煤炭产业如何加剧全球水危机-绿色和平.pdf

煤炭产业 如何加剧全球水危机目录 1) 引言 p5 2) 煤炭产业为何如此渴水 p9 3) 对煤炭产业用水需求建模 p15 4) 研究发现 p19 5) 国别案例：煤炭产业不断扩张引发的水资源争夺 p35 - 南非：煤炭产业扩张重于空气质量与水安全 p36 - 印度：燃煤电厂与农民之间的水资源争夺战 愈演愈烈 p37 - 土耳其：“煤炭热”加剧土耳其水危机 p38 - 中国：中国“母亲河”在能源与工业的扩张下 艰难求存 p39 - 波兰：世界上最依赖煤炭的国家急需能源政策重置 p40 6) 避免用水资源危机的办法 p43 7) 结论：远离“煤水”危机 p54 8) 尾注 p56 如需更多信息请联系： harri.lammi@greenpeace.org 作者： Iris Cheng, Harri Lammi 研究人员： Nina Schulz, Iris Cheng, Cornelia Ihl, Xiaozi Liu 编辑： Martin Baker, Alexandra Dawe, Cornelia Ihl, David Santillo, Nina Schulz 致谢： Buket Atli, Ashish Fernandesh, Nitya Kaushik, Xiaozi Liu, Iwo Los, Lauri Myllyvirta, Deng Ping, Meri Pukarinen, Meng Qi, Jaikrishna Ranganathan, Melita Steele 设计： www.arccommunications.com.au 绿色和平国际 出品 图 印度马哈拉施特拉邦（Maharashtra）干涸的河床。 © Sudhanshu Malhotra/Greenpeace图表目录 图1：煤炭生命周期主要阶段用水需求 p10 图2：主要冷却技术用水示意图 p13 表1：全球燃煤发电总淡水用量——2013年为基准年 p20 表2：全球燃煤电厂总用水量——已运行装机量（2013年底）和规划装机量 p20 表3：已运行和规划燃煤电厂所在地区的基线水压力程度 p21 图3：面临不同程度基线水压力的已运行燃煤电厂和规划中燃煤电厂装机容量分布 p22 图4：全球基线水压力分布图 （红色代表基线水压力等级高或极高，深棕色 代表过度取水） p24/25 图5：全球基线水压力与已运行燃煤电厂分布重叠图 p26/27 图6：全球基线水压力与已运行和规划中燃煤电厂分布重叠图 p28/29 图7：已运行及规划中燃煤电厂分布地区的水压力高于全球平均水平 p31 图8：中国和印度基线水压力与已运行和规划中燃煤电厂分布重叠图 p34 图9：不同发电技术的生命周期耗水量估算（来源：Meldrum等.2013；以及 本研究所引用的不同煤炭耗水率） p44 表4：逐步淘汰红名单地区已运行燃煤电厂后节水量最高的前五个国家 p47 表5：停止在红名单地区建设规划中的燃煤电厂后节水量最多的前五个国家 p47 表6：淘汰所有服役40年以上 燃煤电厂后节水量最多的五个国家 p49 表7：在水压力程度高（基线水压力40%）的地区淘汰老燃煤电厂后的节水量 最多的五个国家 p50 表8：总节水潜能 p5103 图 2013年12月，南非的沃特堡（Waterberg）, 一个男孩从一根靠近马丁巴（Matimba）燃煤电 厂的社区水管中取水。 © Shayne Robinson/Greenpeace 4 5 绿色和平国际 第一章 煤炭产业 如何加剧全球水危机 引言 水对地球上所有生命而言都是不可或缺的。从卫生到健 康、从食物到能源、从工业活动到经济发展，水在人类 发展历程中都扮演着重要的角色。然而，人类活动正在 以令人震惊的速度消耗着地球的水资源。世界经济论坛 《2015年全球风险报告》指出，就潜在影响而言，水危 机将是未来10年中全球面临的最大威胁。政界、商界和 公民社会领袖也纷纷表示，“水安全问题在当下我们面 临的各项社会、政治和经济挑战中最为明显，恶化势头 也最快” 1 。 尽管如此，绿色和平国际（Greenpeace International） 发现，各国政府长期以来一直允许煤炭产业 2 在不预先评 估后果的情况下取用珍贵的水资源，这种管理方式难以 实现水资源的可持续使用。从采矿到洗煤、燃烧、再到 粉煤灰等的废料处理，燃煤发电的整个周期的庞大需水 量和产生的水污染，都对淡水系统产生了巨大影响。举 例来说，一家装机容量为500兆瓦、采用直流冷却系统 的燃煤电厂，每三分钟就能抽干相当于一个奥林匹克竞 赛规模泳池的淡水 3 。