水資源與能源生產

1、水資源與能源生產通過技術改進、加上有效的政策杠桿指導，中國在 2020年可以將用水量減少到 目前水平以下。水、土地和礦產資源對我們的生活至關重要。這些自然資源是食品和飼料 的來源，支持著對地球進行調節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)。能源提供了人類必不可缺的光、熱和 交通。BP公司資助了一項由世界15所頂尖大學參與的“能源可持續(xù)性挑戰(zhàn)”研究 項目。該項目研究分析了在全球人口持續(xù)增長、 溫室氣體排放和氣候變化的背景下， 自然資源（水、土地和礦產）約束對能源生產和供應的影響。我們日益認識到自然資源的局限性，以及這些局限與能源之間的關系。在 各種系統(tǒng)的背景下培養(yǎng)對能源問題的全面的技術性理解、并輔以強大的數據支持， 將有助

2、于政策制定者和企業(yè)更好地進行決策。“能源可持續(xù)性發(fā)展”是當今世界所面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)之一。更多地了解能源與直接維系我們生活的自然資源之間的關系，對我們做出正確的選擇至關重而1-I要。全球可再生淡水資源中的10慟人類所用。這些人類所用淡水中的 70%ffl于 農業(yè)，其中一半多通過蒸發(fā)再次返回到大氣，其余返回地表和地下水。約一半的工 業(yè)用水用于冷卻，特別是用于能源生產的冷卻系統(tǒng)。因而，在這里，我們主要談談 化石能源與水的使用問題。水的局限性與能源生產首先，我要澄清兩個有關水的概念：一般說到水的使用時，有兩層含義，一個是表示水的取水量，另一個是表示消耗量。取水量的意思是說，把水從當地流文章來源網絡，

3、僅供個人學習參考域里提取出來進行使用的量，但水使用后可重新再利用；另一種情況是水從當地流 域提取后沒有返回的量，即水被消耗了。混淆取水量與消耗量的區(qū)別可能導致結論 有失偏頗。以火電行業(yè)為例，人們通常認為火電是一個耗水的行業(yè)。事實上，全世界 使用淡水大約為4萬億立方米，其中火電行業(yè)取水量為 4000億立方米，其中的一半 用于冷卻系統(tǒng)，實際消耗才160億立方米。這就意味著，被抽取的水資源從地表或地下移走，至少是暫時性移走。而 被消耗的水資源是被抽取水量中未返回到抽水區(qū)所處流域盆地地表或地下水體中那 部分水資源。大多數發(fā)電用取水并未被消耗。在不同行業(yè)和區(qū)域，對水的依賴程度也不同。由于開采規(guī)模和方法的

4、不同， 各行業(yè)和地區(qū)抽取量和消費強度也不同。在每個行業(yè)或地區(qū)中，根據地質情況，當 地氣候和節(jié)水技術投資的差異，用水量也有很大差異。傳統(tǒng)石油開采中大量使用水資源，但不一定必須使用淡水。在海上油田和 中東使用海水和半咸水、以減少淡水消費，使淡水消費強度降低到零桶淡水/每桶石油。德克薩斯州和加拿大的數據表明，雖然每開采1桶石油的采出地層水量在增加， 但淡水消費量一直保持穩(wěn)定甚至有所降低。在對全球石油生產地區(qū)的抽樣調查表明，淡水消費強度最高為1.5桶水/桶石油，其中很多開采活動的淡水強度都低于這一水平的10%與此同時，我們應該注意到，水資源分布的地區(qū)差異也對能源的生產產生 巨大影響。清華大學和加州大學

5、圣地亞哥分校的“能源可持續(xù)性挑戰(zhàn)”項目主要研 究中國的水資源問題。中國人均水資源僅為世界平均水平的 1/4 ,且全國分布極不均。 中國北方的水資源在全國總量中的比例不到 8%但卻必須供給1/3的全國人口，灌 溉全國2/5的農田，實現(xiàn)1/3的GDP曾長。在中國，煤炭是能源消費的主體。中國使用煤比其他地區(qū)都要多。生產煤 的區(qū)域水資源有限，中國政府對水資源非常擔憂，政策上設定了水使用量目標。如 果持續(xù)像現(xiàn)在這樣使用水，超過政府設定線。同時，中國仍在煤炭資源豐富但水資 源匱乏的地區(qū)發(fā)展水資源密集型行業(yè)（例如煤化工行業(yè)）。技術和治理是關鍵我們做的研究表明，技術的改變可以減少用水的使用量。從其他國家例子

