何祚庥分享 http://blog.sciencenet.cn/u/hezuoxiu 中国科学院理论物理研究所 研究员

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环地中海地区“洁净阳光能源(CSP)倡议”对我国的启示——我国能否启动一个沙漠“阳光工程”,实现“东水西调”?

已有 8322 次阅读 2008-4-29 15:35 |个人分类:生活点滴|系统分类:观点评述

 
环地中海地区“洁净阳光能源(CSP)倡议”对我国的启示
 
——我国能否启动一个沙漠“阳光工程”,实现“东水西调”?
 
中国科学院理论物理研究所
 
何祚庥研究员 陈应天研究员
 
2008年2月4~5日,欧洲罗马俱乐部(The Club of Rome)和环地中海可再生能源合作组织(TREC)在西班牙巴塞罗纳召开一个“洁净阳光能源”(CSP)的大型研讨会。G. Knies先生代表会议主办方提出一个“在北非开发洁净阳光能源的设想,——为促进欧洲、中东、北非(EU—MENA)能源淡水气候安全,建立阳光能源合作伙伴关系,在沙漠上开发洁净能源的一个建议。”
 
我们在前一篇文章,“一个影响环地中海地区,甚而可能影响世界未来的‘洁净阳光能源’(CSP)的倡议”中,曾对这一“倡议”做了扼要的介绍,并指出这将是影响世界未来的,数量上高达20万亿人民币的巨大能源市场!而如果我们确实有意向这一市场进军的话,就必须对这一市场的细节,产品种类,市场份额,技术要求,价格涨落,……. 等因素,有所了解和认识。下面从我们所获得的信息中,试图分析、解读如下:
 
一、这一“洁净阳光能源(CSP)倡议”提供了那些市场信息?
 
1)彻底解决人类对能源的需求,是太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、潮汐能、波浪能等可再生能源;至于核能只是过渡型的补充能源。虽然在欧洲某些发达国家中,核能仍居主导地位,但从未来发展趋势来看,核能将从占欧洲现有能源比重的33%,年减少;到2035~2040年,欧洲将完全停止核能。下面是说明这一发展趋势的,用不同颜色标出的各类能源所占份额的发展趋势示意图。
 
原因是:1)世界天然铀资源即将用完;2)可以考虑开发新核能,如开发快中子堆,开发天然钍资源,但需要巨大的技术、资本的投入;3)开发新核能既不利于贯彻推行核不扩散条约,也不如开发可再生能源更为经济有效。至于实现受控热核反应,那是遥远又遥远的事情!实现了,也未必有经济效益!
 
2)示意图还认为,在欧洲+中东、北非未来能源结构中,可再生能源将占主导地位,2050年达64%。在可再生能源中,依次的排序是:太阳能热发电+余热淡化海水(CSP),风能(Wind power),水能(Hydropower),光伏能(Photovoltaics),生物质能(Biomass),地热能(Geothermal),潮汐能和波浪能(Tidal/wave)。油和气仍占一定比重,约32%,煤仅占4%!
 
为什么在欧洲+中东、北非的可再生能源利用会,出现上述‘排序’?
 
原因是:环地中海地区所拥有的太阳能资源,年产生至少是600万亿度电,风能是1.7万亿度电,水能是1.1万亿度电,生物质能是0.89万亿度电,地热能是0.75亿度电。而且,每平方公里的土地面积,太阳能年发电2500亿度电,风能和水能均是500亿度电,生物质能和地热能均只有10亿度电。下面是这些数据的示意图:
 
3)、预计2050年欧洲,中东、北非的未来,每年将需要7.5万亿度电。沙漠阳光热发电将提供3.2万亿度电,约占全部电力的43%,光伏发电只有热发电的1/3。虽然在“理论”上,未来的光伏发电成本可能比热发电更为低廉,而在“现实”中,当前的光伏发电成本是热发电的2倍。由于人口、经济的增长,到2050年,中东、北非将面临1500亿立方米淡水的短缺!所以,这一地区更欢迎的是“太阳能热发电+余热淡化海水+沙漠种植植物”的技术。
 
有可能在不远的未来,光伏发电能提供更廉价的电力,但还要研究如何用廉价电力淡化海水!
 
4)、推进“洁净阳光能源”,还要建造一个超级电网,因为“能源未动,传输先行”。
 
下面是联结欧洲、环地中海地区,各类可再生能源的超级电网的示意图:
 
5)对我国有教益的是:这一超级电网将采用高压直流传输技术。理由是:a)高压直流输电每千公里仅损失2~3%,而交流输电每公里损耗将高达7~8%;b)输电距离大于700公里陆地的输电线,输电距离大于70公里的海下输电线的传输成本,远较高压交流输电的成本低;c)传输功率为1000万千瓦的直流传输线所占地面仅为交流输电线的1/3。
 
下面是容量相同的直流、交流传输线的投资、成本、所占地面的比较:
 
我国曾发生过,中国未来电网是采取交流输电,还是采用直线输电的争议。现在看来:高压远程直流输电是唯一的选择!
 