在许多国家，煤炭是淡水资源需求 量最大的产业之一。 在全球范围内，大幅提高燃煤电厂装机容量的计划（截 至 2013年底的规划新增煤电装机容量接近1300吉瓦） 会让诸多水资源已经很匮乏的地区进一步陷入水资源危 机甚至遭受严重的干旱。 另外，这还可能进一步激化农业用水、工业用水与生活用 水领域之间由于水资源短缺的既有矛盾。这些用水领域很 重要，对水资源的需求量又极大，因此势必对社会产生严 重影响。在一些国家，供水政策很难平衡和兼顾粮食生 产、能源供给、大城市用水以及环境保护等问题。 本报告首次评估并揭示了人类长期依赖燃煤发电对全球 淡水资源产生的严重影响。6 绿色和平国际 第一章 煤炭产业 如何加剧全球水危机 煤炭产业用水需求的开创性模型 绿色和平国际委托荷兰工程咨询公司Witteveen+Bos开 发了一款模型，用以计算已运行和规划中的燃煤电厂以 及煤炭开采的淡水取水量与消耗量（后文统称为用水需 求），并详细分析了燃煤电厂对地表淡水资源的需求及 其产生的影响。 该模型统计了主要从普氏全球煤电数据库（Platts World Electric Power Plant Database）中得到的已运行和规 划中的燃煤电厂数据（截至2013年底），通过实地调 研、学术文献、新闻报道和产业信息填补了信息空白， 并结合了从主要用煤国家相关文献中得到的不同煤炭产 业周期的耗水率。 本研究中涉及的燃煤电厂包括：截至2013年底的8359台 全球已运行的煤电机组（装机容量1811吉瓦）和2668台 规划中的煤电机组（装机容量1300吉瓦）。 根据这些数据，本研究对煤炭产业的淡水使用情况进行 了全面评估，包括现有的煤炭开采和燃煤电厂的用水需 求以及2668台规划中的煤电机组全部运行后的用水需 求。本研究采用世界资源研究所（World Resources Institute）的 “水道”水风险分析工具（2.1版）对不同 流域的水资源风险等级的评估，通过对全球燃煤电厂的 地理空间分析，评估了燃煤发电取用水对其所在流域的 影响。Ecofys作为一家在能源系统、市场及政策领域领 先的咨询公司，对本项目在18个月中每一个阶段的模型 和研究都进行了评审。 本研究的计算结果表明，仅已运行的燃煤电厂每年就会 消耗全球高达190亿立方米的淡水。换句话说，全球的 8359台煤电机组每年所消耗的水超过10亿人的基本用 水需求。如果再加上硬煤和褐煤开采的用水，每年的耗 水量会飙升至227亿立方米，足以满足12亿人的基本用 水需求 4 。 计算结果还表明，煤炭产业用水大都来自燃煤电厂（占 比84%），而硬煤和褐煤的开采用水量占16%。 本研究还发现，水资源过度开采的现象已经极为普遍， 情况十分严重。在很多地区，水资源的耗竭速度比淡 水水体本身的自然恢复速度要快得多。每4台煤电机组 中（包括已运行和规划的），就有1台位于“过度取水 （over-withdrawal）”的地区。 从全球情况来看，已运行燃煤电厂的44%都集中于水压 力程度高（high levels of water stress）的地区，这里 的用水规模已经高于通常会对生态系统造成严重影响的 水平 5 。即便如此，这些地方还在计划进行大规模煤炭 产业扩张，规划中的燃煤电厂有45%都计划建在这些地 区。水资源危机可能会以前所未有的规模出现。 其中，在燃煤电厂所处的“过度取水”的地区，有近 1/4的地区以每年再生淡水量五倍或以上的速度在消耗 淡水，情况堪忧。这一速度意味着，只消20年就已经用 完一个世纪的水“预算”。这就好比一个人花得比挣得 多，却对自己银行账户里还有多少钱全然不知。7 绿色和平国际 第一章 煤炭产业 如何加剧全球水危机 在很多这样的地区，人们从地下含水层采水，掩盖了过 度使用地表水所造成的影响。但地下含水层恢复起来相 当困难，甚至根本无法恢复，因此抽取地下水虽然缓解 了眼前的水资源短缺问题，但消耗蓄水的行为会在含水 层断水时，即刻给用水大户造成用水危机。同时，这些 地区会很难应对干旱等极端情况，尤其是气候变化还会 加剧干旱情况。若干全球性研究表明，一些国家的地下 含水层水位下降速度十分惊人，而这些地域与本报告重 点关注的地区是比较一致的 6 。 通过对用水情况进行地理分析，本研究划分出了水压力 程度较高的煤炭产业扩张地区。这些地区迫切需要从用 水角度重新考虑相关能源政策，才能避免水危机的出 现。这些地区被划分为水资源危机最严重地区，即本研 究提出的“红名单地区”。