长江流域火电工业取用水量及定额分析

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(长江科学院 水资源综合利用研究所， 武汉 430010)

我国目前正处于工业转型、产业结构转轨的重要时期，“资源节约、环境友好”成为全国工业转型的风向标。工业节水是节水型社会建设中最重要的内容之一。我国工业用水主要集中在火电、钢铁、石化、化工、造纸、有色金属、食品与发酵等8个高用水行业，8大行业取水量约占全国工业总取水量的60%左右(含火电直流冷却水)*《中国节水技术政策大纲》,国家发展和改革委员会、科技部、水利部、建设部、农业部2005年第17号公告。。加强高用水工业节水是工业节水工作中的重中之重。

长江流域是我国高用水工业最为集中的地区，在全国占有的比例高达42%以上。高用水工业主要分布在流域中下游地区，约占全流域高用水工业的80.2%，其中又以太湖水系和湖口以下干流的高用水工业最为集中，约占全流域的60%。根据全国用水总量控制2020年6 700亿m3的目标，长江流域2020年控制指标为2 256亿m3[1]。要实现这个目标，必须严格贯彻落实最严格的水资源管理制度，确立用水总量控制和用水效率控制红线，从宏观和微观两个层面严格水资源管理。根据流域用水资料统计[2]，2009年长江流域火电行业用水量为339亿m3，在工业用水量中所占的比例已超过52%，成为名副其实的工业用水第一大户。因此，严控火电行业取用水量，实行严格的用水定额管理，是实现流域用水总量控制目标的关键举措。

1 长江流域火电工业用水量变化分析

根据长江流域1980—2010年用水资料统计(详见表1)，30 a来长江流域用水总量增加了659亿m3，其中工业用水量增加了550亿m3，占流域用水总量增加量的83%；火电工业用水量增加了266亿m3，占流域用水总量增加量的40%，占工业用水增加量的48%。

表1 长江流域火电工业用水量变化

从用水增长速度来看，总用水量在前、中、后3个10 a期间内的增加量占30 a用水增加总量的比例分别为36%，40%，24%，呈现出先快后慢的趋势；工业用水量在3个10 a期间内的增加量占工业用水增加总量的比例分别为23%，42%，35%，呈现出先急后缓的趋势；火电工业用水量则表现出持续增长的趋势，尤其是近10 a高速增长，用水增加量占火电工业用水增加总量的比例高达45%，是前10 a的2.7倍。

从用水结构的变化趋势来看，工业用水量占总用水量的比例由1980年的15%增长至2010年的38%，涨幅达23%，其中仅火电工业用水量涨幅就达11%，占工业用水涨幅的48%。

综上所述，工业是长江流域第一用水增长大户，而火电工业无疑是工业用水第一大户，反映出高用水工业用水量是构成工业用水量的主体。工业用水量的快速增长，除了受流域经济高速发展的影响外，行业用水效率低也是其中的一个关键诱因。加强工业用水管理，尤其是强化高用水工业用水效率管理，全面提高高用水工业用水水平，是实现流域用水总量控制的关键。

2 火电工业取用水定额指标及涵义

根据国家现行相关标准、规范、规划要求，我国火电工业取用水定额包括单位发电量取水量和装机水耗率两项指标。各指标的涵义及计算方法如下：

(1) 单位发电量取水量,定义为火电厂生产每兆瓦时电需要从各种水源中提取的水量。

式中：Vui为单位发电量取水量[m3/(MW·h)]；Vi为在一定计量时间内，生产过程中取水量总和(m3)；Q为在一定计量时间内的发电量(MW·h)。

(2) 设计全厂发电水耗率(又称全厂装机水耗率),定义为按火电厂单位装机容量核定的耗水量。该指标主要用于火电厂规划与设计。

式中：bs为设计全厂发电水耗率[m3/(s·GW)]，Qx，s为设计全厂新鲜水消耗量，即设计从水源总取水量，包括厂区及厂前区生产及生活正常耗水量，不包括厂外生活区耗水量和临时及事故耗水量(如机组化学清洗、消防等耗水量)，当火电厂冷却系统有排水返还水源(如采用直流、混流或混合供水系统)时，设计全厂水消耗量应等于从水源总取水量中扣除返还水源排水量后的设计总净取水量(m3/s)；N为设计全厂机组额定总发电装机容量(GW)。

3 长江流域火电工业取用水定额现状分析

3.1 地方发布的用水定额分析

根据调查统计，截至2010年底，长江流域涉及的19个省、市、自治区共有16个颁布了地方用水定额标准，其中火电工业用水定额规定了单位发电取水量标准。

长江流域现状各行政区发布的电厂取水定额标准基本是参照国家标准《取水定额 第1部分：火电》(GB/T18916.1—2002)制定的(详见表2)。以循环冷却电厂为例，从地域分区来看，长江流域上游、中游、下游各省级行政区制定的火电工业循环冷却电厂单位发电取水定额标准差别不大，基本在国家标准规定的取水定额标准范围内；从经济发展水平来看，经济发达地区取水定额标准相对较高，如重庆、上海、江苏取水定额标准相对较高，云南、湖南、安徽3省取水定额标准相对较低；从区域水资源条件来看，同在长江中游地区的的湖南和江西2省，经济发展水平和水资源条件相当；湖南省制定的电厂取水定额在国家标准范围内，江西省制定的电厂取水定额却高于国家标准。一般情况下，区域经济发展水平和水资源条件是制定取水定额标准的2个主要限制性因素，但从长江流域各省级行政区已发布的用水定额来看，并没有将这2个限制性因素充分反应进去。