6)、更有参考价值的是洁净阳光能源和超级电网的投资,占地,发电,输电的成本。下面是拟议中的由中东、北非将电力输往欧洲的洁净阳光能源和超级电网的投资、占地、发电、输电的成本电价的简表:
 
由上列简表可知:1)超级电网的投资额度可以占到洁净阳光能源投资的1/8或1/7;2)超级电网所占土地面积还要大于洁净阳光能源所占土地面积,两者之比,从1.4:1到1.6:1;3)输电成本可能占到发电成本的1/4到1/3.6!
 
7)科技人员更感兴趣的,是欧洲市场所能接受的洁净阳光能源的单位千瓦装机的投资。下面是根据上述“简表”折算出的电价和单位千瓦投资:
 
年度                                                                     2020     2030    2040   2050
 
电能生产(10亿千瓦时)                                     60       230      470     700
 
年发电2500小时折算出的功率容量(亿千瓦) 0.24     0.92     1.88     2.8
 
总投资(亿欧元)                                                420     1430     2450   3500
 
每千瓦投资(欧元)                                            1750   1554     1303   1250
 
包括传输成本在内电价(欧元/千瓦时)             0.064  0.055    0.050  0.050
 
现在欧元对人民币汇率约是1:10。当前在中国市场上可接受的核电的投资是15000元/千瓦。核电年发电6000小时,在北非撒哈拉沙漠地区的太阳能,年发电约3000~3500小时。但是,核电用到的天然铀售价已涨了5倍之多;核电的运转维修费用也在上涨!核电的投资预算,往往略去了核燃料后处理、核废料的嬗变、存放等一大笔必须支出的费用。核能还有核不扩散条约的限制。所以,欧盟更喜欢的是太阳能。
 
8)从上述折算可知,这一从撤哈拉沙漠输到欧洲的电价,在2020年可能高达6.4欧分/千瓦时,到2050年可能下降到5.0欧分/千瓦时,而2000年西班牙电力市场上电价约是4.8欧分一度电,德国市场约是4.0欧分一度电!那么这一折算出的电价是不是未来欧洲市场上可接受的电价?
 
下面是“洁净阳光能源倡议”,对西班牙未来电价走势的预测:
 
图中黑线是假设现有能源结构不变,但由于石油、天然气、煤等化石能源的市场价格将飞速上涨,因而导致电价不断上涨的一个预测。红线是在西班牙推行“洁净阳光能源”倡议后,在西班牙市场上每度电电价的预测。棕线是在西班牙生产的洁净阳光能源的每度电电价,而黄线是由北非输入西班牙的每度电的电价,将比本土低20%~25%。一个显见的理由是,北非拥有更好的阳光资源。
 
另一个是德国未来电价发展趋势的预测:
 
黑线是包括核能在内的现有能源结构,因化石能源价格的上升,导致电价的上升曲线。绿线是德国“弃核”后的平均电价上升曲线。红线是包括洁净阳光能源在内的平均电价的演化曲线。黄线是由北非输入电能价格的演化曲线。有兴趣的是:弃核后的德国将支付更多的电费,这说明在欧洲,核能是比油、天然气、煤发电更为经济合算的能源。
 
这两张预测图告诉我们,未来的12年,欧洲电力市场将呈现大幅度上升趋势,有可能高达6.5~6.8欧分一度电,如果不引入阳光能源,将持续升高到7.0~8.0欧分。这首先是石油、天然气,包括可能的煤炭价格,将大幅度上涨;温室内气体的排放,将限制愈严;所以火力发电成本,将日益高涨。压低电价的唯一办法,是大力发展可再生能源,大力发展太阳能。
 
我国有无可能,大力开拓太阳能热发电,光伏发电技术,压低成本,降低售价,争夺欧洲市场?!
 
9)需要讨论和解读的是:为什么“洁净阳光能源”倡议者认为,“为了实现欧洲提出的‘完全去碳’的设想,我们并不需要发展新一代技术,也不需要有技术方面的重大突破;因为这里有的是强大的阳光纽带和技术纽带,仅仅需要的是欧洲和中东、北非的‘无边界’的精诚协作。当然,如果未来有突破性的技术和出现,无疑将受到重大欢迎!”
 
