合理利用水资源促进电力工业健康发展
中国电力工程顾问集团公司
赵洁 谢秋野 徐海云
2007年5月  北京

    水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是经济社会可持续发展、维系生态平衡与和谐环境的重要基础。我国水资源总体状况并不富裕，致使全国大部分地区呈现水资源紧张局面，成为经济社会发展的制约因素之一。电力工业作为国民经济基础产业和重要能源行业，同时也是工业用水大户，在我国水资源节约工作中具有特别重要的地位。合理利用水资源，积极应用先进成熟的节水技术，是促进电力工业健康发展的一项紧迫的战略性任务。

一、我国富煤缺水地区火力发电面临水资源困境

    我国多年平均年水资源总量为28412亿m3，多年平均地表水资源量为27375亿m3，水资源总量列世界第6位，平均人均占有水资源量2200m3，仅为世界人均占有量的28%，列世界第128位。预计到2030年，我国人口达到16亿峰值时，人均水资源占有量仅为1770m3，可见我国水资源并不富裕。同时，我国水资源分布与土地资源、人口、其他资源以及生产力布局不相匹配，总体表现为南方多、北方少，东部多、西部少，山区多、平原少。
图1（略）  我国水资源流域分布图
我国水资源可利用总量仅占水资源总量的31%，地表水资源可利用率仅为29%左右，而我国北方地区水资源可利用总量约占水资源总量的51%，随着经济社会发展和生态环境保护用水需求的不断增加，未来我国水资源的供需形势将更为严峻。
图2 （略） 我国水资源流域可利用率和开发利用率图
我国煤炭资源则与水资源呈逆向分布，总体表现为北多南少、西多东少。从煤炭资源的区域分布来看，华北地区和西北地区占全国的79.64％，山西、内蒙、陕西、新疆、贵州和宁夏6省区占全国的81.6％。
图3 （略）我国煤炭资源区域分布
我国北方地区不仅煤炭资源丰富，生产规模或规划生产规模亦较大，已经或即将成为我国煤炭生产和供应的重要组成部分，对我国火电工业的发展举足轻重。全国十三个煤炭地基2003年的煤炭产量占全国的78.6%，预计2020年的煤炭产量占全国的约80%以上，全国十三个煤炭基地绝大部分位于水资源紧缺的北方地区。
图4 （略）全国十三个煤炭地基煤炭产量

    煤炭是我国最主要的一次能源，目前煤炭消费量中电力用煤占50%以上，2006年全国火电装机容量4.84亿千瓦，占总装机容量的77.82%。在今后相当长的时期内，火力发电机组在电源结构中仍然占主导地位。但我国主要煤炭基地多数处于水资源紧缺地区，因此水资源条件将会成为建设大型坑口燃煤电站的重要制约因素。

二、我国火力发电厂用水现状

    2000～2004年，我国工业用水量约占全国总用水量的20～22%，其中火电行业用水量约占工业用水量的39～46%，是工业用水第一大户。近年来随着火电装机规模的快速发展，行业用水量增长趋势明显。

    表1            2000～2004年火电行业用水量
       项目年份 全国总用水量（亿m3） 工业用水量（亿m3） 火电用水量（亿m3） 火电装机容量（兆瓦）
2000 5498 1139 465 237540
2001 5567 1142 441 253012
2002 5497 1142 509 265547
2003 5320 1177 521 289771
2004 5548 1229 569 324900
2005    384180
    原国家电力公司曾于2000年对全国火力发电厂冷却水情况进行统计分析，在火力发电总装机容量中，循环冷却的装机约占57.4%，大多分布在内陆地区，装机耗水率为1.32m3/s·GW。直流冷却（含空冷）约占42.6%，装机耗水率为0.37m3/s·GW，直流冷却机组大多分布在长江中下游、松花江中下游、沿海地区。全国火力发电厂2000年的平均（包括循环冷却电厂和直流冷却电厂）装机耗水率为0.92m3/s·GW；火力发电厂每千瓦时发电量耗水量平均为4.13kg；火力发电厂在各种情况下（包括循环冷却电厂及直流冷却电厂等）共耗水为45.79亿m3。
    表2         2000年火力发电厂耗水状况
    机组冷却方式 循环冷却 直流冷却 全国
    火电装机（亿千瓦） 1.360 1.008 2.368
    装机比例（%） 57.4 42.6 100
    耗水量（亿m3） 37.82 7.97 45.79
    耗水指标（m3/s·GW） 1.32 0.37 0.92
    注：直流冷却电厂耗水量为除直流冷却水量外的其它耗水量。
    我国2000年平均发电耗水量为4.13kg/kWh（包括循环供水冷却电厂和直流供水冷却电厂），发达国家发电耗水量为2.52kg/kWh，南非发电水耗为1.25kg/kWh；发达国家二次循环供水系统的设计耗水指标为0.6m3/s·GW，我国同类机组的实际耗水指标为1.32 m3/s·GW。可见我国火电行业用水量大的同时，水资源使用效率总体水平较低，资源浪费比较严重。虽然近年来，新建300MW以上的机组，从设计、建设、运行管理等环节加强了节水意识，并取得了较好的效果。但从整个火电力行业来看，总体耗水指标依然较高，造成这种现象的有以下主要原因：
    1、现役老机组大多设计建成于上世纪七、八十年代，机组容量小，且大都为湿冷机组，耗水量较大。淘汰老机组或对老机组进行节水改造，需要一定的时间。
    2、先进的节水技术、工艺造价较高，而现有水价偏低，大力推广先进的节水技术和工艺需要一个过程。
    3、水务管理手段和水务水平还有待进一步提高。

