气候政策下的电力工业水资源影响及其缓解路径研究

Water risk is emerging to be a new challenge facing the electricity industry globally. As China’s electricity demand is continuously growing and the electricity industry is expanding rapidly in its arid northwest regions, the impacts of electricity production on water resources is becoming more and more noteworthy. Climate policies aiming at reducing greenhouse gas emissions is one of the critical determinant factors on the long-term technological change of the electricity industry, and will further influence the magnitude, structure and spatio-temporal pattern of water use by electricity generation. This research plans to establish a national water use inventory with high spatial resolution at electricity generation unit level, and uncover the spatial characteristics of water resource stress exerted by electricity generation in China. Based on this unique dataset, this research will develop a multi-regional electricity planning model incorporating water use module. Long-term trends of water use and spatio-temporal dynamics of water resource stress related to electricity generation under alternative climate policies, e.g., carbon emission caps, carbon tax, renewable energy portfolio, as well as their sensitivities to key policy variables, will be simulated. Furthermore, this study will summarize water resources management measures in the power sector, and propose development pathways and policy recommendations for relieving the water stress of China’s electricity industry, thus promoting the integrated planning and management of the energy-water nexus.

水资源风险已经成为全球电力工业发展面临的新挑战。随着我国电力需求不断增长，生产重心向西北缺水地区转移，电力工业对水资源的影响日益突显。温室气体减排的气候政策是电力工业中长期技术变化的关键决定因素之一，从而进一步影响电力工业用水总量、用水结构及其时空分布的演变趋势。本研究从电力-水资源关联的系统性视角出发，建立发电机组水平的高空间分辨率电力工业用水清单，深入剖析我国电力工业水资源压力现状。基于这一数据集，本研究开发包含用水模块的多区域电力规划模型，计算分析碳排放总量控制、碳税、低碳电力技术配额等一系列气候政策及其组合情景下，电力工业中长期（2010-2050年）用水趋势和水资源压力的时空分布特征，评估水资源压力对关键政策变量的敏感性。在现状评估和政策模拟的基础上，进一步梳理电力工业水资源管理的手段，提出缓解我国电力工业水资源影响的发展路径和政策建议，促进能源-水资源耦合系统的协同规划与管理。

本项目旨在揭示中国火电工业水资源压力的时空演变特征及其驱动因素，评估水资源约束下未来电力工业的技术变化趋势及其环境影响。研究期内，项目组紧密围绕原定研究计划，开展了六个方面的研究工作：1）构建高空间分辨率中国火电工业用水清单数据库；2）更新与完善中国基准水压力地图；3）开展火力发电水资源压力历史演变趋势分析；4）建立省级电力传输矩阵，研究跨省输电隐含的虚拟水转移和水资源影响；5）进行中国电力工业中长期调度与规划模型二次开发；6）开展碳减排和取水总量控制等多重政策影响下的电力工业发展趋势研究。通过上述工作，完成了高质量基础数据的积累和模型工具开发，为深入开展中国电力工业水资源影响问题的研究打下了扎实的基础。.相关研究成果已在能源环境领域顶级国际期刊Nature Energy、Applied Energy、Environmental Science & Technology等发表5篇论文，本项目均为第一标注，项目负责人均为第一兼通讯作者，超额完成预期的论文发表指标。.其中，2018年9月发表的题为《中国实现用水量与火力发电量增长脱钩》的研究论文被选为Nature Energy当期封面文章。研究发现在先进冷却技术替代、冷却水源替代、发电机组大型化、淘汰落后产能等政策的共同作用下，我国火力发电淡水取水总量在2011年达到峰值后持续下降；但另一方面，火电水资源压力的空间分布极不均衡，西北缺水地区能源基地建设导致水资源压力显著上升，对于水资源高风险区域应该促进能源和水资源的跨部门协同规划，并采取取水总量控制等更加严格的管理政策。针对上述第一项发现，Nature Energy同期配发了题为《Breaking the Spell》（打破魔咒）的新闻评论，介绍中国电力工业水资源管理的成功经验。针对上述第二项发现及水资源管理的政策建议，《中国科学报》9月12日头版发表了题为《研究阐述我国火力发电应实行“取水总量控制”》的新闻报道。.