这首先是因为在欧洲所开发槽式太阳能热发电技术已走向成熟,已走向商业化。2005年槽式发电的一次投资是2300~2500欧元/千瓦,2005年槽式发电成本是0.12欧元/千瓦时。而随着槽式发电技术进一步的规模化和商业化,预期其每千瓦的投资将在2020年下降到1800欧元/千瓦,到2050年可能是1250欧元/千瓦。其电价也将由2020年的0.075欧元/千瓦时下降到2040年~2050年的0.060欧元/千瓦时。由撤哈拉沙漠输入的电能,由于这一地区阳光年辐照时间,可能长达3000~3500小时,因而其售价将低廉25%~20%。
 
但是,到了2040年以后,电价将不再下降!原因是,槽式发电技术已失去了价格继续下降的空间!槽式发电的原理是:利用柱形抛物面反光镜将阳光聚焦在长达几公里~12公里,甚而是几十公里的柱形吸热管上。
 
槽式
 
槽式发电的优点是结构简单,只需南北跟踪,东西不跟踪。缺点是,聚光比较低,有较大的光的余弦损失(可高达25%~30%),较大的热交换损失(可高达10%~15%),吸热管的温度较低,热电转化效率也较低。但是,这一系统的突出优点是:比较容易产业化,而且正在实现产业化和大规模商业化。但也由于槽式发电技术的光损失和热损失均较大,综合效率也较低。槽式发电的蒸汽温度一般选为300度~350度,热电转化效率约为20%~30%,再加光转化为热的效率约为80%,所以,其光能转化为电能的总效率,一般不会超过15%~20%。——与此形成对比的是,现在美国Sun Pouer公司提供的商业化的光电池,其光电转化率已高达22%!但是太阳能热发电技术的突出优点,是能利用余热进行海水淡化;其技术,其生产线,其企业管理,均相当成熟,目前就能实现大规模商业化,并且已出现有商业效益。所以,罗马俱乐部、环地中海可再生能源合作组织说,“我们并不需要发展新一代技术,也不需有技术方面的重大突破”。
 
在撤哈拉沙漠地区,阳光辐照时期可长达3000~3500小时;但在“洁净阳光能源倡议”的测算中,预期的到2050年的1280百万千瓦的装机,年发电才3.5万亿度电,亦即年平均发电2500小时,也就是已计及槽式太阳能热发电有25%~30%的热损失!但是,报告者又说,“当然,如果未来有突破性的技术出现,无疑将受到重大欢迎!”那么,我国在突破槽式热发电技术重大弱点方面,能否有所作为?
 
二、我国能否抓住历史空前的阳光能源市场机遇?能否突破西方市场的技术壁垒?我国能否也启动一个“中国洁净阳光能源倡议”——“夸父追日工程”?
 
1)突破海外高新技术市场,有赖两大措施:1)能否调集力量,组织“攻关”,突破技术盲点、难点;2)必须为中国阳光能源创造一个中国市场,运用市场力量,打造高水平的高新技术产业。没有一支现代化的高新技术产业为基础,就无法持续占领国外市场。
 
那么,我国有无洁净阳光能源的市场需求?
 
2)我国是能源消费大国。2007年我国电力装机是7.2亿千瓦。2007年,“欧盟+中东+北非”的电力装机是8亿千瓦。为解决欧盟和环地中海各国能源问题和温室气体排放问题,仅拟议中的“洁净阳光能源”倡议(注:未将光伏发电,风力发电等其它可再生能源包括在内),其装机总量高达12.8亿千瓦!我国也是沙漠阳光能源比较丰富的国家。我国沙漠和沙漠化土地面积高达85万平方公里。为了彻底解决我国未来能源需求,为了应付石油、天然气,煤炭价格持续上涨的形势,为了适应国际减少温室气体的压力,我国火力发电也将呈现电价迅速上升的形势。所以,我国也有推行洁净阳光能源的需要,也许也要推行一个“小阿波罗”计划,适当缓解能源价格上涨。
 
3)问题是中国的煤炭资源相对丰富;中国的煤炭价格特别低廉;中国的人均CO2的排放量,少于发达国家;中国的阳光发电技术,比较落后;中国沙漠地区单位面积阳光资源又只有北非的2/3;如果中国的洁净阳光能源工程没有经济效益,在中国推行一个可以和欧洲相匹敌的阿波罗阳光计划,会有相当困难。
 
但是,中国沙漠地区严重缺水,严重威胁北方地区、北方城市的生态安全。中国甚而愿意投入5000亿人民币的巨资,实行南水北调,从长江流域年调470亿立方米的淡水,但却仍然不能满足未来发展的需求!于是出现能否由渤海湾“调水”,“东水西送”的设想。
 
