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9月6日，財(cái)政部印發(fā)《中央財(cái)政關(guān)于推動(dòng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的財(cái)稅支持方案》，方案提出在保護(hù)好生態(tài)的基礎(chǔ)上，推動(dòng)黃河流域智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)和特色應(yīng)用，支持在黃河上游沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)繼續(xù)推進(jìn)大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)，支持沿黃河省區(qū)穩(wěn)定能源保供、有序調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，依法依規(guī)淘汰碳排放量大和耗水量高的落后產(chǎn)能和生產(chǎn)工藝。
（來源：微信公眾號(hào)“能源評(píng)論•首席能源觀” 作者：張?jiān)皆拢?/p>
談到“中華民族搖籃”和“華夏文明起源地”，絕大多數(shù)中國人會(huì)想到黃河流域。近些年，這片總面積超過750萬平方千米的區(qū)域有了一個(gè)新標(biāo)簽——能源流域。
在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略后，“能源”已多次出現(xiàn)在相關(guān)規(guī)劃里。如2022年6月由生態(tài)環(huán)境部等四部門聯(lián)合印發(fā)的《黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》），“能源”一詞在這份文件中出現(xiàn)了25次，集中在“增強(qiáng)應(yīng)對(duì)氣候變化能力”一節(jié)中。這節(jié)的核心觀點(diǎn)就像中國工程院院士、生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院院長王金南在解讀《規(guī)劃》時(shí)所說：“黃河流域要‘有多少湯，泡多少饃’，要把水資源作為最大的剛性約束，堅(jiān)決抑制不合理用水需求。”
生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院環(huán)境政策部副主任董戰(zhàn)峰表示：“黃河流域能源發(fā)展與水資源剛性約束的矛盾突出。”要化解矛盾、重塑能源流域，需要把能源轉(zhuǎn)型和流域保護(hù)相結(jié)合，在“雙碳”目標(biāo)下以水為基、因水施策、量水而行。
產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型：堅(jiān)持以水定產(chǎn)
2019年，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上指出，要堅(jiān)持綠水青山就是金山銀山的理念，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，以水而定、量水而行，因地制宜、分類施策，上下游、干支流、左右岸統(tǒng)籌謀劃，共同抓好大保護(hù)，協(xié)同推進(jìn)大治理，著力加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)治理、保障黃河長治久安、促進(jìn)全流域高質(zhì)量發(fā)展、改善人民群眾生活、保護(hù)傳承弘揚(yáng)黃河文化，讓黃河成為造福人民的幸福河。
在黃河流域，能源生產(chǎn)和水資源利用之間的難題就出現(xiàn)在“以水定產(chǎn)”上，特別是采煤、煤化工和發(fā)電等環(huán)節(jié)——煤炭開采不僅耗水量巨大，且會(huì)產(chǎn)生大量的礦井水，但由于處理成本高、處理后的水質(zhì)與用戶需求不匹配等原因，礦井水利用率偏低；在煤化工環(huán)節(jié)，我國四大現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)中的三個(gè)分布在黃河流域，煤化工項(xiàng)目均耗水量巨大，雖然示范區(qū)的大型企業(yè)已經(jīng)采取措施加強(qiáng)水資源的循環(huán)利用，但眾多的小型企業(yè)仍采用粗放的用水方式；在發(fā)電環(huán)節(jié)，發(fā)電機(jī)組需要大量的水進(jìn)行冷卻，而排放出的冷卻水溫度相對(duì)較高，會(huì)造成河流排放口周邊的河流溫度上升，進(jìn)而對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)造成影響。
