Vatten-energi-nexus
Vatten -energinexus är förhållandet mellan vattnet som används för energiproduktion , inklusive både elektricitet och bränslekällor som olja och naturgas , och den energi som förbrukas för att utvinna, rena, leverera, värma/kyla, behandla och bortskaffa vatten (och avloppsvatten) som ibland kallas energiintensiteten ( EI). Relationen är inte riktigt en sluten slinga eftersom vattnet som används för energiproduktion inte behöver vara samma vatten som bearbetas med den energin, utan alla former av energiproduktion kräver viss tillförsel av vatten vilket gör förhållandet oupplösligt.
Bland de första studierna för att utvärdera förhållandet mellan vatten och energi var en livscykelanalys utförd av Peter Gleick 1994 som belyste det ömsesidiga beroendet och initierade den gemensamma studien av vatten och energi. År 2014 släppte det amerikanska energidepartementet (DOE) sin rapport om vatten-energi-nexus som citerade behovet av gemensamma vatten-energi-policyer och bättre förståelse för kopplingen och dess känslighet för klimatförändringar som en fråga om nationell säkerhet . Hybrid-Sankey-diagrammet i DOE:s 2014 års vatten-energi-nexus-rapport sammanfattar vatten- och energiflöden i USA per sektor, vilket visar på ömsesidigt beroende och pekar ut termoelektrisk kraft som den enskilt största användaren av vatten, som främst används för kylning.
Vatten som används inom energisektorn
Alla typer av elproduktion förbrukar vatten antingen för att bearbeta de råvaror som används i anläggningen, för att bygga och underhålla anläggningen, eller för att bara generera elen själv. Förnybara kraftkällor som sol- och vindkraft , som kräver lite vatten för att producera energi, kräver vatten för att bearbeta de råvaror som ska byggas. Vatten kan antingen användas eller konsumeras, och kan kategoriseras som färskt, malt, yta, blått, grått eller grönt bland annat. Vatten anses användas om det inte minskar tillgången på vatten till nedströmsanvändare, det vill säga vatten som tas och återförs till samma källa (inströmsanvändning), såsom i termoelektriska anläggningar som använder vatten för kylning och är de överlägset största användarna av vatten. Medan använt vatten återförs till systemet för användning nedströms, har det vanligtvis försämrats på något sätt, främst på grund av termisk eller kemisk förorening, och det naturliga flödet har förändrats vilket inte tar hänsyn till en bedömning om bara mängden vatten är anses vara. Vatten förbrukas när det avlägsnas helt från systemet, till exempel genom avdunstning eller konsumtion av grödor eller människor. När man bedömer vattenanvändningen måste alla dessa faktorer beaktas, liksom spatiotemporala överväganden som gör det mycket svårt att exakt fastställa vattenanvändningen.
Spang et al. (2014) genomförde en studie som tittade på vattenförbrukningen för elproduktion (WCEP) internationellt som både visade variationen i energislag som produceras mellan länder såväl som de stora skillnaderna i effektivitet i kraftproduktion per enhet vattenanvändning (Figur 1). Drift av vattendistributionssystem och kraftdistributionssystem under nödsituationer med begränsad kraft och vattentillgång är en viktig faktor för att förbättra den övergripande motståndskraften hos vatten-energi-nexus. Khatavkar och Mays (2017a) presenterar en metodik för kontroll av vattendistribution och kraftdistributionssystem under nödsituationer av torka och begränsad krafttillgång för att säkerställa åtminstone minimal tillförsel av kylvatten till kraftverken. Khatavkar och Mays (2017) tillämpade en optimeringsmodell för vatten-energi-nexussystem för ett hypotetiskt system på regional nivå som visade en förbättrad motståndskraft för flera beredskapsscenarier.
Användningen av vattenresurser för hydraulisk sprickning av skiffergas och täta oljereserver har blivit alltmer kontroversiell. Många miljövänner är djupt oroade över potentialen för sådana operationer att förvärra den lokala vattenbristen (eftersom de vattenvolymer som krävs är stora) och att producera avsevärda volymer förorenat vatten (både direkt genom förorening av frackingvatten och indirekt genom förorening av grundvatten). Med stigande energipriser i Nordamerika och Europa under 2020-talet är det troligt att myndigheter och industris intresse för hydraulisk sprickning kommer att växa.
Energiintensitet
USA (Kalifornien)
År 2001 förbrukade driftvattensystem i USA cirka 3 % av den totala årliga elektriciteten (~75 TWh). California's State Water Project (SWP) och Central Valley Project (CVP) är tillsammans det största vattensystemet i världen med det högsta vattenlyftet, över 2000 fot över Tehachapi-bergen, och levererar vatten från den blötare och relativt landsbygden norra delen av området. staten, till den jordbruksintensiva centraldalen och slutligen till den torra och tätbefolkade södern. Följaktligen är SWP och CVP de enskilt största elkonsumenterna i Kalifornien och förbrukar cirka 5 TWh el varje år. År 2001 användes 19 % av statens totala elanvändning (~48 TWh/år) i processvatten, inklusive slutanvändning, varav stadssektorn stod för 65 %. Förutom elektricitet berodde 30 % av Kaliforniens naturgasförbrukning på vattenrelaterade processer, främst uppvärmning av vatten i bostäder, och 88 miljoner liter diesel förbrukades av grundvattenpumpar för jordbruket. Enbart bostadssektorn stod för 48 % av den totala kombinerade el- och naturgas som förbrukades för vattenrelaterade processer i staten.