4)乍一看来,这一想法,未免荒诞不经。但是,经国务院研究室,李炳坤,唐元,董忠三位研究员的研究,提出一个“关于研究实施‘海水西送工程’的建议”,认为海水倒灌,切实可行,淡化海水,大有效益!现将三位极富创造性思维介绍如下:
 
中国北方,连年干旱,严重沙化,严重缺水,仅沙化造成的直接经济损失,年高达504亿元!中国沙漠,大体分布在42度纬度上下,海拔为1200~1300米的高地,呈东高西低格局!只要将“取之不尽,用之不竭”的海水,提升1300米,就能流送新疆塔克拉玛干沙漠。所以,“通过提扬工程将渤海海水分级提升到海拔1300米左右高度灌注盐湖,然后通过自流管道,由东向西、接力棒式地输送到各大沙漠的盐湖,在沙漠带上形成一连串‘人造海’。同时,利用海水开发煤炭资源,建设大规模煤电集群和煤化工基地;利用煤化工和电厂发电产生的废热淡化海水、提取海洋化工原料,大规模发展海洋工业特别是盐化工业;利用淡化的海水,恢复内蒙古湖泊湿地,开展植树造林,发展绿色农业。由此形成海洋资源、生态资源和煤炭资源联合开发的循环经济发展模式,达到防沙治沙、恢复生态、开发煤炭、美化国土的目的。”
 
三位研究员预期整个工程“共约需6000~7000亿元”,约“9年可收回包括利、税在内的全部投资。”原因是:不仅可用电站废热,分离海盐;还能利用隆冬结冰,淡化海水!制盐工程的“西移”,还能“解放”和“扩充”占地37.6万公顷的“盐田”,缓解沿海地区土地紧张。形势(例如,仅天津市推行的填海造地工程,投资达600亿远!)
 
所以,实施“海水西送”;既是一项规模宏大的具有生态效益、社会效益的环保工程;又是极具经济效益的高赢利工程项目;意义重大而深远!
 
关于这一“东水西送”工程的全部设想,请参看本文稿的附件中:“关于研究实施‘海水西送工程的建议’”。
 
5)至于电力需求,据估算,“以年调水300亿立方米计,将年耗电1400亿度,需2000万千瓦装机。”因而建议:一是利用电网夜间谷电;二是利用风力发电;三是通过内蒙新建煤电厂解决。
 
我们完全支持上述创造性的意义重大而深远的生态环保工程。唯一的异议:不赞成“通过内蒙新建煤电厂解决所需电力”。这一生态环保工程是造福于子孙万代的千秋大业,不能用资源总量有限的煤,长期持续调水;建设煤电厂将大量增加煤污染,背离改善环境,改善生态的目的。
 
6)但如果在北方沙漠地区,实施“洁净阳光能源”,上述大型生态环保工程就成为现实可行的方案了。
 
太阳能发电的突出优点,是能大幅度缓解“峰电”的需求压力;太阳能发电的间歇性,有望用“光风互补”发电适当缓解。(注:风力发电和太阳能发电,可不相干扰地放在同一地面,能共用同一传输线传送电力;中国气候的特点是:阴两连绵天气,常常狂风大作;旭日高照天气;往往寂静无风!)太阳能发电、风力发电的重大弱点:为弥补供电的“间歇性”必须增加一大笔调节电力供应的储能装置(如储热罐,蓄电池,抽水储能电站,天然气调峰电站,……)的投资,约占总投资的一半!但这一严重缺点,却有望在“东水西调”工程中,得到完全解决。因为完全可用不固定时间的“提水”,调节电力的涨落!实际上,这一“提水”工程,也是抽水储能电站!
 
太阳能热发电的余热,同样能用于淡化海水;冬季冷凝的冰水,又有利于提高热发电的热力学效率。
 
7)在中国沙漠地推行这一洁净阳光能源倡议,将能一方面从沙漠阳光获取电力;一方面发挥余热,淡化海水,改造区域气候。阿波罗是希腊神话中太阳神的名称。我们中国当然没有必要将“洁净阳光能源”称为“小阿波罗”计划。但是,中国《山海经》里有“夸父追日”的故事,说“夸父”曾不断向西方奔跑,希望追上太阳的轨迹。如果我们实施某种沙漠阳光计划,首先开发的必定是内蒙古的东部沙漠,然后逐步西移,最后延伸到大戈壁滩!中国东部比西部有更大的能源的需求;优先开发东部沙漠,将易于得到东部地区技术和工程的支援!随着我国人口、经济的发展,这一“阳光”工程,必定逐步西行“追日”。太平洋有的“滔滔不竭”的海水,足以改造中国的全部沙漠;比“溯天工程”,“大西线”有更充足的水源,而且不致引起国际争议!
 
