区域水能效率协同提升路径：基于污水处理-燃煤发电基础设施共生的实证研究

为解决水资源与能源系统耦合不足导致的资源效率低下问题，研究人员通过构建水能网络模型，采用超效率SBM方法和耦合度模型，评估了2006-2023年中国30个省份的水能效率协同效应。研究发现，污水处理-燃煤发电基础设施共生（增强型煤泥混烧与水回用）可显著提升能源效率（最高+0.30）和水效率（+0.01），并实现年减排CO2当量1677万吨，为区域水能协同管理提供政策依据。

　　

水资源与能源系统如同"连体双生"——抽水耗能、发电耗水，这种紧密依存关系却常因管理割裂导致资源浪费。在中国西北部，富煤缺水的矛盾尤为尖锐：每开采1吨煤需消耗1-3立方米水，而燃煤发电又占工业用水总量的40%以上。更棘手的是，传统分治模式使污水处理厂与电厂各自为政，污泥填埋污染地下水，电厂却仍在抽取淡水并燃烧原煤。这种"资源孤岛"现象严重制约着可持续发展目标的实现。

吉林大学的研究团队在《Environmental Impact Assessment Review》发表的研究，首次量化了基础设施共生对水能效率的协同增益效应。通过构建包含12类环境影响的综合评价体系，团队创新性地将超效率松弛测度模型（Super-SBM）与耦合度模型结合，对比分析了基准情景（传统分治）与共生情景（煤泥混烧+水回用）下中国30省份的绩效差异。关键技术包括：1）基于水能网络的全要素效率测算；2）考虑非期望产出的Super-SBM模型；3）耦合度量化方法；4）情景分析法评估煤泥混烧比例（10%-30%）与水回用率（15%-45%）的优化区间。

水能效率时空演变规律
研究发现2006-2023年间，中国省级能源效率平均提升1.68，北京、上海等东部地区领跑，而水效率增幅（0.97）相对滞后。效率耦合度从0.19升至0.35，但区域差异显著——北京(+0.006)、上海(+0.002)的协同提升幅度是西部地区的3-5倍。

基础设施共生的三重效益
共生情景下，煤泥混烧使燃煤需求减少580万吨，相当于节省139亿立方米淡水。环境协同效应尤为突出：CO₂减排量相当于关停4座中型煤电厂，而水回用削减了总氮、总磷等水体污染物排放。效率提升呈现"东高西低"格局，能源效率增益（0.30）显著高于水效率（0.01），反映当前技术更侧重能源端优化。

讨论与政策启示
该研究揭示了跨部门基础设施协同的"杠杆效应"：1）污泥热值利用使电厂燃煤热效率提升2.3%；2）水回用打破"处理-排放"单向模式，形成资源闭环；3）环境效益具有空间溢出特性，如京津冀地区每提升0.1耦合度可连带减少PM_2.5跨省传输12%。研究建议建立差异化补贴机制，对西部省份实施"技术-资金-政策"组合干预，这为全球资源型城市转型提供了中国方案。

这项研究从根本上改变了传统认知——污水处理厂不再是"能源黑洞"，而能成为电厂的"资源补给站"。通过量化"每吨污泥发电量"与"每立方米回用水节能值"，团队首次构建了可复制的水能协同管理框架，其方法论对食品-能源-水（FEW）等多系统耦合研究具有范式意义。正如通讯作者Junnian Song强调的："基础设施共生不是简单拼凑，而是通过物质-能量-信息的三重交换，重塑区域资源代谢的‘神经网络’。"