6、看，需要資本投入。要做這樣的改變，需要幾個前提比如政策和成本激勵機制。實 際上，不需要使用特別高科技的方式，而是更好的利用現(xiàn)在已有的技術就可以達到 節(jié)水的目標。我們用“4R'描述對水的管理措施，一是可替代（Replace）,用海水、半 咸水、產出水和廢水等非淡水水源替代淡水資源；二是再利用（Reuse）,相同的水在工業(yè)流程中多次利用；三是再循環(huán)（Recycle）,對廢水進行處理，使其可以再次 使用，取代其他用途所需的淡水。四是地區(qū)責任制（ Responsibility ）,調整工業(yè)實 踐，適應當地水資源可用程度和可再生淡水需求。過去50年，在化石能源開采中，我們試圖利用非淡水替代淡水，

7、降低對水 資源消耗。在電力行業(yè)，每年有 4000億的水用于冷卻裝置，主要是因為很多發(fā)電廠 都很老舊。如果我們繼續(xù)使用這樣的設備，到2030年我們提取的淡水量將增長25% 如果淘汰這些老舊設備，水資源的使用量可以減少30%采掘行業(yè)已經開發(fā)了許多采掘過程中減少使用淡水的方法。除了水資源重 復利用和循環(huán)外，使用低品質水已經在減少淡水需求方面發(fā)揮了很大作用。有一種 通過注水驅油以及驅油填地層水的方法。每向油層注入6桶水，就可以開采1桶石油和5桶油田地層水。注入水由5桶再利用的采出地層水、0.5桶非淡水和0.5桶淡 水構成，因此淡水強度就變?yōu)槊客笆?0.5桶淡水。在項目開展過程中，我們發(fā)現(xiàn)可以通過改變

8、用水方式來生產能源。20年前BP一名科學家做了一個小實驗。我們一般用咸水擠壓石頭的縫隙進行油氣開采，但 科學家發(fā)現(xiàn)，低鹽度的水擠壓出來的石油更多。去年我們在一個新的鉆井平臺上用 了這項研究成果，用淡化后的海水開采石油，效果很好。在天然氣液化廠中嚴格的水資源管理能夠消除對淡水抽取的需求。改進費 托合成工藝是現(xiàn)代天然氣液化工廠的核心。首先，天然氣被重整轉化為一氧化碳和 氫的混合物，生成合成氣。然后，合成氣通過費托合成工藝在催化劑的作用下轉化 成碳氫化合物。從水資源使用的角度看，關鍵點是凈化學反應序列生成富余水。因 而，通過精細化管理來分離和循環(huán)利用生成的水，工藝用水能夠在封閉式循環(huán)中接 受管理，為

9、工廠作業(yè)的其他部門提供所需要的用水，甚至提供有用的水產品。在水 資源稀缺的情況下，嚴格的水資源內部循環(huán)利用和干式冷卻技術應用，能夠消除抽 取淡水的需求。與此同時，政策杠桿和成本的作用不能忽略。為了應對水資源問題，中國 設定了目標，用來限制工業(yè)用水的絕對量。如果不設定該目標，到 2030年，工業(yè)用 水量至少會翻一番。在“一切照舊”情境下，即使減少能源需求，這一目標值也會 在2020年之前被突破。但是，通過技術改進、加上有效的政策杠桿指導，可以將用 水量減少到目前水平以下。煤炭開采中水資源的循環(huán)利用以及電廠節(jié)水冷卻系統(tǒng)的應用，是顯而易見 的解決之道。“能源可持續(xù)性研究”也表明，洗煤過程中水的使用，能夠提高燃煤效 率，節(jié)約電廠環(huán)節(jié)的用水。只有通過政策激勵抵消運營成本的增加，才有可能實現(xiàn) 使用精洗煤帶來的更高能效。當然，能源成本自身對水資源的選擇至關重要。例如，如果淡水必須被泵 壓到很高的海拔或者經過長途運輸交付給消費者，水資源運輸的能