水是生命之源泉，生產之要素，生態之基礎。能源是人類進步的物質動力，也是經濟的血液。能源生產、轉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，水體污染嚴重，水生態環境不斷惡化。為此，國務院已開始實行"最嚴格水資源管理制度"。水已成為制約我國經濟社會可持續發展的主要瓶頸，對能源發展的約束也日趨嚴重。

如何系統性地量化分析能源和水的關系？如何協調能源發展與水資源利用的關系？能源領域有哪些節水技術途徑與政策選項？中國如何通過技術與政策手段節約用水、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"中國能源發展的水約束"專家研討會，圍繞上述問題進行了討論。BP集團首席科學家魏愛倫（ Helen Williams）博士以"能源活動的水維度"為題做了主旨發言。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，神華集團副總經理韓建國先生到會致辭。來自國務院研究室、發改委、環保部、財政部、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余名專家學者參與了討論。

魏愛倫博士的主要觀點總結如下：

1. 能源與水、耕地、原材料、碳排放之間保持著高度復雜、相互作用的關系

能源生產和使用需要用水，而水的供應和處理也要消耗能源。冶金和采礦業不僅耗水也耗能。農業既生產能源（生物質燃料），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發展帶來嚴峻挑戰

大氣溫室氣體濃度已從工業革命前的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）預計到本世紀末，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到800 ppm，全球升溫6度。這兩個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度的目標相差甚遠。幾乎可以肯定地說，21世紀極端高溫出現的頻率和幅度將在全球范圍內增加，而出現極端低溫的頻率會大幅降低。越來越多證據表明，今后25年，熱浪、極端降雨和伴發洪澇等以前甚為罕見的極端天氣事件出現的頻率也會越來越高。

3. 全球對淡水問題的討論帶有情緒化傾向，在認識上存在誤區

全球每年淡水取水量超過了4萬億m3，其中農業取水量約占70%，電力行業取水量約占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，在認識上存在誤區。主要是沒有區分"取水量"（從當地流域提取的水量）和"耗水量"（從當地流域提取后沒有返回的水量），導致了不正確的結論。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。不區分取水量和耗水量就不能澄清人類活動中哪些環節需要用淡水，哪些環節可以通過水的再利用或用低質水（一般是半咸水或咸水）替代，也不能區分自然雨水灌溉和人工淡水灌溉對當地水系和生態系統的影響。

4. 世界水資源分布很不均衡，匱乏程度因地區而異

一個地區水資源匱乏程度取決于當地氣候和人口密度兩個因素，世界范圍內水的緊張度不一，有些地區特別嚴重。現在水資源緊張的地區到2030年以后緊張度會不斷加重。如中國的北方地區目前已出現水緊張問題，未來缺水緊張度會越來越嚴重。

5. 中國能源領域耗水量將高于世界平均水平，需大幅度提高用水效率

以煤為主的能源結構、很高的工業用能比重以及快速發展的能源基礎設施導致中國能源行業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，推動技術變革，加上政策引導，才能提高用水效率，降低用水強度。

6. 通過4R方法可以大規模減少能源和電力領域的用水量

全球性的水資源壓力正在推動能源和發電行業采用一些常識性的實踐來節約用水，可用4R概括：

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

二是再利用（Re-use）: 指相同的水在工業流程中多次使用；

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

四是地區責任制（Regional responsibility）: 通過調整工業布局與做法，以適應當地淡水資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，目前在世界多個地區都有實踐證明，化石能源生產與消費過程所需的淡水量可以通過水的再利用和低質水替代而日益降低。在能源開采業，過去50年的管理進步大大改善了用水強度，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化過程都有巨大的節水潛力與成熟的做法

目前化石能源開采用水量的相關數據沒有及時更新，實際上用水方式方法的改進已經節約了大量的水資源。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水代替而日益降低，從而降低用水強度。

" 石油開采可用低質產出水代替淡水

油藏中蘊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。全球陸上石油生產過程一般伴隨著產出水的生產，平均是每桶油生產3桶水。開采過程中如果用低質產出水代替淡水通過壓力進行開采，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。

" 煤炭開采業也具有很多節水機會

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

" 替代水源和再循環水的使用，如進入煤礦的水或作業過程中的循環水；

" 選煤類型和程度決定了洗煤用水量；

" 煤層性質決定了附連水和抑塵的需要；

" 煤礦所在地環境：在水資源緊張的地區，存水的蒸發速率可以主導水的消耗量。

煤炭工業通過推廣最佳實踐可以找到大量降低水耗的機會。在澳大利亞，通過執行嚴格的用水標準，波文地區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，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。

" 現代電廠可通過技術革新降低淡水需求

電力生產由于余熱消散需要進行大量冷卻而成為能源與水關系中一個較為獨特的環節。全球電力生產每年的淡水取水量約為4500億m3，然而全球電力行業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冷卻和干式冷卻的取水量要高出幾個數量級，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。如果新建發電廠都采取循環冷卻、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%。

