本文選題：水資源　切入點：能源　出處：《中國水利水電科學(xué)研究院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水與能源是人類生存、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ),在全球人口增長、氣候變化的背景下,水、能源短缺和沖突正沖擊著世界經(jīng)濟(jì)格局、政治秩序以及環(huán)境健康。而中國是一個干旱、缺水嚴(yán)重的國家,頻繁的洪澇災(zāi)害、嚴(yán)重的水土流失,以及脆弱的水生態(tài)環(huán)境,決定了水資源在中國重要意義。特別是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展,使得水資源供需矛盾日益突出。與此同時,中國不僅是能源生產(chǎn)大國,也是能源消耗大國。在能源結(jié)構(gòu)中,煤炭資源處于基礎(chǔ)性地位;雖然能源建設(shè)不斷加強(qiáng),仍存在能源利用效率相對較低,能源生產(chǎn)和使用粗放等問題,保障能源供應(yīng)安全和能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展正面臨嚴(yán)峻形勢。中國水與能源的問題主要體現(xiàn)在水與能源的總需求上升、人均水需求量與能源需求量增加、氣候變化加劇水與能源跨部門關(guān)系的緊張程度、高耗能型用水和高耗水型能源的政策選擇,水與能源成為中國可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。水與能源以各種形式相互制約并相互構(gòu)成壓力,并隨著全球需求增長速度超過人口增長速度和氣候變化的影響而加劇,所以研究水與能源之間的紐帶關(guān)系對于各國都至關(guān)重要。目前對于水與能源的研究主要集中于傳統(tǒng)能源的開發(fā)和新能源的開發(fā)過程的水資源消耗、水資源開發(fā)利用過程中的能源消耗情況;對水與能源關(guān)系的研究主要以環(huán)節(jié)用水和能源消耗之間的相互關(guān)系為基礎(chǔ),來實現(xiàn)部門發(fā)展、政策制定、戰(zhàn)略布局等目標(biāo)。在水與能源耦合機(jī)制、驅(qū)動機(jī)制等理論方面尚未形成理論體系,且目前能源與水關(guān)系政策、規(guī)劃往往分別制定,無法實現(xiàn)水與能源的協(xié)同發(fā)展。本文主要通過研究水與能源歷史演變特征,依據(jù)系統(tǒng)論、協(xié)同學(xué)和資源價值理論,對水與能源進(jìn)行拓展性分析;定量分析水資源開發(fā)利用全過程的能源消耗,以及電力能源開發(fā)利用過程的水資源消耗,并建立水與能源耦合模擬模型,開展國家尺度水資源與能源系統(tǒng)模擬及其政策分析。論文的主要結(jié)論有以下幾個方面:(1)基于水與能源歷史演變特征,以及系統(tǒng)論、協(xié)同學(xué)和資源價值理論,分析水與能源的科學(xué)內(nèi)涵。本文通過梳理人類對水與能源開發(fā)利用過程的歷史演變特征,總結(jié)水與能源的關(guān)系;并借助系統(tǒng)學(xué)理論、協(xié)同學(xué)理論和資源價值理論,對水與能源相互作用關(guān)系進(jìn)行拓展性分析。本文發(fā)現(xiàn)水-能源是一個開放的復(fù)合系統(tǒng),不同時期、不同地區(qū)的自然資源環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,水與能源的關(guān)系模式具有不同響應(yīng)。當(dāng)水資源未被人類開發(fā)利用,水資源只依靠自然能源在自然水循環(huán)過程中運移,水-能復(fù)合系統(tǒng)中各子系統(tǒng)發(fā)展主要發(fā)生自身演化,水資源和能源相互之間的協(xié)調(diào)性較低。當(dāng)水資源開啟社會水循環(huán)路徑時,水資源與能源產(chǎn)生新的相輔相成關(guān)系,水-能源復(fù)合系統(tǒng)協(xié)同效果漸漸顯現(xiàn)。當(dāng)粗放的生產(chǎn)方式,導(dǎo)致水-能源復(fù)合系統(tǒng)中的子系統(tǒng)是無序的消極發(fā)展,水資源資源利用與開發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其自身的可再生能力,導(dǎo)致水環(huán)境惡化、水資源量匱乏,降低能源發(fā)展速度,進(jìn)入水資源與能源相互制約發(fā)展關(guān)系中。在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對成熟的階段,對水資源系統(tǒng)的認(rèn)識加深,能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、科技進(jìn)步以及不再以追求經(jīng)濟(jì)效益為主要目標(biāo)會使水資源問題逐步得到緩解,系統(tǒng)的各子系統(tǒng)均處于有序發(fā)展?fàn)顟B(tài),各因素處于高協(xié)同關(guān)系。在水與能源復(fù)合系統(tǒng)中,水與能源的驅(qū)動機(jī)制內(nèi)因是各子系統(tǒng)之間的相互作用而產(chǎn)生的協(xié)同作用,外因是外界對系統(tǒng)的能量、物質(zhì)、信息等的作用。(2)基于社會水循環(huán)過程,定量分析水與能源關(guān)系本文基于整個社會水循環(huán)的取水過程、供水過程、輸配水過程、用耗水過程、排水過程、以及污水回用過程,分析整個過程的能量消耗總量為10966.72億kWh,約占全國總用電量的19.45%。分析不同類別水源取用過程的能源消耗,發(fā)現(xiàn)隨著水資源開發(fā)技術(shù)的發(fā)展,能源消耗越來越大,2005-2014年我國供水量增加8%,2005年不同水源開發(fā)過程中的能源消耗為802.33億kWh,2014年增長到1003.48億kWh,增長25%。在整個社會水循環(huán)過程中,用水系統(tǒng)能量消耗最多,其中工業(yè)生產(chǎn)部分用水能耗為6040.81億kWh,居民生活用水能耗為3505.62億kWh,用水環(huán)節(jié)的能耗量相當(dāng)于整個社會水循環(huán)過程能耗的87%。