其政策制定者应当停止批准 在这类地区新建燃煤电厂，逐步淘汰已运行燃煤电厂， 将太阳能光伏或风能等低耗水能源作为替代等方式，来 实现水资源消耗的大幅度降低。但仅仅解决红名单地区 的问题并不足以显著降低全球煤炭产业的用水需求。为 了实现显著节约全球的水资源，本研究还评估了淘汰服 役超过40年的燃煤电厂所能带来的节水效果。 研究结果显示，如果所有这些政策措施都得以实施， 可节约1430亿立方米的取水量（或110亿立方米的耗水 量） 7 ——足够满足5亿人的最基本用水需求。人们其实 有很多耗水量不高的能源替代选择，能源与水的冲突是 可以避免的。 为了进一步解读这些研究成果，本报告还深入描述了煤 炭产业的用水周期，并用来自五个“煤水问题一线”国 家的案例对“煤水矛盾”进行了阐释，这些国家分别是 中国、印度、南非、土耳其和波兰。这5个案例研究展 现了能源、粮食生产、工业活动、生态系统、饮用和卫 生各方面用水需求被迫争夺可用水资源的情况，以及有 限的供水如何不得不在这些领域的用水需求中做出权衡 和选择。 本报告明确指出需要尽快从用水角度重新考虑资源规 划。希望这一开创性的研究可以给负责资源规划的相关 人士敲响一记警钟。另外还需要采用技术手段加速能源 转型。从高耗水的火电过渡到非火电能源，例如太阳能 光伏和风能等都只需要很少的水，节水潜力很大。希望 本研究的结果能够激起有关能源选择的政策讨论和有意 义的辩论，特别是在能源需求增长迅速而水资源匮乏的 地区。03 “本报告明确指出需要 尽快从用水角度重新考 虑资源规划。希望这一 开创性的研究可以给负 责资源规划的相关人士 敲响一记警钟。” 图 2015年5月，德国莱茵河畔的褐煤矿区，风力涡轮机 伫立在格雷文布罗伊希(Rhenish)燃煤电厂附近。 © Bernd Lauter/Greenpeace9 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第二章 煤炭产业为何如此渴水 从采煤、到洗煤、再到燃煤发电和废料处理，煤炭生命 周期的每个阶段都对水有巨大影响。 全球煤炭产业取水量大概占全部取水量的7%左右，未来 20年这个数字还会翻倍。煤矿、洗煤厂和燃煤电厂也会 排出的大量污染物，进一步加剧了水资源的供给不足。 可再生能源发电几乎不需要水。为节约水资源，保证人 们生活、农业和环境的用水供应，从煤炭转向可再生能 源是最有效、操作性最强的方法之一。 1）采矿活动对水影响很大。为了让煤矿保持干燥，首先 要抽干地下水，才能进行采煤作业。这些枯竭的地下 水资源要花几十年时间才能恢复，由于雨水和地下水 渗透，附近水体也可能遭受严重污染。植被的消失会 导致水土流失，地下采矿作业也会导致土地沉降，这 都会改变径流及影响区域的保水能力。废矿通过雨水 和地下水渗透，可能形成酸性矿井水（Acid Mine Drainage，AMD），导致严重而持续的水污染，且 往往会延续几十年，治理的难度和费用都非常高，目 前仍然是矿产业的一大问题。 2）洗选煤主要指剔除煤炭矿石里的石头、硫磺和煤 灰。这一过程通常需要消耗大量用水，有时会加上化 学悬浮液从而分离煤炭中的杂质。洗煤后的稀泥浆含 有各种有害物质，在将其重新释放到水体之前，必须 对这种泥浆进行处理，尽可能将有毒物质与环境隔绝 开来。 3）燃煤电厂冷却对淡水的需求最大。具体的需求量取 决于使用哪种冷却技术。如果选用取水量最高的直流 冷却系统，一个500兆瓦装机容量的燃煤电厂每三分 钟的冷却需水量足以填满一个奥林匹克竞赛规模的泳 池。再者，燃煤电厂与其他煤炭产业常常集中在同一 地区，严重影响当地水资源，在用水短缺时燃煤电厂 甚至可能被迫停工。冷却水排放同样也会影响生态系 统。采用直流供水冷却（无论使用淡水还是海水）的 燃煤电厂向水域生态系统排放热水，造成了热污染， 破坏生态系统和渔业。在热水排回原来水体的过程 中，还会因蒸发而损失部分水量。 4）燃煤废料以煤灰形式存在并流散出去，同样会产生长 期水污染风险。燃煤的过程会产生大量粉煤灰，包括 除尘器收集到的飞灰和锅炉底的炉渣等，其中含有重 金属等累积性有害污染物。煤灰场必须慎重选址，并 实行防扬散、防渗漏、防溃堤等措施防止污染物渗入 水体，才能有效控制其扩散。但煤灰水坝的破损和泄 露事件已经屡见不鲜，对水体、土壤甚至是城区都造 成了巨大污染 8 。10 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 噬水之煤 矿区梳干 酸性矿井水的排出 矿井泥浆渗入地下水 受污染的地下水 煤矿 矿井 泥浆池 冷却水 锅炉 除尘器 煤灰池 粉煤灰渣 烟囱 酸雨 煤泥浓缩池 煤炭产业的取水量现已占全球取水总量的8%，且这一比 例可能在未来20年内翻一番。