能源与水关系的优化与协同管理研究

In the study of sustainable development in China, research about the relationship and the cooperative management of energy and water is a very hot topic. The main objectives of this project are as followings:.a) propose some general indicators to measure the relationship of energy and water, perform evaluation and analysis about the trends of the relationship in different regions and provinces level, and therefore identify the differences among regions and provinces level ;.b) analysis the distribution of major energy and power bases in China, identify the carrying capacity of water-source-utilization among different regions and provinces;.c) analysis and compare the features of greenhouse gas emission of different power generation technologies, measure the water consumption for the production of the whole life cycle of electricity, and focus on the study of the cooling technologies and the water consumption differences of thermal power;.d) simulate energy and power-generation technologies in the future in China, which is based on the latest IPCC AR5 and IEA emission scenarios and the existing TIMES-China model, and therefore analysis the water consumption of different energy and power generation technologies option;.e) establish a muti-objective optimization model, which is combined with the uncertainty of the electricity demand in the future, therefore study and analysis the balance of the future energy and electricity development and the control of the carbon dioxide and water conservation;.f) analysis the feasibility of the cooperative management of energy and water in China, and propose some policy suggestions about the cooperative management of energy and water, which can be beneficial for the climate change and the water conservation.

能源与水关系及其协同管理研究是实现我国可持续发展研究中的热点问题。本课题拟提出度量能源-水关系的概括性指标，并度量和分析不同省份及区域能源-水关系的变化趋势，识别地区差异；分析我国重点能源和电力基地的水资源分布，识别分区域或省份的水资源开发利用的承载力；分析比较不同发电技术的温室气体排放特点，并基于典型技术测算生产一度电全生命周期的耗水量，重点调研分析火力发电的冷却技术特点以及耗水差异；基于IPCC AR5和IEA最新的排放情景，以现有TIMES-China模型为基础，对未来我国不同能源以及电力供应技术情景进行模拟，分析不同能源以及电力供应技术情景下的水消耗；结合未来电力需求的不确定性，建立多目标优化模型，综合研究与分析我国未来能源和电力发展与控制二氧化碳和节约用水目标之间的权衡；研究我国在能源-水管理协同管理的可行性，提出应对气候变化以及全国控制用水形势下我国能源-水协同管理的政策建议。

能源与水是社会经济可持续发展的重要保障，能源与水的耦合及协调分析、评价、管理也一直是资源管理领域的重要热点议题。本研究利用计量方法度量和分析不同省份及区域的用水规律，识别地区差异；识别主要电力技术的用水特点，分析基于技术的用水差异；研究了地理信息系统的数据特点，结合分地区的能源和电力数据，按照网格尺度匹配相关数据，开发利用LEAP-WEAP模型工具，分析分流域、分地区以及全国层面的能源-水关系；结合China-Maple模型与京津冀地区的生态环境容量，分析京津冀地区能源-水关系，分析能源-水协同管理的可行性与相关政策。通过本研究的分析得到的主要结论包括：.（1）中国及北部沿海、东部沿海以及长江中游地区在统计期内其经济增长与用水关系之间都呈现出倒U的关系，而且北部沿海地区已经经历了人均工业用水开始下降的阶段；拐点处人均工业用水量的还存在一定的差异，处于100-240 m3之间。.（2）在全球RCP4.5和RCP8.5的情景下，全国发电量在预测期内呈现先欠后丰、逐时间段提升的态势，以及向西南省份、长江流域和大型水电站集中的特点。大部分地区在2020~2040阶段面对发电量显著减少的风险；2040~2060阶段，大部分地区水电出力水平降低的风险有所缓解，但RCP 4.5情景下省份间发电水平偏离基准程度分化明显，可能产生较大的电力调配压力。在高排放情景下，更多省份表现出了更大的波动性风险，因此国家应重视大型水电站对增强水力发电出力的稳定性的作用。.（3）在国家能源转型战略与京津冀地区生态环境整理政策的双重作用下，在平等的水权规则和水资源分配格局下，京津冀电力部门未来面临着较大的用水压力，而结合全球RCP8.5的气候模式情景下，电力部门可能要被迫与下游的居民生活和生态用水争夺用水资源，要及时考虑技术进步的影响，可以在一定程度上缓解地区电力部门的用水压力，但是这也无法根本逆转地区缺水格局，因此增加地区的可再生能源装机，同时合理利用地区的分配策略，可以促进地区在能源转型与用水方面的协调发展。