石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院副總工程師韓紅梅認(rèn)為：“如何在項(xiàng)目邊界內(nèi)做到用水最少，可以說是需要全行業(yè)共同探索的難題。”
目前，“以水定產(chǎn)”在能源行業(yè)落實(shí)可以借助兩種方式：一是監(jiān)管，二是技術(shù)。在監(jiān)管方面，煤化工項(xiàng)目、煤礦項(xiàng)目環(huán)評(píng)審批更加嚴(yán)格，在用水指標(biāo)有限和高水價(jià)的限制下，煤炭及煤化工企業(yè)加強(qiáng)廢水深度處理循環(huán)利用補(bǔ)充企業(yè)用水將成為必然選擇。在技術(shù)方面，對(duì)于黃河流域這樣的干旱缺水地區(qū)，在碳排放量還有一定上升空間且水資源極度緊張的情況下，可以采用如空氣冷卻等節(jié)水型技術(shù)。
從長遠(yuǎn)看，“以水定產(chǎn)”可以推動(dòng)流域能源產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)重塑和升級(jí)。國家發(fā)展改革委能源研究所原所長韓文科表示，“以水定產(chǎn)”對(duì)耗水大的項(xiàng)目有極嚴(yán)厲的約束作用，會(huì)使一些地區(qū)倒逼沒有效益和市場前景的煤化工項(xiàng)目轉(zhuǎn)型。
梯級(jí)聯(lián)動(dòng)：借力數(shù)字孿生
不久前，水利部黃河水利委員會(huì)印發(fā)《數(shù)字孿生黃河建設(shè)規(guī)劃（2022—2025）》（以下簡稱《規(guī)劃》），所謂數(shù)字孿生技術(shù)，是指在數(shù)字世界中建立與物理實(shí)體的性能完全一致，且可對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真的模型。
數(shù)字孿生黃河可以追溯到2001年的建設(shè)“三條黃河”，當(dāng)時(shí)，黃河委員會(huì)提出要建設(shè)“原型黃河”“數(shù)字黃河”和“模型黃河”，其中的“數(shù)字黃河”就是要借助現(xiàn)代化手段，對(duì)黃河流域及相關(guān)地區(qū)的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等要素構(gòu)建一體化的數(shù)字集成平臺(tái)和虛擬環(huán)境。數(shù)字孿生黃河可視為“數(shù)字黃河”的延續(xù)。
作為七大江河流域首個(gè)數(shù)字孿生建設(shè)規(guī)劃，《規(guī)劃》明確了“十四五”初步建成“2+N”智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系的目標(biāo)。其中的“2”指的是在黃河重點(diǎn)防洪地區(qū)基本實(shí)現(xiàn)水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”；“N”指的是推進(jìn)水文業(yè)務(wù)管理、水土保持、水利工程建設(shè)及運(yùn)行管理等N項(xiàng)重點(diǎn)業(yè)務(wù)應(yīng)用。對(duì)于水電項(xiàng)目的管理就是N的一部分。
長遠(yuǎn)看，數(shù)字孿生的意義將在合理調(diào)配流域能源中體現(xiàn)。黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院的研究表明，黃河是我國七大江河中水能資源開發(fā)利用程度較高的河流，目前，黃河干流規(guī)劃水電梯級(jí)42座，總裝機(jī)容量已達(dá)3444萬千瓦。要讓流域內(nèi)梯級(jí)電站之間實(shí)現(xiàn)更好的聯(lián)動(dòng)，需要借助數(shù)字孿生技術(shù)，綜合多領(lǐng)域數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判，系統(tǒng)整合各電站歷年電量數(shù)據(jù)，在對(duì)電站累計(jì)發(fā)電量、發(fā)電計(jì)劃完成情況、電站運(yùn)行負(fù)荷、發(fā)供電能力等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌在既定負(fù)荷下，為各個(gè)梯級(jí)站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、優(yōu)化調(diào)度提供科學(xué)決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)電站綜合效能最大化。