煤炭开采、洗选和燃煤发 电排放的大量水体污染物更进一步威胁着我们本就稀缺 的水资源。 1）采矿活动 首先要抽干大量的地下水，才能进行采煤作业。煤矿泥 浆会渗入当地的水源。酸性矿井水的排出则是造成长期 且极难治理的地表及地下水污染的罪魁祸首。 3）电厂 燃煤电厂需要用水作冷却，运转汽轮机以及冲洗煤灰。 一个使用直流供水冷却方式，装机容量为500兆瓦的燃 煤电厂每3分钟就会抽干一个奥林匹格规模的泳池蓄水 量。脱硫、脱硝、脱汞、除尘等大气污染防治技术也相 当耗水。即便如此，燃煤仍旧是酸雨形成的主要原因。 4）废物 煤炭的燃烧会产生大量的有毒废物， 这些废物通常被储藏在煤灰池和粉煤 灰渣场。这些燃煤废物的储存对当地 社区和水源的危害是持续性的，因为 它们会泄露，溢出或者渗入地下水。 2）洗选煤 洗煤需要用到当地珍贵的自然水资源， 并通常会加入危险的化学试剂。洗煤后 的稀泥浆被排放后会污染河流，也会渗 入地下水。 利用可再生能源发电耗水极少。从煤炭过渡到可再生能 源，是节约水资源以及保障人类生活、农业和环境清洁 用水的最高效可行的节水方式。 采煤厂和燃煤电厂通常 并不位于相同位置。本 图为展示的需求而使用 了一条河流进行表示。 洗煤厂 被污染的 地下水 泥浆池可能 会泄露并且 导致有毒废 料污染周边 区域 煤灰池可能 会泄露并导 致里面的有 毒废料污染 周边区域 第二章 图1：煤炭生命周期主要阶段用水需求11 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 噬水之煤 矿区梳干 酸性矿井水的排出 矿井泥浆渗入地下水 受污染的地下水 煤矿 矿井 泥浆池 冷却水 锅炉 除尘器 煤灰池 粉煤灰渣 烟囱 酸雨 煤泥浓缩池 煤炭产业的取水量现已占全球取水总量的8%，且这一比 例可能在未来20年内翻一番。煤炭开采、洗选和燃煤发 电排放的大量水体污染物更进一步威胁着我们本就稀缺 的水资源。 1）采矿活动 首先要抽干大量的地下水，才能进行采煤作业。煤矿泥 浆会渗入当地的水源。酸性矿井水的排出则是造成长期 且极难治理的地表及地下水污染的罪魁祸首。 3）电厂 燃煤电厂需要用水作冷却，运转汽轮机以及冲洗煤灰。 一个使用直流供水冷却方式，装机容量为500兆瓦的燃 煤电厂每3分钟就会抽干一个奥林匹格规模的泳池蓄水 量。脱硫、脱硝、脱汞、除尘等大气污染防治技术也相 当耗水。即便如此，燃煤仍旧是酸雨形成的主要原因。 4）废物 煤炭的燃烧会产生大量的有毒废物， 这些废物通常被储藏在煤灰池和粉煤 灰渣场。这些燃煤废物的储存对当地 社区和水源的危害是持续性的，因为 它们会泄露，溢出或者渗入地下水。 2）洗选煤 洗煤需要用到当地珍贵的自然水资源， 并通常会加入危险的化学试剂。洗煤后 的稀泥浆被排放后会污染河流，也会渗 入地下水。 利用可再生能源发电耗水极少。从煤炭过渡到可再生能 源，是节约水资源以及保障人类生活、农业和环境清洁 用水的最高效可行的节水方式。 采煤厂和燃煤电厂通常 并不位于相同位置。本 图为展示的需求而使用 了一条河流进行表示。 洗煤厂 被污染的 地下水 泥浆池可能 会泄露并且 导致有毒废 料污染周边 区域 煤灰池可能 会泄露并导 致里面的有 毒废料污染 周边区域 第二章12 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 来自燃煤电厂的大气污染物对水体有严重影响。硫排放 会造成酸雨和湖体酸化，水银等重金属也会积累在鱼体 内。即便通过脱硫、脱硝、除尘等大气污染防治技术从 煤炭中去除这些污染物，整个过程也会增加淡水的需求 量。除尘器是为了减少大气污染，但污染物并不会消失 殆尽，这些防治技术会进一步增加煤灰中的有毒元素。 水银等污染物及其他重金属积累在煤灰中，会形成有毒 废料贮存的长期性问题，而一旦渗漏出去，水体也面临 着被污染的风险。 即便取出的水未能在冷却过程中全部用完，最终返回到 水系当中，其水质也会降低。在计算水耗时，通常都 没有将水质恶化的问题考虑在内。即使严重污染的疏干 水被排入水体，质量已经差到无法再作他用，也都被计 为再循环水。同样，污水一旦被返还，会污染其他大水 体，加剧用水危机。尽管如此，在对此问题进行前期调 研时，本研究团队未能找到能够将煤炭产业造成的污染 和用水需求规划结合起来进行评估的量化分析框架。 本研究重点评估了单个流域中已运行和规划中的燃煤电 厂的取水量与耗水量（后文统称为用水需求），煤炭开 采的用水需求也按国家为单位进行了模型计算。 