8)重要的问题是:“尽快纳入国家议事日程”,“形成政府主导、统一规划、市场导向、企业运作、综合开发的思路,国家负责统一规划和政策制定,并投入必要资金,支持重大问题研究和试点工程的推进。”“在时机成熟时,可考虑成立国务院海水西送领导小组,推动加快海水西送工程的实施。”
 
附件:
 
关于研究实施“海水西送工程”的建议
 
去年5月以来,我们就海水西送、防沙治沙、改善生态、开发煤炭资源等问题开展调研,广泛听取了国家发改委、水利部、林业局、气象局、海洋局、中国科学院、中国工程院、中国地质科学院、国家水利水电工程研究院等单位有关专家的意见,并到内蒙古、天津、北京等地进行了实地考察。调研表明,海水西送工程是一项工程上可行、操作性较强、生态经济社会效益巨大的工程,可以起到“利用海水资源、解决三大难题”的作用,即通过实施渤海海水资源西送工程,解决我国北方生态环境恶化、生产生活缺水和能源开发用水等三大难题。建议把这项宏大工程尽快纳入国家议事日程,开展跨学科研究,在科学论证基础上适时实施。
 
一、实施“海水西送工程”的必要性
 
1、北方沙化严重,生态恢复需要水。我国是世界土地沙化危害最严重的国家之一,全国沙化土地占国土面积的18.1%。严重的沙化,导致北方大片国土荒芜,湖泊干涸,扬尘加剧,沙尘暴频繁发生,严重影响京津等北方地区人民群众身体健康和生活质量。我国每年因沙化造成的直接经济损失高达540亿元,已影响到近4亿人口的生产和生活。治理沙化既是功在当代的战略任务,更是惠及子孙的千秋大业。导致沙化的根本原因是缺水,治理沙化的根本之策也在水。有了水,才能镇压干涸湖泊沙尘、缓解扬尘天气,推进植树造林、恢复草原植被、发展生态农业,才能有效治理北方沙化问题。
 
2、北方煤炭资源丰富,开发能源需要水。内蒙古、甘肃、新疆等北方地区是我国沙化最为严重的地区,同时也是我国煤炭资源最为丰富的地区。据初步勘查,新疆和内蒙古煤炭储量分别为2.19万亿吨和1.45万亿吨,居全国第一和第二位,占全国总量的60%以上,且相当部分为可露天开采的褐煤整装大煤田,具有埋藏浅、煤层厚、结构稳定、开采条件好等特点,特别适合就地大规模发电和发展煤化工。但是,由于缺水,新疆和内蒙古的煤炭资源开发强度较低,已有煤炭开发项目大量抽取地下水,使湖泊干涸、草原萎缩、生态环境恶化。解除缺水制约,是开发新疆和内蒙古煤炭资源的必然选择,也是我国能源战略的重要内容。
 
3、利用渤海海水是解决北方缺水问题的现实选择。解决北方供水问题的途径大体有三条:一是取黄河水,二是南水北调,三是用渤海海水。由于黄河水资源有限,流域地区只能严格按照规定份额取水,主要满足人民生活用水;受水源地水资源有限等因素限制,南水北调有限的调水量只能满足北方部分城市生产生活用水。因此,通过第一、第二途径解决北方地区生态恢复和煤炭开发的用水需求都是不现实的。而渤海海水取之不尽、用之不竭,距最近的沙地和煤炭资源地仅500多公里,利用渤海海水作为改善北方生态环境、大规模开发煤炭资源的水资源,是惟一现实的选择。
 
4、北方沙漠地质构造为海水西送工程的实施创造了条件。一是沙漠同纬度连片分布。我国北方沿内蒙古、甘肃、新疆由东向西分布8大沙漠,均在北纬42 线上下,分别是科尔沁沙地、浑善达克沙地、毛乌素沙漠、库布齐沙漠、乌兰布和沙漠、腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠和塔克拉玛干沙漠。二是沙漠高差不大。除科尔沁沙地和塔克拉玛干沙漠海拔高度在900多米以外,其余沙漠均在1200~l300米,位于第二地理梯度上,高差不大,并呈现东高西低格局。三是沙漠湖泊众多。各个沙漠都有若干构造盆地,分布众多湖泊。由于湖水蒸发和生产生活用水不断增加,干涸湖泊逐年增多。目前仅内蒙古就有干涸湖泊307个,面积2588平方公里,较大的干涸湖泊有查干淖尔、黄旗海、呼和淖尔、察汗淖、吉兰泰和居延海等。以上特点为大规模、低成本实施海水西送工程创造了条件。
 
