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随着气候危机日益加剧，中国的低碳转型工作刻不容缓。能源系统通过能源载体连接供应端与消费端，涵盖一次能源供应、能源加工转换、终端能源使用等环节。中国能源活动二氧化碳排放达到中国温室气体总排放的近80%。因此，推动能源系统向高可再生、高电气化、高韧性模式转型是中国有效应对气候变化、实现双碳目标的关键。同时，能源供应端的低碳转型能够有效实现减污降碳的协同，推动实现空气清新、水体洁净、土壤安全，从而赋能自然生态环境的改善和人居环境质量的提升。
本文以中国能源模型论坛（CEMF）北京工业大学合作研究团队关于陕西省能源低碳转型的最新研究成果为例，发掘能源供应部门低碳转型与水资源和水体洁净提升的协同效益。
陕西省地跨黄河、长江两大流域，水资源总量为419.6亿立方米（2000年）。其中黄河流域在陕西省境内流域面积133301平方千米（占陕西省总面积的65%），分布着全省85%以上的工业和76%的人口；境内渭河、延河和无定河是黄河的一级支流，而渭河是黄河的最大支流。陕西省石油、天然气、煤炭资源储量丰富，是煤炭、石油和天然气的能源输出大省。同时，陕西省的能源消费结构偏重，2020年煤炭消费量在能源消费总量的占比为75%。陕西省能源-水资源综合评估模型的研究结果显示，以煤为主的能源资源禀赋决定了未来相当长一段时间内陕西省的经济社会发展仍将离不开煤炭。其中，2035年高挑战-可再生能源政策情景（Great challenge- renewable energy policy，Ger）和低挑战-电力-煤炭政策情景（Low challenge- electricity-coal policy，Lec）煤炭消费比重将达到57.5%和69.9%。
外送能源的CO2排放（尤其是外送电力）是否算在本省将显著影响陕西省的碳达峰时间及峰值，但不会对其碳中和时间产生显著影响。在外送能源的CO2排放计入本省的情况下，陕西省CO2排放量有望在2030年前达到峰值。基准情景（Business-as-usual，BAU）、低挑战-电力-煤炭政策情景（Lec）、2035减半情景（Halve）的峰值约为4.5、4.4和4.4亿吨CO2，高挑战-电力-煤炭政策情景（Great challenge- electricity-coal policy，Gec）和2035年高挑战-可再生能源政策情景（Ger）下会在2025年达峰，峰值约为4.3亿吨。在外送能源的CO2排放不计入本省的情况下，陕西省CO2排放量有望在2025年前达到峰值。BAU情景下CO2峰值约为3.51亿吨，而Lec、Halve、Gec和Ger情景下峰值约为3.50亿吨。
2020-2060年陕西省CO2排放量（a外送能源的CO2排放计入本省; b外送能源的CO2排放不计入本省)
不同转型情景中，Ger情景的能源行业节水降污的协同效益最大。2035年和2060年， Ger情景的协同指数将为0.27和0.66。这是因为在Ger情景中，陕西省能源行业拥有更低的取水量需求和更高的非化石能源消费比重。另外，能源行业低碳减排技术对降低水量有显著的协同效果，能有效缓解水资源短缺的压力。到2035年，Ger情景下能源行业的取水总量将为39886万m3，由于单位取水量小的风能和太阳能发电的发展，相比2020年可下降40.6%。外送能源的取水量占能源行业取水总量的比重在35%-45%之间；且外送同等数量的能源时，因风能和太阳能发电规模较大，Ger情景下的取水量会更低。从分地区的角度来看，榆林市能源行业取水量在2020到2060年各情景中均为陕西省首位，占比约为陕西省能源行业总取水量的31%。其取水量较大的原因是榆林市作为陕西省主要能源生产城市，贡献了较高的石油、煤炭、天然气和电力行业产值。
从水体污染物去除的角度来看，与2020年相比，2060年各情景下陕西省能源行业废水排放中总磷、总氮和氨氮排放量最多可减少2.06吨、205.89吨和10.29吨。根据水体富营养化、酸化和淡水生态毒性三大水环境影响的评价结果，Gec情景下的水环境影响持续增加，增幅为7.82%。而其余四种情景均为下降态势，其中Halve情景的降幅最大，为26.19%；Ger情景的降幅最小，为4.12%；BAU和Lec情景的降幅分别为7.17%和5.33%。从分地区的角度来看，陕西省能源行业水环境影响排名靠前的地区都是能源行业产值较高地区，2035年和2060年水环境影响排名前两位的分别是榆林市和咸阳市。
2035年和2060年陕西省分地区能源行业水环境影响评价
从全生命周期的角度考虑，可再生能源在能源转型过程中具有明显的环境优势。例如，在电力行业中，风力和光伏发电在燃料的提取、加工和运输、发电厂的运营、发电厂的建造和退役以及废物管理等生命周期阶段的水环境影响显著小于火力发电。它们的单位发电酸化影响仅为煤电的3.9%和8.8%，单位发电水体富营养化影响仅为煤电的2.5%和6.6%。综上所述，相比于火力发电，风电和光伏发电在发电厂运营阶段和全生命周期阶段在降低水环境的影响方面均有显著优势，对这两种发电方式的大规模应用将带来较好的节能减排和节水降污的协同效益。因此，陕西省能源行业应充分利用本地的风能、太阳能、地热能等资源，积极探索使用新能源或者采用新能源与传统能源相结合的生产方式，从源头对行业用水与污染排放进行控制，降低行业废水酸化、水体富营养化、淡水生态毒性等环境影响，从而减轻对水量和水环境的负面影响。
随着能源供应端的低碳转型工作不断推进，其带来的环境效益将加速助力我国2035美丽中国目标的实现，为人与自然和谐共生夯实基础。EDF将继续分享各部门研究进展与实践案例，探讨低碳转型措施如何有效应对气候变化的同时，在自然生态环境领域带来的效益，包括污染物减少、生态服务价值提升等，最终赋能人居生态环境良好，达到协同实现应对气候变化、生态保护与修复、环境质量和健康效益提升等2035美丽中国建设目标。
注：本文作者为CEMF研究团队李卓然、赵贝、薛珂洋、刘影影、张蓝天、陈莎。
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CEMF案例分享 | 陕西省“水-能”多目标协同增效