方框1：本报告中水的相关定义 取水量（Water Withdrawal）是指为了满足冷却、 除尘或煤炭采选等需求而从水系中提取的水的总量。 耗水量（Water Consumption）是指总取水量与 最终返回原水系的水量之差，也即在冷却或煤炭开采 时，因为蒸发或在其他过程中流失的、不会返回原水 系的水量。 用水需求（Water Demand）是耗水量与取水量的统称。 可用蓝水（Available Blue Water）是指流域水资源被开 发前，可供使用的所有地表淡水总量，并不包括地下水。 基线水压力（Baseline Water Stress）是指为满足 人类需求的总取水量（m 3 /年）与可用蓝水量（m 3 /年） 之比 ，世界资源研究所的“水道”水风险分析工具就采 用了这一计算方式（Gassert，2014年）。水资源压力 的程度分为低（100 %）即“过度取水（over-withdrawal）”这 一等级。 流域（Catchment）是指雨水积累形成地表水，并最 终汇集成同一排水点的集水区域。流域有主流域和子流 域之分，子流域会将水排放到主流域——比如主要河体 当中。 集水区（Watershed）被美国环保局定义为“一片土 地之下或从该土地排放出的所有水汇集在相同地方，这 片土地被称为集水区。” 9 第二章13 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 图2：主要冷却技术用水示意图 循环冷却系统在再循环过程中对冷却水进行再利用， 而不是立即将其排放到原来的水源当中。最常见的情 况是，循环冷却供水系统利用冷却塔将水暴露在外界空 气当中。一些水分蒸发后，剩余的水被输送回发电厂冷 凝器中。此系统的取水仅用来补充在冷却塔中被蒸发的 流失水量，尽管其取水量要远小于直流冷却系统，但耗 水量明显要高。该系统是全球范围内冷却系统的首选， 有近一半的燃煤电厂都采用这种系统。一家装机容量为 500MW的次临界燃煤电厂每年的取水量约为1000万立 方米，耗水量约为840万立方米 10 。 直流冷却系统从附近水源取水（例如河流、湖泊、含水 土层或海洋），通过管道对水进行循环，以吸收来自冷 凝器系统中水蒸汽的热量，然后再将吸收了热量的水排 放到当地水源中，其中部分在蒸发过程中流失。这种冷 却系统取水量大，但耗水量相对较少。这种系统常见于 沿海发电厂（用海水进行冷却）、年代较远的内陆发电 厂或附近有充分淡水供给的发电厂。有近40%的燃煤电 厂采用这类冷却方式，其中有一半使用海水，另一半使 用淡水。一家装机容量为500MW的次临界煤炭发电厂 每年的取水量约为5亿立方米，耗水量约为290万立方 米 11 。一家装机容量为500MW，用海水进行冷却的发 电厂每年也需要140万立方米的淡水，供脱硫脱硝除灰 等大气污染物防治、弥补循环蒸汽、处理煤灰之用 12 。 干冷或空冷是以空气而不是水为媒介，来吸收气液冷凝 过程中的热量。潜在热量通过冷凝器密封墙壁消散到大 气中。这是一种相对较新也较为昂贵的冷却系统，专为 一些干旱地区的火电厂研发。干式冷却很易受高温影 响，温度高时冷却效率会大大降低。采用干式冷却的发 电厂仍然需要大量淡水洗涤大气污染物，取水量相当于 循环冷却系统的20-25%。一家装机容量为500MW的 次临界燃煤电厂每年的取水量约为200万立方米，耗水 量约为170万立方米 13 。 这些数字仅能大致说明不同类型冷却技术取水量与耗水 量的规模。各个国家间的区别很大。 第二章03 图 2015年12月，中国陕西省境内的窟野河，近二十年 的煤矿开采是造成河水断流的最主要原因。 © 念山/绿色和平 14 15 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第三章 对煤炭产业用水需求建模 本研究分析主要是基于对全球范围内已运行和规划中的 燃煤电厂（截至2013年）及硬煤和褐煤开采的取水量 和耗水量（后文统称用水需求）的模拟 14 。绿色和平国 际委托荷兰工程咨询公司Witteveen+Bos研发了该模 型，并以此评估了全球范围内煤炭产业的每个工厂的淡 水使用情况。结合模型分析结果，利用世界资源研究所 的“水道”水风险分析工具（2015），绿色和平国际和 Witteveen+Bos共同利用地理空间分析，对煤炭产业地 表淡水资源需求所产生的影响进行了研究 15 。 在分析过程中，本研究首先确定了全球已运行和规划中 的燃煤电厂的地理位置，再根据各国煤炭水耗研究文献 分析估测了这些电厂的用水需求，然后就这些已运行或 规划中的燃煤电厂对其所在集水区可用水的影响进行了 估算。