中国绿电驱动电解水制氢扩张情景下水土资源压力与空间格局评估

　　 摘要:

中国未来大规模电解制氢技术的部署战略面临显著的水土资源约束,且区域间水土资源压力高度异质化。研究采用了绿氢需求测算与生命周期核算相结合的嵌套评估模型,揭示2030年由不同供电模式与不同电解技术组合的四种典型组态部署情景下,绿氢作为原料和燃料带来的省级水土资源压力。结果显示:与基准情景相比,全国绿氢发展用水总量最高可增至8倍,土地占用总量最大增幅超过27倍,且不同情景下的资源压力差异显著。从不同产品类型看,聚酯纤维制造过程的绿氢耦合潜力最大,伴随的新增水土资源压力最为突出,其单位产品的水消耗与土地占用量分别高达49.97 kg/kg与6.34 m² a/kg,而甲醇与氨合成的绿氢耦合空间和引致的水土资源压力则相对较小。从区域分布看,离网制氢模式将显著加剧原本就土地稀缺的东部地区的土地占地压力,并网模式则将加剧原本就水稀缺的西北地区的用水压力。具体来说,土地资源紧张的江苏、浙江对全国土地占用量增长的贡献率高达26.39%和16.27%;水资源紧张的陕西、新疆对全国用水量增长的贡献率分别为5.27%与3.51%。进一步引入了蒙特卡洛不确定性分析,尽管关键参数存在波动,但电解制氢部署导致显著异质性水土资源压力的核心结论依然稳健。研究结果凸显了在我国特定资源禀赋下,氢能转型战略与区域水土资源可持续利用之间存在的内在张力。基于此,为统筹中国氢能转型与水土资源可持续利用提出了一套涵盖系统、产业与区域的多尺度政策框架:以系统资源硬性约束与资源循环利用保障发展底线,以精准经济杠杆引导分层次的工业流程绿氢耦合,并基于区域资源禀赋差异,因地制宜地推广并网、离网及混合发展模式,实现绿氢规模化扩张与水土资源压力增长的解耦。