低能源价格或者能源价格补助，会刺激农业灌溉中大量使用水泵抽取地下水，造成地下水位严重沉降，最终导致地下水的枯竭；再如,远距离咸水脱盐和水泵供水虽然可以缓解一些地区的水短缺，但同时也会增加能源使用，而远距离电网若出现问题，可能会造成当地断电，影响水资源开发和处理；另外,能源内部结构优化调整也会带来新的矛盾,比如,使用生物质能代替化学燃料, 会减少碳足迹，但同时却可能会给土地、水和粮食价格造成负面影响，增加水足迹（UNEP，2011a）。

水资源和能源两者间的关联性也有很多正面的影响例如，在法国 2020 年可持续能源框架下， 要求所有建筑物可以提供的能源要多于其消耗的能源， 并且可以做到建筑物所需水资源的自净或自然循环使用，这种政策有助于推动创新技术开发可见，这种存在于水资源和能源之间的积极正面的关系，可以确保两个领域同时良性的发展 无论是水资源还是能源领域的决策， 不仅是由该领域管理者独自做出的， 而是由其他领域政策制定者共同做出的，可能会涉及到粮食安全、工业和经济发展、公共卫生、融资和能源安全以及其他相关领域（WWAP，2009，2012），所以，需要通盘考虑水资源和能源方方面面的因素和角色， 并且将水资源置于决策的核心位置 在考虑水在两者纽带关系中的作用时，十分有必要区分水资源和水服务两个概念，以及两者是如何进行管理的水资源管理指的是对水循环的管理， 水流作为自然资源， 以一定的数量和质量通过自然环境， 比如河流，湖泊， 河口和其他水体以及土壤层和含水层等； 水资源服务管理指的是基础设施的开发和管理，将水资源进行储存和必要的处理，输送到用户端，通过网络收集废水，并进行处理，使其能够安全排放或重新利用 能源的生产需要使用水资源， 而水资源服务功能的实现同样需要能源。

1.2.2 水资源和能源行业之间的共性水资源和能源行业之间的共性 水资源和能源服务行业通常由国家、区域或地方垄断，一般采取公有制，而能源行业趋于私有化两个行业在开发、运输和配置方面的固定供给成本大，占到了总供给成本的大部分，特别是当没有替代性选择的设施时，“沉没成本”很高如果建立在现有能力设施基础之上，新增部分的“边际成本”相对较低，尤其是网状服务设施；相反，如果要新添生产能力，且一旦现有生产能力已接近满负荷状态，那么，额外新增部分产量的“边际成本”就会很高因此，应当采取灵活的税费制度，才能反映消费的真实情况，或者税费考虑固定因素和变化因素，确保无论需求水平如何，至少基本的固定成本可以得到保证 水资源和能源重复性运行支出费用都包含管理费、 劳务费及能源消耗 （针对水资源行业）和水资源消耗 （针对电力及其他能源行业） 发展中国家存在不同程度的维护费较高的情况，经常出现供给中断和泄露问题，电力和水资源的损失程度和低效问题比较严重（AICD，2012）由于两个领域都具有较强的公共性，水利和电力设施收费经常会遭到严重的政治干预，造成费用不合理或费用损失等问题比如，低价的用电和灌溉用水一般对农民有益，因而能源和水资源领域会吸引大量不正当补贴， 从而鼓励更加大量地消耗自然资源， 导致自然资源更加稀缺，使用成本更高。