當(dāng)前，黃河流域的多個(gè)水電項(xiàng)目已經(jīng)引入數(shù)字孿生技術(shù)。在位于山西的萬家寨水電站，數(shù)字孿生將聚焦防洪調(diào)度、防凌調(diào)度、泥沙調(diào)度、大壩安全分析預(yù)警等重點(diǎn)業(yè)務(wù)，充分整合現(xiàn)有信息化資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行管理進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化調(diào)度；在位于河南的小浪底水電站，基于數(shù)字孿生小浪底三維空間動(dòng)態(tài)展示樞紐發(fā)電及泄洪孔洞的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日泄流、發(fā)電等過程數(shù)據(jù)，調(diào)度方案預(yù)演則直觀演示了不同調(diào)度方案下樞紐運(yùn)行情況，幫助電站進(jìn)行科學(xué)決策。
資源利用：發(fā)揮兩個(gè)“互補(bǔ)效應(yīng)”
從今年3月至今，多個(gè)抽水蓄能項(xiàng)目在黃河流域開工。這不是偶然，黃河流域新能源發(fā)電資源極為豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃河流域八省區(qū)（不包括四川?。┑娘L(fēng)能資源理論開發(fā)儲(chǔ)量和技術(shù)開發(fā)儲(chǔ)量均為全國總儲(chǔ)量的44.5%左右，光伏資源理論儲(chǔ)量則占全國陸上理論儲(chǔ)量的32.93%?！?ldquo;十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中明確建設(shè)的八個(gè)新能源基地中，有三個(gè)位于黃河流域。
開發(fā)容量雖可觀，但黃河流域新能源發(fā)電項(xiàng)目面臨和其他地區(qū)同樣的問題——如何讓綠電送得出、用得好，這離不開靈活調(diào)節(jié)資源的助力。一直以來，煤電是黃河流域靈活調(diào)節(jié)的主要“擔(dān)當(dāng)”，在煤電靈活性資源占地區(qū)靈活性資源總供應(yīng)量比重方面，西北、華北送端地區(qū)均達(dá)到70%以上。但在“雙碳”目標(biāo)下，靈活性資源除了要靈活，更要綠色，這就需要水電特別是抽水蓄能的參與。
當(dāng)前，黃河流域上中游地區(qū)已建抽水蓄能裝機(jī)容量約為240萬千瓦，僅占全國總裝機(jī)容量的7.4%。但從條件看，黃河流域上中游地區(qū)為抽水蓄能選點(diǎn)提供了巨大的空間。黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司謝遵黨等在《雙碳目標(biāo)下黃河流域水土風(fēng)光資源一體化開發(fā)模式研究》中指出，黃河流域上中游地區(qū)地域遼闊，地形起伏大且多山地。據(jù)統(tǒng)計(jì)，寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、山西的山地占比分別為20.9%、25.9%、20.9%、36%。同時(shí)，西北地區(qū)地廣人稀，各類自然保護(hù)區(qū)及生態(tài)紅線等禁止開發(fā)區(qū)域面積相對(duì)較小。
“十四五”時(shí)期，黃河流域抽水蓄能儲(chǔ)備站點(diǎn)裝機(jī)規(guī)劃容量將達(dá)到777萬千瓦，在全國的占比也將提至約27.7%。青海省共和龍羊峽儲(chǔ)能（一期）、寧夏的牛首山抽水蓄能電站和山西渾源抽水蓄能電站等項(xiàng)目將成為上述地區(qū)新能源發(fā)展的“調(diào)節(jié)器”和“穩(wěn)定器”，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支撐。
除了能與新能源互補(bǔ)，儲(chǔ)能和儲(chǔ)水互補(bǔ)也被認(rèn)為是優(yōu)化流域生態(tài)的手段。西南財(cái)經(jīng)大學(xué)教授方行明等在其《黃河治理新思路：構(gòu)建智能化儲(chǔ)水、儲(chǔ)能綜合體》研究中建議，可根據(jù)水和電的需求確定供水量和供電量，在水資源不太短缺的時(shí)段，利用綜合體抽水發(fā)電，當(dāng)水資源短缺時(shí)，棄電供水，水可直接用于灌溉或輸入自來水廠，亦可將水回流到黃河，彌補(bǔ)黃河流量不足，從而實(shí)現(xiàn)黃河水資源和能源利用的良性循環(huán)。
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