三、强化水资源综合利用、积极采用先进成熟的节水技术

    我国水资源总量短缺，靠修水库、建调水工程，不能从根本上解决问题，建设节水型社会、提高水资源的利用效率和效益才是解决我国特别是北方干旱缺水问题最根本、最有效的战略举措。我国北方地区煤炭资源丰富，但与水资源的分布极不匹配。因此，强化水资源的综合利用，积极采用先进成熟的节水技术，是破解电力发展与水资源短缺矛盾的唯一有效途径。
    （一）严格执行国家节水政策和用水标准
    必须高度重视节约用水，按照国家的产业政策鼓励新建、扩建燃煤电站项目采用新技术、新工艺，降低用水量。
    对扩建电厂项目，应对该电厂中已投运机组进行节水改造，尽量做到发电增容不增水。
    在北方缺水地区新建、扩建电厂时，应禁止取用地下水，严格控制使用地表水，鼓励利用城市污水处理厂的再生水或其它废水。原则上应建设大型空冷机组。坑口电站项目应首先考虑使用矿井疏干水。
    沿海缺水地区建厂时，应鼓励利用火电厂余热进行海水淡化。
    应进行精心的水量平衡和节水优化设计，对于300MW及以上空冷凝汽发电机组，其设计耗水指标应控制在0.15m3/s·GW, 经设计优化后应做到0.12m3/s·GW以下；对于300MW及以上循环供水凝汽式发电机组，其设计耗水应控制在0.8 m3/s·GW, 经设计优化后应做到0.6~0.7 m3/s·GW以下；对于300MW及以上直流供水凝汽发电机组，其设计耗水控制指标为0.12m3/s·GW, 经设计优化后应做到0.8~0.1 m3/s·GW以下。
    （二） 积极利用城市再生水
    将城市污水处理后作为再生资源回用于电厂，实现污水资源化，既可以有效地节约新鲜水资源，又可以减少污、废水排放，具有开源与节污的双重功效，社会效益、环境效益和经济效益显著，特别是对于水资源短缺、水环境不断恶化的北方地区。
    城市再生水可作为距城区较近的电源项目或城市热电项目的补给水源。利用城市再生水作为电厂补给水源，在工艺设计上已取得成熟经验。大同二电厂600MW直接空冷机组全部工业用水采用再生水水源，效益显著。目前，利用城市再生水的地区已不再局限在三北地区，其他地区有条件的电源项目，也在积极利用再生水作为水源。
    在利用城市再生水作为电厂补给水源时，应注意城市发展规模、再生水处理厂规模以及污水处理厂的运行状况，充分论证再生水水源的可靠性。
    （三） 积极利用矿区排水
    利用矿区排水作为电厂水源，节约水资源的同时保护水环境，促进煤矿与水环境良性发展。
    我国山西、内蒙、陕西、东北等地的一些矿区，因煤层埋深较浅，赋水条件较好，开采过程中疏干水量较大，且有一定的外排量。在国家节水政策的引导下，目前已有一部分坑口电厂利用矿区排水作为电厂补给水源。
    在利用矿区排水作为电厂水源时，应注意矿区的开采规模、方式、规划以及自用水量，充分论证水源的可靠性。
    （四） 积极利用海水
    直接利用海水作为冷却水。一般海滨电厂均采用海水直流冷却。对于采用海水直流冷却受到限制的沿海电厂，可采用海水循环冷却方案，宁海电厂二期工程采用海水作为循环水补给水，拟建的北疆、大港二站、东营等电厂将采用海水作为循环水补给水，可进一步拓宽利用海水冷却的空间。
采用海水淡化工艺解决生产和生活淡水供应。我国沿海地区一般经济发展程度较高，但淡水资源普遍紧张。利用海水作为冷却水源的同时，积极采用海水淡化，满足电厂淡水需求，可节约宝贵的淡水资源。
    投运的山东黄岛电厂，日产淡水3000吨；华能大连电厂日产淡水2000吨；华能威海电厂日产淡水2000吨。黄骅、北疆等电厂，也正在实施海水淡化工程。