二、海水西送工程的初步设想
 
1、海水西送工程的总体思路。通过提扬工程将渤海海水分级提升到海拔1300米左右高度灌注盐湖,然后通过自流管道,由东向西、接力棒式地输送到各大沙漠的盐湖,在沙漠带上形成一连串“人造海”。同时,利用海水开发煤炭资源,建设大规模煤电集群和煤化工基地;利用煤化工和电厂发电产生的废热淡化海水、提取海洋化工原料,大规模发展海洋工业特别是盐化工业;利用淡化的海水,恢复内蒙古湖泊湿地,开展植树造林,发展绿色农业。由此形成海洋资源、生态资源和煤炭资源联合开发的循环经济发展模式,达到防沙治沙、恢复生态、开发煤炭、美化国土的目的。
 
2、海水西送工程的技术路线。海水西送工程应当按照总体规划、试点先行、由近及远、分期推进的思路展开。
 
第一步,推进试点工程。试点思路:从辽宁葫芦岛调水,治理内蒙古浑善达克沙地,开发锡林郭勒盟胜利煤田,发展海洋工业和生态农业。试点内容:一是调水工程。建设从葫芦岛到锡林浩特615公里的海水传输通道,形成年调水14亿立方米的送水工程。二是海水淹没盐湖工程。调水沿途淹没20个左右干涸盐湖,形成400平方公里湖面,最终送到查干淖尔盐湖,形成面积240平方公里、总蓄水量约10亿立方米的海水湖。三是煤电、煤化工工程。以查干淖尔为中转水库,向胜利煤田送水发展煤电和煤化工,近期建设年产5000万吨褐煤的露天煤矿,就地用于100亿立方米液化煤气生产和600万千瓦火力发电,并向京津地区输气、输电,满足京津地区燃气和电力需求。远期将建成年产4亿吨煤的露天煤矿,形成电力装机4000万千瓦、年产燃气1000亿立方米的煤电、煤化工生产能力。四是海水淡化和海洋化工工程。近期,利用煤化工和煤电余热年产淡水3亿吨,还可以利用海水湖湖面冬天结冰造淡水。同时年提炼海盐960万吨,发展海洋化工产业。五是淡水利用工程。用淡化的海水充实锡林河湿地和呼和淖尔湖,形成面积200平方公里、库容2亿立方米的淡水湖。淡水除了用于当地工业、人畜用水,主要用于浑善达克沙地种植草木、生态恢复、发展绿色农业、防沙治沙等,最终建成40万平方公里的绿化面积。淡水较多时,还可以考虑向河北、北京部分地区调水。
 
第二步,在试点成功基础上建设一期工程。一期工程的目的是根本缓解北京周边地区沙化问题、大规模开发煤炭资源,改善内蒙古生态环境,同时为华北地区提供淡水资源。工程思路是:从天津塘沽调水,经海河、永定河、洋河河谷,建设调水路程530公里、提水高度1280米左右、年调50亿立方米的调水工程,将海水送至内蒙古集宁市黄旗海和岱海,形成面积1000多平方公里、库容50亿立方米的集水库。以黄旗海和岱海为集水配水中心枢纽,向海拔高度相当的库布齐、毛乌素沙漠调水,分水线路合计在500公里左右,大致可形成3万平方公里、库容300亿立方米的内陆“人造海”。同时,利用海水大规模开发内蒙古中西部煤田,更大规模地淡化海水、发展海洋化工工业,大范围增加湿地、植树造林、恢复植被,从根本上改善北京周边地区沙化问题和生态环境,补充北京、天津、河北和山西等地淡水资源。
 
第三步,择机推进二期工程。时机成熟时,推进以甘肃、新疆生态治理、煤炭资源开发为目的的二期工程。二期工程将在试点工程和一期工程的基础上扩建,增大调水容量,形成年调水300亿立方米的调水工程。同时,以库布齐、毛乌素的盐湖为集水配水中心,延伸调水线路,形成主干线调水线路2900公里左右(从天津塘沽引水到最西边的塔克拉玛干沙漠的距离)的海水西送工程,同时启动新疆哈密煤电、煤化工基地建设和沙漠生态恢复工程,形成沙漠“人造湖”和湿地几十万平方公里。
 
三、“海水西送工程”的作用分析
 
1、镇压干涸湖泊,减少北方地区尘暴危害。内蒙古、甘肃、新疆地区的干涸湖泊含有大量粉尘,是京津等北方地区尘暴的主要粉尘来源(据中国地质科学研究院粉尘能谱分析和电镜扫描分析,北京等地尘暴粉尘的96%来自干涸湖泊)。近年来扬尘规模逐年扩大,导致京津地区尘暴危害日益严重。治理沙化,必须首先治理干涸湖泊。实施海水西送工程,逐步恢复湖泊,可以镇压干涸湖泊粉尘,是消除京津地区尘暴源的根本措施。
 