從不同終端用水戶看社會水循環(huán)的能量消耗,2014年工業(yè)用水消耗量約為6327.74億kWh,占社會水循環(huán)全過程能耗的58%,其中生產(chǎn)過程中用水消耗的能耗占55%。居民生活水循環(huán)過程的能量消耗約為4068.04億kWh,其中家庭生活用水系統(tǒng)的能量消耗占居民生活水循環(huán)過程的86.2%,若居民生活減少10%的用水量,可節(jié)約350.5億kWh電能。農(nóng)業(yè)取用水消耗電能576.93hWh,如果農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高0.1,可節(jié)省81.59億kWh的電能,相當(dāng)于農(nóng)業(yè)取水能耗的16%。(3)基于不同電源開發(fā)利用過程,定量分析水與能源關(guān)系基于不同電源生產(chǎn)過程的用水情況,發(fā)現(xiàn)直流冷卻發(fā)電的取水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于循環(huán)冷卻技術(shù)的取水量,但耗水量卻小于循環(huán)冷卻。雖然發(fā)展以能源作物為原料的生物質(zhì)能將增加農(nóng)業(yè)用水量,但是發(fā)展以農(nóng)村剩余物為主的生物質(zhì)能源可以避免出現(xiàn)與農(nóng)作物種植爭水爭地的現(xiàn)象。在中國南方地區(qū)火力發(fā)電采取直流冷卻方式,且集中水力發(fā)電,發(fā)電過程的取用水量較多;而西北地區(qū)火力發(fā)電采用循環(huán)冷卻方式,水資源取用量較少。在全國尺度分析電力生產(chǎn)的用水情況,發(fā)現(xiàn)2005-2014年中國電力生產(chǎn)增加2.3倍,但是耗水量只增加1.8倍,說明目前電力生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)能夠減少水資源的利用。從區(qū)域尺度分析各地區(qū)電力生產(chǎn)的用水情況,發(fā)現(xiàn)按照目前的供電結(jié)構(gòu),神東、晉東、黃隴、河南等四大煤炭基地的新增煤電受到水資源的約束效應(yīng)更加顯著,并且增加西氣東送規(guī)模將加重西北煤電基地水資源壓力。根據(jù)各地區(qū)水資源狀況和電力發(fā)展要求,未來水資源與能源規(guī)劃需要將水與能源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,從當(dāng)?shù)厮Y源狀況限定西北地區(qū)煤電發(fā)展規(guī)模,將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、能源布局進(jìn)行調(diào)整。(4)基于一般均衡模型,構(gòu)建水與能源宏觀政策評價的WEGE模型本文建立能夠系統(tǒng)反應(yīng)水資源要素、電力資源要素供應(yīng),以及水生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè),電力生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè)的賬戶體系,在此基礎(chǔ)之上,構(gòu)建了針對水資源和能源政策問題的水與能源耦合模擬模型(WEGE)。該模型將經(jīng)濟(jì)主體抽象為居民、政府、一般企業(yè)、水供應(yīng)企業(yè)、電力供應(yīng)企業(yè)和國外等六個部門,經(jīng)濟(jì)社會要素供給包括資本、勞動力、水資源和電力資源。WEGE模型能夠反映水資源和電力資源要素在社會經(jīng)濟(jì)和居民消費過程中的供應(yīng)、分配、使用等過程;以及水供應(yīng)企業(yè)和電力供應(yīng)企業(yè)在生產(chǎn)過程中的中間投入、產(chǎn)品產(chǎn)出,以及產(chǎn)品分配全過程。通過建立水、能源與經(jīng)濟(jì)各個組成部分之間的數(shù)量聯(lián)系,分析與水和能源有關(guān)的價格變動、稅收、環(huán)境政策對國家經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、勞動市場、收入分配的影響,為水與能源宏觀調(diào)控政策制定提供參考。(5)運用WEGE模型,模擬國家水與能源宏觀政策對國民經(jīng)濟(jì)影響本文通過構(gòu)建國家尺度水與能源耦合模擬模型(WEGE)分析水價提升、政府補貼、稅收優(yōu)惠等不同政策對國民經(jīng)濟(jì)的影響,發(fā)現(xiàn)水價和電價的提升可以帶來物價的上升,供水價格、電價提升100%,國民經(jīng)濟(jì)整體價格分別提升0.14%和4.87%。價格的提升直接導(dǎo)致居民消費效用和國內(nèi)商品生產(chǎn)數(shù)量減少,但供電價格提升對國民經(jīng)濟(jì)的影響比供水價格提升明顯。提升供水、供電價格可以減少水資源和電力的供應(yīng)數(shù)量,尤其對水資源供應(yīng)抑制作用明顯,且水價提升將帶來電力價格的提升,電價平均上升0.16%。供電價格的提升對供水價格影響較大,水價平均上升1.33%;但供電價格提升對電力使用的抑制作用不如水價大。對供水企業(yè)和供電企業(yè)增加財政補貼,可以增加供水企業(yè)和供電企業(yè)的總收入,但是對于減少水資源供應(yīng)量和電力資源供應(yīng)量作用小。通過實行稅收優(yōu)惠政策來增加供水企業(yè)和供電企業(yè)收入的同時,減少了政府收入。如果對再生水供應(yīng)企業(yè)和可再生能源供電企業(yè)進(jìn)行政府補貼,對原水、再來水、火電、水電、核電進(jìn)行提價可以增加企業(yè)收入,且增加幅度大于單純的對供水企業(yè)和供電企業(yè)進(jìn)行財政補貼,更有利于再生水利用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV213.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1602509