Enligt California Public Utilities Commission (CPUC) Energy Divisions rapport om Embedded Energy in Water Studies:
"' Energiintensitet ' avser den genomsnittliga mängd energi som behövs för att transportera eller behandla vatten eller avloppsvatten per enhet."
Energiintensitet används ibland synonymt med inbäddad eller inbäddad energi . 2005 bedömdes vattenleveranserna till södra Kalifornien ha en genomsnittlig EI på 12,7 MWh/MG, varav nästan två tredjedelar berodde på transport. Efter upptäckten att en femtedel av Kaliforniens elektricitet förbrukas i vattenrelaterade processer inklusive slutanvändning, svarade CPUC med att godkänna en statlig studie om förhållandet mellan energi och vatten som utfördes av California Institute for Energy and Environment (CIEE). och utvecklade program för att spara energi genom vattenbesparing.
arabiska regionen
Enligt World Energy Outlook 2016, i Mellanöstern, förväntas vattensektorns andel av den totala elförbrukningen öka från 9 % 2015 till 16 % 2040, på grund av en ökning av avsaltningskapaciteten. Den arabiska regionen som omfattar följande länder: Kuwait , Libanon , Libyen , Mauretanien , Marocko , Oman , Palestinska områden , Algeriet , Bahrain , Egypten , Irak , Jordanien , Qatar , Sudan , Saudiarabien , Syrien , Tunisien , Förenade Arabemiraten , och Jemen . Några allmänna kännetecken för den arabiska regionen är att det är en av de mest vattenstressade regionerna i världen, regn faller mestadels sällsynt, eller att det regnar på ett oförutsägbart sätt.
mönster. Den ackumulerade ytan av den arabiska regionen är cirka 10,2 % av världens yta, men regionen får bara 2,1 % av världens genomsnittliga årliga nederbörd . Vidare rymmer regionen 0,3 % av världens årliga förnybara vattenresurser ( ACSAD 1997). Följaktligen har regionen upplevt en minskande tillgång på färskvatten per capita, ungefär en brist på 42 kubikkilometer vattenbehov. Denna brist förväntas växa tre gånger till 2030 och fyra gånger till 2050. Detta är ytterst alarmerande med tanke på att världens ekonomiska stabilitet i hög grad beror på den arabiska regionen.
Det finns många metoder för att mildra den växande klyftan i färskvattenförsörjning per capita. En tillämplig metod är avsaltning som är allmänt förekommande särskilt i GCC -regionen. All världens avsaltningskapacitet, cirka 50 %, finns i den arabiska regionen, och nästan hela den 50 % finns i GCC- länderna . Länder som Bahrain tillhandahåller 79% av sitt färskvatten genom avsaltning , Qatar är cirka 75%, Kuwait cirka 70%, Saudiarabien 15% och Förenade Arabemiraten cirka 67%. Dessa länder i Persiska viken byggde enorma avsaltningsanläggningar för att möta bristen på vattenförsörjning eftersom dessa länder har utvecklats ekonomiskt. Jordbruket i GCC- regionen står för cirka 2 % av dess BNP , men det använder 80 % av det producerade vattnet. Det bör också noteras att det kräver enorma mängder energi mestadels från olja för att driva dessa avsaltningsanläggningar . Länder som Saudiarabien , Bahrain och Kuwait kommer att få svårigheter att möta efterfrågan på avsaltning om den nuvarande trenden fortsätter. GCC använder 10–25 % av sin genererade elkraft för att avsalta vatten .
Vattenkraft
Vattenkraft är ett specialfall av vatten som används för energiproduktion, främst för att vattenkraftsproduktion anses vara ren och förnybar , och dammar (den huvudsakliga källan till vattenkraftproduktion) tjänar flera syften förutom energigenerering, inklusive förebyggande av översvämningar, lagring, kontroll och rekreation som försvårar försvarbara tilldelningsanalyser. Dessutom kan effekterna av vattenkraftproduktion vara svåra att kvantifiera både i termer av avdunstningsförbrukningsförluster och förändrad vattenkvalitet, eftersom uppdämning resulterar i flöden som är mycket kallare än för strömmande vattendrag. I vissa fall kan måttliga flöden ses som att en rivalitet mellan vattenanvändning i tid också kan behöva beaktas i konsekvensanalyser.
Se även
externa länkar
- Kaliforniens vatten – energirelation
- WaterEnergyNEXUS – Avancerad teknik och bästa praxis
- Inbäddad energi i vattenstudier Studie 1: Statligt och regionalt förhållande mellan vatten och energi
- Studier av inbäddad energi i vatten Studie 2: Studie av vattenmyndigheten och funktionskomponenter och inbäddade energi- och vattenbelastningsprofiler
- Vatten-energinexus: utmaningar och möjligheter
- [1]
- Törstig energi