" 煉油領域可以通過改進裝置設計達到節水目的

無論是化石能源的提煉還是轉化，目前都有通過低質水再利用、再循環和替代利用等方法降低淡水取水量和消耗量的大量實踐。如果所有用水環節都用淡水，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）。按照現有工藝，煉油的消耗性用水強度約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）。全球整個煉油和化工行業年淡水消耗量據估計只有50億m3，其中原油提煉占80%，全球煉油和化工行業年淡水取水量約為200億m3，占人類年總淡水取水量0.5%。在煉油裝置設計上存在很多可以改進用水效率的環節。主要用水環節包括進料處理和化學反應（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在節水方面有較好的實踐經驗

BP公司在水資源管理上本著"降低風險、建立信任、創造價值"的原則，在所有業務中都有責任的使用水，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，為應對該地區嚴重干旱導致日益趨嚴的用水限制，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，采用低質水，實現廢水零排放。通過改造現有工廠和設計新系統來提高廠內用水效率、用地下水取代市政飲用水作為工藝用水補給并在煉廠廠區建設水回收項目等措施，BP將該煉廠的桶產品淡水消耗量從1997年的0.36桶降到2008年的0.2桶，并且大幅度減少了運營成本。該煉廠目前使用的淡水主要是水質低于市政用水的低質水，目前飲用水的消耗量約為50萬升/天，遠低于1997年的600萬升/天。

9. 中國應鼓勵使用非淡水資源作為頁巖氣開發的壓裂液

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

10. 污水治理最有效的方式是使排放費用大大高于處理費用

政策監管和經濟措施對于節水工作非常重要。在美國，企業節水并不只是因為政策的要求，更主要的是經濟的壓力。因企業向外排放廢水需要繳納的費用大大高于在廠內處理的費用，企業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：

1. 水不僅是中國能源發展的硬約束，也是國家生存與發展的制約因素。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，影響我國的水供應安全。雖然在政策層面國家要求實現最嚴格的水資源管理制度，但在操作層面，節水和污水治理問題尚未引起全社會的高度重視。水的價格低，水的循環利用沒有得到普及，水資源破壞嚴重。水在總量、質量和風險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，能源發展的水資源約束要比其他國家更強。隨著中國能源需求總量的增加，能源開發逐步轉向生態環境脆弱、水資源匱乏的西部地區，西部能源開發特別是煤炭的生產、洗選與轉化會加劇水資源消耗，煤炭開采也會對地下水產生嚴重破壞。

3. 我國能源企業也在加大節水力度，有許多經驗值得分享。如神華集團經過10年的探索形成了一套地下水保水開采技術，并獲得了全國能源科技一等獎。公司在節能節水，推廣水資源再生利用的同時，還與內蒙古自治區達成協議，通過提高農業灌溉用水效率，置換節約下來的水用于能源發展。石油開采與煉化企業也都在采用節水和水循環再利用技術，做到污水零排放。在發電行業，中國擁有全球規模最大的空冷發電機組，并正在推廣熱泵技術來提高總體能源利用效率，節約水資源。

4. 節能也可以促進節水。"十一五"期間，我國通過積極的節能措施，直接節約用水4.7%，通過節能而產生的節水量占節水總量的9.46%。這相當于在"十一五"期間通過節能節約了一條黃河的流量。因此，節能與節水工作應相互借鑒，并駕齊驅。

與會專家就我國的水資源管理與節水工作提出了以下建議：

1. 增強并普及對水安全問題的危機感，緊迫感。提高對缺水問題的憂患意識，從戰略高度研究我國長期水供應安全問題，提出應對措施。

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

3. 樹立"全面節水"的理念，建立相應的機制。在全方位、全過程（能源勘探、生產、運輸、轉換、終端使用等）、全社會進行節水，加大節水投入，制定全民節水行動計劃。

4. 制定對區域負責的水資源利用規劃。在西部缺水地區，水規劃要做在能源規劃前頭。

5. 研究試點水權置換交易，制定相關的監管框架與監督機制。在各相關政策與機制未建立到位之前應謹慎對待水權置換安排。

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. 通過水價改革，提高污水排放費等經濟措施，促進節水與污水治理工作。

8. 推動企業在水資源提取和使用、污水排放與處理方面的信息公開。目前我國能源企業用水統計數據模糊不詳，應完善統計，披露信息，增加透明度，積極邀請社會機構參與監督，促進全社會對能源企業用水節水工作的理解。

9. 加強水資源與生態環境、土地、能源的綜合研究。建立對中國水、土地、礦產資源等日益吃緊的資源綜合數據庫，并分析資源利用的邊際價值曲線，按照本地區資源的綜合稟賦程度，因地制宜地做好區域發展規劃。

10. 推動水資源問題的跨部門、跨行業合作，以多維度視角統籌評估與防范風險。