典型地区能源与水耦合关系研究与政策分析Research and Policy Analysis on Energy-WaterRelationship in Typical Regions2020年7月目 录1 摘要.12 能源与水耦合关系的研究意义：水资源管理是否可以作为间接控制碳排放减少的有效政策工具？.43 省级区域的能水关系研究.73.1 河北省能源与水基本情况介绍.73.1.1 河北省的水资源极其匮乏.73.1.2 河北省的能源特征粗犷.1 43.1.3 河北省的碳排放情况.2 13.2 路径分析.2 33.2.1 识别关键部门对解析能源与水耦合关系具有重要意义.2 43.2.2 伴随钢铁产业为代表的重工业产品省外出口是河北省能源消费的流向.2 83.2.3 伴随农产品生产和贸易的省外出口是河北省水消费的主要流向.3 63.2.4 不考虑农业部门的水资源流动路径分析.4 24 基于省级能源与水耦合关系的水资源压力解决路径.4 44.1 路径一：调整产业结构.4 44.1.1 二三产业结构调整是河北省实现节水节能的主要方式.4 44.1.2 第二产业是节水节能路径实现的关键.4 64.1.3 金属冶炼和压延加工品业等产业是通过控水限能的关键部门.4 84.1.4 第三产业的整体扩张需要以批发零售业等产业部门为主力.5 04.1.5 产业结构调整是节水、节能减排的可用手段之一.5 14.2 路径二：节水效率提升.5 34.2.1 节水效率提升能够实现显著节水成效.5 34.2.2 节水效率提升能够帮助二产实现显著节水目标，节能目标却相较有限.5 64.2.3 建筑业和金属冶炼和压延加工品制造业的节能节水效应最为明显.5 84.2.4 第三产业实现的节水部门多，节能部门少.6 14.2.5 节水效率提升能够带来的碳减排效果较弱.6 34.3 路径三：能源结构调整.6 54.3.1 研究能源结构变化对水资源消费影响的基本假设.6 54.3.2 情景分析：压煤能够实现最显著的碳减排效益，但节水效果有限.6 74.4 三种解决办法的比较.6 95 城市能源与水耦合关系研究探索.7 55.1 唐山市和承德市的水资源与能源.7 55.1.1 唐山“华北第一工业城市”.7 55.1.2 承德“京津冀水源涵养地”.7 65.1.3 唐山市与承德市水资源消费和能源消费的特征.7 75.2 地级城市的能源与水相关关系研究.8 05.3 地级城市的能源与水定性关系研究.8 25.3.1 短期内城市层面优选节水效率提升.8 45.3.2 长期内三种方法都可以用来缓解水资源压力.8 55.4 本章讨论.8 66 政策建议.8 9附录. 9 111 摘要中国是个水资源分布及其不均的国家，虽然从总量上看，我国的淡水资源总量为 2.8 万亿立方米，占全球水资源的 6%，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼，名列世界第六位。但我国人均水资源量 2300 立方米每年，约为世界平均水平的四分之一。地处经济较为发达的东部地区的河北省，人均水资源更是匮乏，只有 386立方米，是全国平均水平的 1/81，远远低于全国水平和相邻地区。本研究针对的“能源与水耦合关系”主要是将能源与水资源作为人类社会生产和生活的基本资源要素，考察其在社会各部门行业间如何参与生产与生活，在各部门的中间消耗和最终产品之间的流动方向和分配比例。本研究通过对河北省能源与水资源关系的研究，力图在理清河北省水资源消费与能源消费强度居高不下的经济原因，描绘在社会生产中的两种要素在各生产部门中的汇集和流通路线，并试图通过产业结构调整、节水效率提升和能源结构调整三种方式来优化河北省除第一产业部门之外的能水关系，寻找可能通过水资源管理来间接撬动能源消费变化从而形成可观的碳减排效益的路径。通过研究发现，产业结构调整是能够在节约全社会用水的同时实现能源与碳排放的下降的可用手段之一。河北省二三产业结构调整是实现节水节能的主要方式，第二产业是节水节能路径实现的关键，金属冶炼和压延加工品业等产业是通过控水限能的关键部门。要实现经济发展和节水节能目标的协同，第三产业需要继续扩张，需要以批发零售业等产业部门为主力。1河北省水资源概况，3 6 0 doc/content/1 7 /0 4 0 5 /1 0 /1 9 4 4 6 _6 4 2 9 9 2 5 1 7 .shtml2节水效率提升能够实现显著节水成效，能够帮助第二产业实现显著节水目标，节能目标却相较有限。分部门来看，建筑业和金属冶炼和压延加工品制造业受用水效率提升的节能节水作用较明显。第三产业实现的节水部门多，节能部门也较少。整体来看，节水效率提升能够带来的碳减排效果较弱。