截至2013年底，全球已运行的燃煤电厂装机容量 共1811吉瓦，规划或在建装机容量为1300吉瓦。本研究 列出了受影响最严重并亟需干预措施的水域，即红名单 地区。最后，本研究评估了不同的政策措施能够节约多 少燃煤电厂需水量，以及从多大程度上从广度和深度上 减缓水资源危机。 研究方法 本研究涵盖了全球所有涉及煤炭开采和（或）燃煤 发电的国家。研究方法以寿命周期分析（Life Cycle Analysis, LCA）为基础，利用区域影响分析的方法评估 煤炭采选和燃煤电厂的用水以及对当地水资源的影响。 研究方法包括以下五个步骤： 步骤1–资料收集和文献综述：这一步包括选择合适的数 据库，收集已运行和规划中的燃煤电厂及其地理位置等 数据信息。需要详细查阅重点的煤炭生产和消费国家的 法律法规和行业标准等相关文献，从而对冷却技术、取 水量和耗水量估值进行差距分析，并基于最佳可用信息 得出结论。鉴于中国和印度的已运行及规划中的燃煤电 厂占全球总量的比例极大，本研究特别关注了这两个国 家的用水需求。 步骤2–计算2013基准年中已运行的燃煤发电的用水需 求：这一步包括两部分，第一部分是对所有已运行的燃煤 电厂的年用水需求进行逐个计算。第二部分根据公开的全 国硬煤和褐煤开采量计算煤炭采选的用水需求。将这两个 部分加总得出2013基准年全球煤炭产能用水需求。16 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第三章 步骤3–计算规划中燃煤电厂的用水需求：为估测未来用 水需求，逐个计算规划中的燃煤电厂的用水需求。 步骤4–地理空间分析：本研究利用世界资源研究所的 “水道”水风险分析工具2.1版 16 进行基线水压力评估。 该工具提供了详细的全球用水需求和可用水数据；其数据 开源、完善且提供了方便的在线制图工具。以“水道”水 风险数据地图为基础，本研究汇总了各子流域的煤炭行业 用水需求，并重点评估了燃煤电厂所在流域当前的水资源 压力等级。研究还分析了已运行和规划中的燃煤电厂用水 需求所占的比例，并以地图的方式呈现出来。 步骤5–研究发现：通过将模型计算结果与地理空间分析 相结合，从而计算出上述重点研究领域的用水量。 本研究中煤炭产业生命周期每个阶段的用水率都有三类 估值：中位数、最小值和最大值。值得注意的是，梅尔 德伦等（Meldrum，2013）曾指出“考虑到已运行的技 术水平和研究条件等因素，文献中的最小和最大值可能 并不能反映真实水平。”尽管如此，这些数值仍能为这 项全球研究中的用水计算提供有价值的范围。 方框2：数据来源 • 基本数据：（a）发电厂具体信息：普氏能源公司 （PLATTS）是该研究的主要数据来源。该数据 库提供了发电厂的具体信息，如冷却技术、锅炉 类型（次临界或超临界）、装机容量和位置。实 地调研、学术文献、新闻文章、行业导则和其他 特定技术也用来弥补缺失的信息。（b）发电厂所 在地的可用水：信息来自世界资源研究所的“水 道”水风险分析工具数据2.1版。假设未来短期内 蓝水的可用性与基准年的数值相同。c) 截止2012 年底的煤炭开采数据来源于美国能源情报学会 （Energy Information Administration）,美国政 府以及《中国能源统计年鉴—2013》。 • 发电厂运行数据：容量系数（每年的设备利用小 时数）、耗水率（发电厂每千瓦时的用水量或 每开采一吨煤的用水量）的数据来源包括国际 能源署《世界能源展望》（IEA World Energy Outlook）报告、各国国家能源统计数据和相关学 术文献。17 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第三章 方框3：“过度取水”意味着什么？ 基线水压力大于100%时表示，该流域上人类的取水速 度超过了水资源恢复速度。这意味着，该流域当前只能 依靠跨流域调水或使用地下水，否则便面临着枯竭的危 险。世界资源研究所对此这样解释：“这意味着该流域 需要依赖地下水、跨流域调水和海水淡化，而且更容易 面临干旱威胁。” 水文学家普遍认为，取水率超过40%时，当地就面临 着高水平的水压力，可对生态造成严重影响 17 。当取水 率超过100%，即“过度取水”的状况下，人类的用水 需求本身已超过了可再生水资源总量，正在透支地下水 等存储。用于供养地表植被、维持水生生态系统、冲刷 河流沉积物污染物以及其他维持生命必要需求的生态用 水便开始匮乏。