2、破解缺水难题,大规模开发北方煤炭资源。北方地区有丰富的煤炭资源,因为水资源匮乏而难以大规模开发。海水西送工程的实施,将使内蒙、新疆大规模开发煤炭资源成为可能。据测算,仅试点工程的实施,在内蒙古锡林郭勒盟胜利煤田就可以在10年内建成年产4亿吨煤的露天煤矿,形成电力装机4000万千瓦、年产煤气1000亿立方米的特大煤电、煤化工基地,为我国经济社会发展提供强有力的能源和资源保障。
 
3、大规模淡化海水,为北方地区增加宝贵的淡水供给。在煤化工、煤电生产基地,利用生产余热大量淡化海水,可增加北方极为匮乏的淡水资源,同时通过采集海水湖冬天结冰也可以产生大量淡水。这些淡水可以利用已经干涸和尚存的淡水湖作为调节水库,满足当地工业用水和居民生活用水,并向京津晋冀等缺水地区供水。同时,利用淡水可在当地植树造林、恢复草原,并利用先进滴灌、喷灌技术发展高效生态农业,发展人工草场和现代畜牧业,促进集约高效利用北方土地,进而可以降低牧民对草原的依赖,减少过度放牧对草原的破坏。
 
4、大面积增加水面和湿地,改善北方沙漠地区生态环境。用海水和淡化海水灌注盐湖和淡水湖,可以在沙漠地区大面积增加水面和湿地,有利于逐渐固定周边的流动沙丘,增加临近地区降雨和相对湿度,改善沙漠生物群落的生存环境,有利于多种生物特别是沙生耐旱植物生长,进而为沙漠生态的自然恢复和生物治理创造条件。
 
5、实现资源循环高效利用,显著提高资源利用效率。一是在煤炭加工环节提高利用效率。我国传统煤电和煤化工生产过程煤炭热利用率只有40%左右,有近50%的余热排放,用这些废热淡化海水,是典型的“变废为宝”。不但可以减少能源浪费,可将煤炭综合利用率提高到70%以上,还可以减少废气排放,大幅降低燃煤造成的空气污染。二是在开采环节可以提高煤炭资源回采率。由于露天煤矿采煤几乎可以实现100%资源回采率和零死亡率,按照目前全国煤炭资源回采率50%、百万吨死亡2人计算,在内蒙古等地多开采1亿吨露天煤,相当于全国节约1亿吨煤炭资源,减少200人死亡。三是减少盐田对土地占用。我国目前年产海盐1800万吨左右,盐田占地37.6万公顷。仅海水西送试点工程的实施,就可生产复合海盐960万吨/年,并通过“盐场西移”,解放全国2/3的盐田土地,缓解沿海地区土地紧张矛盾。四是减少京津地区燃煤污染。试点工程煤气输送到京津地区后,可以充分保障京津地区燃气需求,加快燃煤电厂和供热锅炉改造,变燃煤为燃气,减少京津地区直接燃煤造成的大气污染。
 
总之,海水西送工程不仅可以改善北方生态环境,还可破解内蒙古等地缺水难题,为保障我国生态安全、能源安全和可持续发展奠定坚实的基础,是一项一举多得的战略举措。
 
四、“海水西送工程”的可行性
 
影响海水西送工程可行性的关键问题有:高扬程、长距离海水输送工程是否可行,海水对沙区生态环境是否有负面影响,渤海海水污染如何处理,工程能源需求如何满足,工程建设投资如何筹措等。初步调研结果如下:
 
第一,高扬程、远距离调海水在工程技术上是可行的。从国际上看,有美国加利福尼亚州的北水南调工程,干线抽水总扬程1154米,输水渠道1102公里,输水站总装机153万千瓦,年调水52亿立方米。从国内看,“引黄入晋”工程南干线抽水总扬程636米,输水线路总长453公里,年引水量12亿立方米,已经建成运行;正在建设的“南水北调”工程,施工难度不亚于海水西送工程,没有不可逾越的技术障碍。此外,与“引黄入晋”和“南水北调”工程相比,海水西送工程沿途基本不存在拆迁和文物保护等问题,工程实施较为简单。虽然国内外目前还没有远距离调海水的现成经验,但我们所接触的工程技术专家一致认为,立足现有科技条件,完全可以解决相关工程技术问题。
 