表 1 对 节 水 效 率 提 升 不 同 反 馈 下 的 产 业 部 门 的 政 策 建 议第 二 产 业 第 三 产 业 适 应 政 策强 正 反 馈 金 属 冶 炼 和 压 延 加 工 品 制造 业 - 优 先 强 力 的 节 水政 策非 金 属 矿 物 制 品 制 造 业建 筑 业弱 正 反 馈 - 住 宿 和 餐 饮 温 和 有 序 的 节 水政 策卫 生 和 社 会 工 作弱 负 反 馈 化 学 产 品 制 造 业 房 地 产 不 适 合 节 水 政 策食 品 和 烟 草 制 造 业 信 息 传 输 、 软 件 和信 息 技 术 服 务纺 织 品 业强 负 反 馈 - 交 通 运 输 、 仓 储 和邮 政 不 适 合 节 水 政 策批 发 和 零 售最后，我们假设将河北省的煤炭消费用太阳能来代替，则会发现压煤能够实3现最显著的碳减排效益，但其节水效果有限。如果替代煤炭消费的是生物质能，则水资源需求反而会大幅增加。虽然没有具体讨论第一产业，从研究结果来看，也能够带给我们一些政策启示。首先，产业结构调整的方法适合于全社会的水资源与能源消费量实现节约；第二，节水效率提升更适合单个产业部门的节水节能减排工作，聚焦重点行业，对技术研发和成果转化要求较高；第三，能源结构变化对煤炭部门的水资源节约效果有限，但能够从根本上解决碳排放问题，对于碳减排来说，能源结构优化是终极手段。除此之外，我们还简单讨论了城市层面的能源与水关系，简单分析了“华北第一工业城市”唐山市和“京津冀水源涵养地”承德市的水资源和能源供给与需求。受制于可用数据较少的限制，研究对两个城市的能水关系做了定性分析，认为短期内，社会总需求不变将限制产业结构调整的空间，用水效率提升是缓解水资源压力的主要方式，但并不意味着一定带来碳减排效益；长期看，社会总需求的变化并不确定，产业结构调整和节水效率提升都是缓解水资源压力的重要途径，但是大幅度的碳减排还需要靠能源结构转型。通过研究我们发现，受数据的可获得性约束，城市级别的能水关系研究需要下沉的具体行业中，获得一手数据来支撑；城市层面的产业结构更加固化，节水技术是应对水资源压力的优先选择；城市层面节水可能能够带动的节能效果未知，减排还是要靠提高能效和能源结构优化。42 能源与水耦合关系的研究意义：水资源管理是否可以作为间接控制碳排放减少的有效政策工具？中国是个水资源分布及其不均的国家，虽然从总量上看，我国的淡水资源总量为 2.8 万亿立方米，占全球水资源的 6%，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼，名列世界第六位。但我国人均水资源量 2300 立方米每年，约为世界平均水平的四分之一。地处经济较为发达的东部地区的河北省，人均水资源更是匮乏，只有 386立方米，是全国平均水平的 1/82，远远低于全国水平和相邻地区。河北省整体降水分布是太行山和燕山迎风区降水较丰富，其它地区则降水量较少。2018 年，河北省水资源总量明显下降，比 2017 年增加 25.70 亿立方米，比多年平均值少 40.65 亿立方米，降至 164.04 亿立方米。其中，全省地表水资源量 85.32 亿立方米，地下水资源量 124.41 亿立方米。更为严峻的是，人均水资源量明显下降，低至 217.09 立方米3。虽然河北省严重缺水，但其同时也是中国重要的能源生产基地、农业和工业大省，在我国经济发展中扮演着重要的角色，也是我国的碳排放大省。在煤炭生产方面，除了中西部的几个能源生产大省，如内蒙古、山西、陕西、新疆和宁夏之外，在东部地区河北省的煤炭生产仅次于山东，2017 年煤炭生产总量是 6019.95 万吨。在工业领域，河北省的 2017 年工业增加值在全国排名第6；第一产业增加值则在全国排名第 7。根据 2016 年的计算数据，河北省的碳2河北省水资源概况，3 6 0 doc/content/1 7 /0 4 0 5 /1 0 /1 9 4 4 6 _6 4 2 9 9 2 5 1 7 .shtml3 2 0 1 8年河北省水资源公报，河北省水利厅5排放量为 6.15 亿吨，位居全国第 5 位4。能源与水资源都是人民生活和经济发展最主要的资源，在社会各个部门都发挥着动力作用，二者之间也有着复杂且不可分割的密切关系。伴随全球变暖压力日渐增大，减少碳排放成为各国各地区乃至各部门的重要责任。对于河北省而言，一方面是极度匮乏的水资源和丰富的能源禀赋，一方面是继续推进经济稳定增长和快速降低碳强度的目标，能源与水资源的协同高效管理则显得尤为总要。基于以上，本研究倡议更密切地探讨水资源有限的用水用能大省-河北省的水与能源关系，以期从省级层面讨论能源与水要素的供应与其消费的协同管理方式。同时，基于当前我国已经形成的水资源的严格管控制度，本研究尝试通过解析河北省能源与水关系，构建通过水资源管理实现减少碳排放的路径，为未来应对气候变化和实现我国自主贡献目标提供潜在的新方法和新建议。要解答水资源管理是否可以作为间接控制碳排放减少的有效政策工具这一问题，需要聚焦几个关键问题：（1）河北省的水资源与能源的关系是怎样的？（2）经济目标不变的情况下，是否有可能通过产业、技术和能源手段缓解能水紧张关系，优化增长路径？（3）水资源管理能否成为协调能源系统和产业结构优化的抓手，从而形成低碳、环保的发展路径？基于以上问题，本报告的主要研究思路如下，以河北省作为研究目标，探索河北省能源与水资源的耦合关系，第三部分首先介绍河北省能源与水的基本情况；之后通过结构路径分析的方法，识别在复杂耦合关系中的重要节点，即在整4 ceads数据库