“过度取水”也将使子流域处于一种危 险情况： • 人们不得不为获取可用水而竞争，不得不利弊权 衡，选择将有限的水源用作粮食生产、工业活动、 能源、生态系统维护还是饮用和卫生。 • 缺水地区会依赖地下含水层等储备水源，然而往往 没有关于储备水量的可靠数据。地下水含水层恢复 率一般比地表水体慢得多。视水源地水文情况而 异，恢复到原来的蓄水量可能需要几十乃至上千年 的时间。在现实中，这意味着，地下水一旦枯竭即 等于长期地丧失了水源 18 。 • 过度开采地下水资源可导致地面严重沉降（从而更容 易致使洪水泛滥）以及沿海地区地下水的盐碱化。在 欧洲，这也是盐水入侵蓄水层的主要原因 19 。 • 集水区储备水量减少，该地区的水资源更易遭受季 节和年际供水变化的影响，而气候变化对两者的影 响都很显著，该流域复原能力也将减弱。 • “过度取水”地区更易受污染危害。干旱（季节性 或多年期干旱）将减少河流流量甚至促其断流。水 量减少而污染物数量不变，会对水生系统造成严重 破坏，或者造成土壤污染。03 18 18 图 2012年6月，中国内蒙古自治区， 采矿留下的塌陷大坑。 © 卢广/绿色和平 19 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第四章 研究发现 通过上一节所列出的方法，本研究在全球范围内对煤炭 产业的淡水用量进行了逐个详细评估。这项研究涵盖了 对截至2013年底煤炭产业用水需求的评估，以及2668 个规划煤电机组未来运行后可能造成的额外用水需求的 评估。 为了评估的准确性，本研究采用了世界资源研究所的全 球基线水压力分析。“基线水压力”的定义是“人类活 动取水总量和可用蓝水资源可用量之比”。水压力被分 为不同等级，从程度较低到极高再到“过度取水”。 接下来，本研究对全球范围内已运行和规划中的燃煤电 厂进行定位并绘制了地图，包括截至2013年底，8359 个已运行煤电机组（装机容量为1811吉瓦）和2668个规 划煤电机组（装机容量为1300吉瓦）。 全球煤炭产业每年使用多少淡水？ 本研究计算表明，2013年，全球煤炭产业每年的淡水消 耗量（中位数）约为227亿立方米，而取水量（中位数） 约为2810亿立方米。开采硬煤和褐煤的耗水量约占煤炭 产业总耗水量的16% 20 。燃煤电厂的用水量占比最大， 如下表所示，其耗水量为整个行业耗水量的84%，取水 量为90%。 世界卫生组织（WHO）表示， 50至100公升水是每人 每天的基本所需 21 。若以人类标准来衡量煤炭产业的用 水量，以每天50公升为最低限度，则每人每年用水需 求为18250升或合18.3立方米。煤电厂每年在全球消耗 190亿立方米的水。这意味着，全球8359个已运行煤电 机组每年所消耗的水量竟超过10亿人的基本用水需求。 如果再加上用于开采硬煤和褐煤的用水量，这一数值将 飙升至每年227亿立方米，足以满足12亿人一年最基本 的用水需求。20 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第四章 表1：全球燃煤发电总淡水用量——2013年为基准年 如果所有的规划燃煤电厂都运行起来，全 球用水需求将增加多少？ 如前所述，2013年底全球共有8359个在运行的煤电机组 （装机容量1811吉瓦）和2668个规划煤电机组（装机容 量1300吉瓦）。这就意味着，规划的装机容量与现在运 行的装机容量相比将增长约70%。如果这些燃煤电厂全部 运转，取水量预计增加320亿立方米/年，耗水量预计增加 170亿立方米/年。尽管新建燃煤电厂的取水量将大大低于 目前运行的燃煤电厂，但其耗水量却会增加90%。结果表 明，使用冷却塔的循环冷却技术已占据主导地位，这种 冷却方式比直流冷却系统的取水率低了不少。然而，使 用冷却塔则意味着耗水率提高——因此，燃煤电厂取水 率降低，却增加了取水量中的用水比例。结果就是，如 果所有的新建燃煤电厂都按照规划的冷却技术上线运行 的话，耗水量将几乎翻一番——从190亿立方米上升到 360亿立方米。 