第二,海水对环境的负面影响可以避免。在海水输送、储存和转换过程,通过选择合理的工程方法和工艺技术,完全可以避免海水渗漏对环境的影响。一是在输水环节,采用耐腐蚀、高强度玻璃钢管道,可以避免管道破裂并保证管道50年以上的可靠运行;采用地下深埋管道的输送办法,可以避免海水冬季结冰的影响;采用抗高强度地震设计、全线自动检测监控和设置管线事故控制阀门等措施,可以规避地震等非常因素的破坏。二是在储水环节,干涸盐湖有较为严密的防渗层,以干涸盐湖为海水储水池,不会造成海水渗漏影响周边深层地下水。三是在使用环节,低温多效海水淡化技术已在沿海一些发电厂规模化应用,海水湖结冰大规模淡化海水也非常现实,通过这些途径完全可以变海水为淡水,并为北方提供珍贵的淡水资源。
 
第三,渤海海水污染可以预防。渤海海水污染较为严重,实施海水西送工程,可以加快渤海湾海水流动,改善该海域生态。同时为了避免将严重污染的海水西送,可以在取水环节采取预处理措施。具体办法是:一是建防波堤,形成海水污物沉降池,水下铺设管道从污染较小的外海深水处引海水至沉降池。二是通过物理方式和化学方式,对沉降池内海水预处理,加快海水污物沉降,去除海水中有害物质,包括悬浮物、胶体、钙盐、溶解气体等。三是定期清除沉降池内污物,对污染物进行综合开发利用,变废为宝,变害为利。当然,解决渤海海水污染问题的根本措施是环渤海地区加强排污控制,努力做到废水零污染排放。
 
第四,海水西送工程的能源需求可以得到保障。据测算,试点工程需要的电力较少,目前华北电网完全可以供给。一期工程引水50亿立方米,年耗电200亿度,需要泵站装机总容量280万千瓦。二期工程,年调水300亿立方米,年耗电1400亿度,需1800万千瓦的装机容量。对于这样的电力需求,可以采取以下办法解决:一是利用电网夜间低谷电力,不但可为电力系统负荷“填谷”,还可以减少水电弃水。二是利用调水沿线丰富的风力资源开发风电解决。三是通过内蒙新建煤电厂解决。
 
第五,海水西送工程是赢利能力较高的项目。初步测算,在没有考虑海水生态治理项目的情况下,海水西送试点工程近期项目需建设总投资548亿元。其中:煤化工工程建设投资103亿元,海洋化工工程建设投资62亿元,海水输送工程建设投资143亿元,煤电项目投资240亿元。项目年收入为199亿元,运行成本为97亿元,项目税前效益为102亿元,税后利润为62亿元,只需9年左右就可收回投资,表明该项目有较好的盈利能力。这样的投资项目完全可以通过企业业主社会融资方式解决投资需求,政府主要承担海水灌注盐湖、植树造林等公益性生态治理项目的投入。另据框算,一期调水工程预计需建设投资700多亿元,这样的投资规模,通过企业、社会和政府多方面筹资,是可以解决的。二期调水工程建设需要投资6000多亿元,建设周期较长,从我国经济发展前景来看,在若干年以后也是能够逐步达到的。
 
五、几点建议
 
实施“海水西送”是一项规模宏大的生态环保工程,具有生态效益、经济效益和社会效益集于一身的明显特点,事关中华民族生存发展环境的改善,意义重大而深远,应当尽快纳入国家议事日程。具体建议如下:
 
(一)明确开发思路,加强综合研究。形成政府主导、统一规划、市场导向、企业运作、综合开发的思路,国家负责统一规划和政策制定,并投入必要资金,支持重大问题研究和试点工程的推进。同时,充分发挥市场机制的作用,按照“谁投资、谁受益”的思路,鼓励国内外投资者参与项目开发,以市场化手段推进工程建设。当务之急,是需要针对海水西送工程相关重大问题开展研究。为此,建议由国家综合研究、综合管理等部门和机构以及有关地区组成联合课题组,研究提出海水西送工程的综合咨询报告,并研究海水西送一期、二期工程的预可行性方案。
 
(二)加强组织领导,形成工作合力。时机成熟时,可考虑成立国务院海水西送领导小组,由国家有关部门和有关地区参加,形成分工明确、统筹协调、措施有力的工作格局,加快海水西送工程的实施。
 
(三)鼓励开展试点,积极探索经验。锡林郭勒盟泓元海水淡化公司组织国内100多位海洋科学、工程建筑、生态环境、煤炭化工、地质科学等方面专家,对试点工程涉及的重大问题进行了两年多的认真研究,目前已经完成了试点工程的前期论证,正在争取立项审批。试点工程的实施将为今后推进海水西送工程积累工程建设经验、解决技术难题,国家有关部门和内蒙古自治区应鼓励实施试点工程,在土地利用、电价政策、煤炭资源配置、设备进口、立项审批、财政补贴等方面给予支持。
 
国务院研究室 李炳坤 唐元 董忠
 
2007年2月26日
 


















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1 锺新淮

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