水资源和能源两个领域的运行服务可以不同程度的吸收私营部门的参与， 由于其供给的垄断性和服务的重要性，应当加强监管两个领域的公私合作伙伴关系正在增加，如建设-所有-运营-转交（BOOT）和建设-运营-转交（BOT）模式中，特许权获得者首先负责项目的建设和融资，然后在合同期内负责运营、经费补偿和盈利，最终将资产转交公共所有这种方式日益普遍，主要集中在污水处理厂和独立的电力项目近日，中国政府发布《关于在公共服务领域推广政府和社会资本合作模式的指导意见》，将探索建立健全 PPP（公私合作伙伴关系）机制，鼓励社会资本以特许经营、参股控股等多种形式参与重大水利和电力工程建设运营，进一步鼓励私营部门参与水资源和能源领域建设 表 1-1 水资源、能源及两者相互依赖性的相关数据 1 水资源耗能相关数据水资源耗能相关数据 2 能源用水相关数据能源用水相关数据 3 水资源和能源相互依赖性相关数据水资源和能源相互依赖性相关数据 饮用水 7.8 亿人缺少安全的饮用水； 35 亿人用水的权利未得到满足； 25 亿人的饮用水未达卫生标准 固体燃料 目前有 13 亿人的生活没有用电， 约有 26 亿人使用固体燃料(主要是生 物质能） 发电 90%的发电是耗水密集型 淡水 从上世纪 80 年代开始，淡水的总 消耗量每年增长约 1% 能源 需求量 到 2035 年，能源需求量的增长预计会 超过三分之一， 用电量的需求预计会增 长 70% 能源生产 耗水量 能源生产约占全部用水的 15%，或者 是全部工业用水的 75%。

到 2035 年， 全球能源所需的用水量预计增长 20%，但能源耗水量将增长 85% 需水量 到2050年， 需水量预计增长44%， 主要来自不断增长的制造业、发 电站、农业以及生活需水 生物质能 新型生物质能仅占全球能源消耗量的 0.8%，却刺激了能源供给量的迅速增 长如果生物质能的原料产自灌溉土 地， 那它对水资源的潜在影响不容忽视 火力发电 火力发电约占全球发电量的 80%，并 且几乎占到美国和一些欧洲国家全部 用水的一半 地下水 抽取 地下水的抽取正以每年 1%-2%的 速度增长，增加了某些地区的用 水压力地下水可供应量正在不 断减少，地球约 20%的含水层过 度开发 财政支持 2011 年，对化石燃料消耗的财政补贴 共计 5,230 亿美元（相较于 2010 年增 长了约 30%）；对可再生能源的财政 支持在只有 880 亿美元，而到 2012 年 会增长 24% 冷却水 需求 火力发电中决定冷却水需求量的因素 有多种，包括燃料类型、冷却系统的 设计和气象条件其中，效率是最重 要的因素发电站的效率越高，消耗 的热量越少，冷却水的需求量也越少 淡化海 水 海水淡化每年至少消耗 75.2 太瓦 时电量，约占全球用电量的 0.4% 全球能 源市场 每年全球能源市场的收益约达 6 万亿 美元，能源部门资金充足、组织有效， 在大多数国家都比水资源具有更高的 政治关注度 非常规/常 规油气 非常规油(如焦油砂）和气(如压裂）通 常比常规油和气的耗水量更大 1.2.3 水资源与能源行业各自的特性水资源与能源行业各自的特性 水资源和能源是相互交织的庞大系统，两者的自然状态各异，关系复杂多变。

水是一种独特而不可替代的可循环自然资源，需要摆脱重力才能移动，因此，水资源的移动或者调出需要付出较大的能源成本和经济成本；而能源形式各异，来源广泛，是一种非常典型的受市场驱动的商品，可以远距离输送，比如可以通过传输线输送电力或管道输送石油水资源和水资源服务体系可以跨越多个地理区域， 管道水系通常是以城市为单元， 地表水可能会跨越几千公里，流经很多城市，跨越许多政治和国家边界由于需要协调不同管理框架和政治体制间的行动， 自然地表水系的跨境特点加剧了配置决策的复杂性 由于初始水源可能距离较远，一般需要大量的能源投资，才能将水资源及其服务提供给消费者地下水也可能跨越大片区域， 使问题更加复杂 所以， 在一些区域， 地下水管。