表2：全球燃煤电厂总用水量——已运行装机量（2013年底）和规划装机量 耗水量(亿 m 3 /年) 取水量(亿 m 3 /年) 装机容量 (GW) /煤 炭产量 ( 百万吨, Mt) 中位数 最小值 最大值 中位数 最小值 最大值 燃煤电厂 1811.45 GW 190.55 146.22 267.14 2552.02 1602.31 3652.61 硬煤生产 6357.43 Mt 32.38 9.81 132.94 32.38 9.81 132.94 褐煤生产 2037.79 Mt 4.07 1.10 10.74 229.12 171.84 286.40 总用水量(2013) 227.00 157.13 410.81 2813.52 1783.96 4071.95 耗水量(亿 m 3 /年) 取水量(亿 m 3 /年) 全球总量 装机容量 (GW) 中位数 最小值 最大值 中位数 最小值 最大值 已运行 1811.45 190.55 146.22 267.14 2552.02 1602.31 3652.61 规划中 1294.60 172.00 141.52 216.81 316.95 255.78 377.18 总量 362.56 287.74 483.95 2868.97 1858.08 4029.7921 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第四章 本研究重点评估了处于规划和审批各阶段以及已运行燃 煤电厂所造成的影响，而非对未来煤电装机容量的抽象 预测。用这种方法评估煤炭产业对水资源的压力更准 确，操作性也更强。 然而，目前已有的规划中的燃煤电厂名单并不能完整反 映未来需求——新的煤电项目在不断规划中。这些用水 需求迫切、高耗水的行业集中在缺水地区，会进一步恶 化这些水资源已经很紧张的地区的状况。 全球近一半燃煤电厂已经建于水资源短缺 的地区 结果显示，44%的已运行燃煤电厂和45%的规划燃煤电 厂已经或将要建在“水压力”程度高乃至极高的地区，其 中许多已达到“过度取水”的等级。处于这些水压力等级 情况下的地区，其生态系统一般都会受到严重的影响。 由于来自不同用水者的用水需求都很高，已运行和规划 中的燃煤电厂所在地区已有四分之一面临着“过度取 水”的威胁。下表详述了表现出不同程度基线水压力的 地区已运行和规划中的燃煤电厂的百分比： 表3：已运行和规划燃煤电厂所在地区的基线水压力程度 基线水压力等级 已运行装机容量(GW) % 规划装机容量(GW) % 1. 低(100%) 438 24% 295 23% 干旱 及用水量低 27 2% 22 2% 无数据 0.204 0% 0 0% 总计 1811 1295 22 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第四章 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 取水率超过40%时，就属于基线水压力“高”，一般这 种情况也会对生态系统有严重影响。基线水压力程度“ 极高”意味着人类活动取用了超过80%的水。“过度取 水”也属于基线水压力“极高”的范畴，表明基线水压 力程度已经超过了100%，意味着人类用水需求已超过 当前可用水总量。 下图根据装机容量详细展示了已运行和规划中的煤电厂 在不同基线水压力等级中的分布。其中，800吉瓦已运行 的燃煤电厂和576吉瓦规划中的燃煤电厂已经或将要建于 基线水压力程度“高”或“极高”乃至“过度取水”地 区，当地生态系统受到严重威胁。其中，438吉瓦已运 行燃煤电厂和295吉瓦规划中的燃煤电厂已经建于“过 度取水”地区，其中有四分之一地区的耗水速度都至少 比当地水源再生速度快五倍。 图3：面临不同程度基线水压力的已运行燃煤电厂和规划中的燃煤电厂装机容量分布 已运行（吉瓦） 1.低（100%） 干旱和用水量低 规划中（吉瓦）23 “由于来自不同用水者的 用水需求都很高，已运行 和规划中的燃煤电厂所 在地区已有四分之一面 临着‘过度取水’的威 胁。” 图 2013年6月，中国内蒙古自治区，干涸的农田。 © 邱波/绿色和平 第四章 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机24 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第四章 本图标示出了世界范围内受到煤炭产 业扩张不同影响的区域。其中，“过 度取水”地区用深棕色表示，分布于 中国、印度、美国以及中亚等地区。 全球水压力 1.低（100%） 干旱和用水量低25 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 第四章 图4：全球基线水压力分布图（红色代表基线水压力等级高或极高，深棕色代表“过度取水”）。26 绿色和平国际 煤炭产业 如何加剧全球水危机 全球水压力 1.低（100%） 干旱和用水量低 第四章