    （五） 积极推动水权转换
    我国农业灌溉效率较低。通过水资源市场化运作，以水权转换方式实现工业反哺农业，辅助农业节水改造，是促进全社会用水结构调整、优化水资源配置、提高用水效率、节约水资源的有效途径。
    经过几年的试点，黄河水利委员会先后批复了内蒙、宁夏自治区水权转换总体规划。内蒙鄂尔多斯地区、宁夏宁东地区已经有一些电厂利用水权转换方式解决了水源问题（如鄂尔多斯地区的亿利煤化工基地4×200MW电厂，宁夏的灵武电厂2×600MW）。
    (六) 积极应用先进成熟的节水技术
    1、在富煤缺水地区采用空冷系统，最大限度节约用水。我国直接空冷系统设计和设备制造国产化技术攻关已取得重大突破。目前三北地区新开工项目基本上全部采用空冷机组，极大的节约了宝贵的水资源，同时也拓展了北方缺水地区火电机组发展的空间。目前，新建、扩建单机容量300MW及以上的空冷机组，当采用电动给水泵、干式除灰、湿式除渣、石灰石－石膏湿法脱硫、辅机冷却水湿冷方案时，设计耗水指标平均约为0.15m3/s.GW。
    2、应用节水新技术、新工艺，进一步降低耗水指标。
    l 减少热力系统汽水损失和闭式循环冷却水损失；
    l 运煤系统采用真空清扫系统和袋式除尘器；
    l 采用屋顶式空调机；
    l 采用干式除渣系统；
    l 辅机冷却采用空冷方式；
    l 干法活性焦脱硫技术；
    采用空冷机组并综合应用上述技术措施可使设计耗水指标进一步降至0.11～0.04m3/s.GW。
    3、优化厂内水资源配置，综合利用、重复利用、提高用水效率。提高循环供水系统的发电厂的循环水浓缩倍率，并辅以合适除灰方式等，有效的节约用水。
    4、因地制宜采用"零排放"技术，最大限度保护水环境和节约用水，实现能源、环境和谐、发展、共赢。
    5、优化水务管理设计，对火力发电厂各供水、排水系统进行水务管理设计和优化，选用节水工艺，确定经济合理的供水、排水方案，拟定排水回用措施，做到一水多用、污水回用，水尽其用，进一步提高电厂水务管理设计水平。加强监控管理，及时堵塞漏洞，推动电厂降低耗水指标工作。
    （七）加强现役老机组节水改造
    现役老机组技术水平、工艺水平的相对落后，导致水资源浪费严重。而且，在北方缺水地区的这些机组绝大部分为湿冷机组，逐步淘汰或改造这些老机组，将有很大的节水空间。
    对缺水地区以湿冷机组为主的现役老机组原有水灰场应逐步改造为干灰场。通过节水技术改造使循环水浓缩倍率达到3以上，循环供水电厂的耗水指标降至0.7 m3/s.GW以下，海水直流供水电厂耗水指标降至0.10m3/s.GW以下。对缺水地区电厂污废水应全部综合利用，循环水浓缩倍率达到6以上，基本实现零排放，循环供水电厂的耗水指标降至0.6 m3/s.GW。
 

四、结语

    党的十六大提出到2020年全面建设小康社会的奋斗目标，电力工业作为基础产业是经济社会发展、人民生活水平提高的重要保障，我们要坚持科学发展观，充分考虑各地水资源承载能力，统筹兼顾各行业用水，构建资源节约型和环境友好型社会，以满足经济社会和谐发展。坚持开发节约并重、节约优先原则，强化综合利用水资源，积极应用先进成熟的节水技术，是保持电力工业健康和可持续发展的重要和长远的战略性任务。

    参考文献：1、〈火力发电厂综合节水措施应用研究〉东北电力设计院
              2、〈火力发电厂水资源综合利用对策〉中国电力工程顾问集团公司
              ３、〈积极采用节水技术降低缺水地区火电厂水耗〉中国电力工程顾问集团公司