表2 长江流域分区火电工业取水定额标准

3.2 建设项目取用水定额分析

根据对长江流域近5 a来21个新建火电工程用水定额的调查统计结果(详见表3)，采用600 MW级和300 MW级机组的循环冷却电厂数量占统计的循环冷却电厂数量的80%，在一定程度上说明，300 MW级和600 MW级机组仍是当前长江流域内循环冷却电厂采用的主力机组，而直流冷却电厂以1 000 MW级机组为主。

统计的循环冷却电厂中，采用1 000 MW级机组的电厂，单位发电量取水量介于1.62～2.05 m3/(MW·h)之间，装机水耗率介于0.52～0.621m3/(s·GW)之间；采用600 MW级机组的电厂，单位发电量取水量介于0.99～3.43 m3/(MW·h)之间，装机水耗率介于0.108～0.67 m3/(s·GW)之间；采用300 MW级机组的电厂，单位发电量取水量介于2.03～3.15 m3/(MW·h)，装机水耗率介于0.585～0.844 m3/(s·GW)之间。统计的直流冷却电厂，单位发电量取水量介于0.28～0.57 m3/(MW·h)之间，装机水耗率介于0.078～0.11 m3/(s·GW)之间。

表3 长江流域部分新建电厂取用水定额统计

从电厂的用水水平来看，采用同一等级机组的电厂，电厂间的用水水平存在着一定的差距。采用1 000 MW级和300 MW级机组的电厂，用水水平差距不大，但采用600 MW级机组的电厂，用水水平差距悬殊。在一定程度上说明了，采用600 MW级机组的电厂节水潜力巨大。

影响电厂用水水平的因素较多。采用先进的节水新工艺、节水新技术，节水新设备，加强用水环节的控制和管理，是缩小电厂间用水水平差距，提高电厂用水水平的重要举措。

4 长江流域火电工业取用水定额先进性分析

根据长江流域近5 a来21个新建电厂工程统计结果，循环冷却电厂单位发电取水定额最大为3.43 m3/(MW·h)，最小为0.99 m3/(MW·h)；装机水耗率最高为0.844 m3/(s·GW)，最低为0.108 m3/(s·GW)。直流冷却电厂单位发电取水定额最大为0.56 m3/(MW·h)，最小为0.281 m3/(MW·h)；装机水耗率最高为0.1 m3/(s·GW)，最低为0.078 m3/(s·GW)。采用空冷机组的电厂单位发电取水定额仅为0.428 4 m3/(MW·h)，装机水耗率为0.119。

与长江流域各行政区现行用水定额标准相比，目前新建电厂项目用水定额已远远低于地方发布的用水定额，说明各行政区参照国家标准GB/T18916.1—2002《取水定额 第1部分：火力发电》制定的定额标准相对偏低，已不能适应当前火电行业快速发展对水资源的需求。

国外先进国家采用单机容量200 MW及以上、凝汽式汽轮机组，循环冷却电厂平均单位发电量取水量为2.5～3.6 m3/(MW·h)，装机水耗率为0.7～1.0 m3/(s·GW)；直流冷却电厂装机水耗率为0.05～0.1 m3/(s·GW)。德国循环冷却电厂平均单位发电量取水量为1.8～2.4 m3/(MW·h)[4]，其中德国罗伊特西部电厂装机水耗率为0.5 m3/(s·GW)[5]；美国石灰石城电厂单位发电量取水量为2.43 m3/(MW·h)，装机水耗率为0.675 m3/(s·GW)[6]；加拿大海特湾电厂单位发电量取水量为1.96 m3/(MW·h)，装机水耗率为0.544 m3/(s·GW)[6]；南非马廷巴电厂是世界上采用空冷机组最大的电厂，单位发电量取水量为1.25 m3/(MW·h)[7]。

与国外先进用水定额相比，长江流域新建电厂项目，单机容量在300 MW及以上的电厂单位发电取水定额和装机水耗率指标均已达到国外先进水平，一些采用了先进节水技术的大型火电厂用水水平已达到国际领先水平。

5 结 语

工业是长江流域用水第一增长大户，而火电工业又是长江流域工业用水第一大户。加强火电工业用水效率管理，对于控制流域工业用水增长速度，进而实现流域用水总量控制目标，实现流域水资源的可持续利用具有重要的意义。

近年来，随着我国电力行业加强水务管理，积极推广应用国内外先进节水技术，采用成熟的节水新工艺和新设备，在提高水资源的利用效率和效益方面取得了显著的成效，长江流域火电工业用水水平取得了较大的提高，新建大型火电项目用水水平已达到国外先进水平，一些采用高参数、大容量机组的火电厂用水水平处于国际领先水平。但由于电厂采用的节水工艺、节水技术和节水措施的不同，电厂间的用水水平差距仍然很大，整个火电行业仍有较大的节水空间。同时，地方发布的火电行业用水定额标准，与新建火电工程采用的先进用水定额相比明显偏低，已不能适应当前火电行业快速发展对水资源的需求，地方用水定额修编工作亟待开展。随着我国最严格水资源管理制度的提出与实施，对高用水行业用水提出了更高的要求，也必然促进流域火电工业用水效率再上新台阶。

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