Су-энергетикалық байланыс - Water-energy nexus

Гибридті Сэнки диаграммасы АҚШ-тың өзара байланысты су және энергия ағындарының 2011 ж

Үшін ресми анықтама жоқ су-энергетикалық байланыс - тұжырымдама арасындағы байланысты білдіреді су үшін қолданылған энергия өндірісі,[1] екеуін қосқанда электр қуаты сияқты отын көздері май және табиғи газ және суды (тазартуға, жеткізуге, жылытуға / салқындатуға, тазартуға және кәдеге жаратуға жұмсалатын энергияны (және ағынды суларды) кейде энергия сыйымдылығы (EI). Қарым-қатынас шынымен де тұйық контур емес, өйткені энергияны өндіруге арналған су сол энергияны пайдаланып өңделетін су болмауы керек, бірақ энергияны өндірудің барлық түрлері суды біраз бөлуді талап етеді, бұл қатынасты ажырамас етеді.

Су-энергетикалық қатынастарды бағалауға арналған алғашқы зерттеулердің ішінде а өмірлік циклды талдау жүргізді Питер Глик 1994 жылы өзара тәуелділікті көрсетіп, су мен энергияны бірлесіп зерттеуді бастады.[2] 2014 жылы АҚШ Энергетика министрлігі (DOE) су-энергетикалық байланыс туралы есепті бірлескен су-энергетикалық саясат жүргізу қажеттілігін және байланыс пен оның бейімділігі туралы неғұрлым жақсы түсіну қажеттілігін алға тартты. климаттық өзгеріс ретінде ұлттық қауіпсіздік.[3] DOE-дің 2014 жылғы су-энергетикалық байланыс туралы есебіндегі гибридті Сэнки диаграммасы суды қорытындылайды энергия ағындары АҚШ-та секторлар бойынша, көрсете отырып өзара тәуелділік бөлектеу сияқты термоэлектрлік қуат негізінен салқындату үшін пайдаланылатын судың ең үлкен пайдаланушысы ретінде.

Энергия өндірісі үшін пайдаланылатын су

Сурет 1. Энергетикалық категория бойынша жалпы WCEP, 2008 ж

Энергия өндірісінің барлық түрлері суды қондырғыда және шикізатты өңдеу үшін пайдаланылған шикізатты өңдеуге немесе электр энергиясын өзі өндіруге жұмсайды. Сияқты жаңартылатын қуат көздері фотоэлектрлік күн және жел қуаты, энергияны өндіру үшін аз суды қажет етеді, салу үшін шикізатты өңдеу кезінде су қажет. Су болуы мүмкін қолданылған немесе тұтынылған, және басқалар арасында жаңа, жер, беткі, көк, сұр немесе жасыл деп жіктеуге болады.[1] Егер ол судың төменгі ағысындағы пайдаланушыларға су беруді төмендетпесе, яғни алынған және сол қайнар көзге қайтарылатын суды (ағынды пайдалану), мысалы, суды салқындату үшін пайдаланатын термоэлектрлік қондырғыларда және ең көп пайдаланушылар болып табылатын суды пайдаланған болып саналады. су.[3] Қолданылған су жүйеге ағынның төменгі жағында пайдалану үшін қайтарылған кезде, әдетте, термиялық немесе химиялық ластануға байланысты белгілі бір дәрежеде деградацияға ұшырады, ал табиғи ағын өзгерді, бұл тек судың мөлшері болса, бағалауға әсер етпейді қарастырылды. Су жүйеден толығымен жойылған кезде, мысалы, булану немесе ауылшаруашылық дақылдары немесе адамдар тұтыну арқылы жұмсалады. Суды пайдалануды бағалау кезінде барлық осы факторларды ескеру қажет, сонымен қатар суды нақты анықтау өте қиын болатын кеңістіктік-уақыттық ойлар.

Шпанг және басқалар. (2014 ж.) Халықаралық деңгейде энергия өндіруге (WCEP) арналған су шығынын зерттеп, екі елде де өндірілетін энергия түрлерінің өзгеруін, сондай-ақ суды пайдалану бірлігіне шаққандағы энергия өндірісінің тиімділігінің үлкен айырмашылықтарын көрсетті (1-сурет).[1] Шектелген қуат пен судың қол жетімділігі төтенше жағдайлар жағдайында су тарату жүйелері мен электр тарату жүйелерінің жұмысы су-энергетикалық байланыстың жалпы тұрақтылығын жақсарту үшін маңызды мәселе болып табылады. Хатавкар және Майс (2017)[4] құрғақшылықтың төтенше жағдайлары мен электр қуатының шектеулі деңгейінде электр станцияларына салқындатқыш сумен ең аз мөлшерде жеткізілуін анықтау үшін су тарату және электр тарату жүйелерін бақылау әдістемесін ұсыну. Хатавкар және Майс (2017 ж)[5] гипотетикалық аймақтық деңгей жүйесі үшін су-энергетикалық байланыс жүйесі үшін оңтайландыру моделін қолданды, ол бірнеше төтенше жағдайлар сценарийлері үшін тұрақтылықты жақсартты.

Энергия сыйымдылығы

АҚШ (Калифорния)

2001 жылы АҚШ-тағы жұмыс істеп тұрған су жүйелері жыл сайынғы электр энергиясының шамамен 3% -ын (~ 75 TWh) тұтынады.[6] Калифорния Мемлекеттік су жобасы (SWP) және Орталық аңғар жобасы (CVP) - бұл ең жоғары су көтергіш әлемдегі ең үлкен су жүйесі Техачапи таулары, штатты ылғалды және салыстырмалы түрде ауылдық солтүстіктен суды жеткізу ауылшаруашылық қарқынды орталық алқап, ақырында құрғақ және халқы тығыз оңтүстік. Демек, SWP және CVP - Калифорнияда жылына шамамен 5 ТВт электр энергиясын тұтынатын ең ірі электр энергиясын тұтынушылар.[6] 2001 жылы жалпы электр энергиясының 19% -ы (~ 48 ТВтсағ / жыл) суды өңдеуге соңғы пайдалануды қоса алғанда қолданылды, оның 65% -ы қалалық секторға тиесілі.[7] Электр энергиясынан басқа, Калифорниядағы табиғи газды тұтынудың 30% -ы сумен байланысты процестерге, негізінен тұрғын үйлерді жылытуға байланысты болды, ал 88 млн галлон дизельді ауылшаруашылығы үшін жер асты су сорғылары тұтынды.[7] Штаттағы сумен байланысты процестерге жұмсалған жалпы электр энергиясы мен табиғи газдың 48% -ы тек тұрғын үй секторына тиесілі болды.[6][7]

Калифорниядағы коммуналдық-тұрмыстық комиссияның (CPUC) Энергетика бөлімінің суды зерттеуге ендірілген энергия есебі бойынша:

"'Энергия қарқындылығы 'суды немесе ағынды суларды бірлікке тасымалдау немесе тазарту үшін қажет энергияның орташа мөлшерін білдіреді ».[8]

Энергия сыйымдылығы кейде ендірілген немесе синонимі ретінде қолданылады жинақталған энергия. 2005 жылы Калифорнияның оңтүстігіне су жеткізілімдерінің орташа коэффициенті 12,7 МВтсағ / МГ құрайды деп бағаланды, оның шамамен үштен екісі тасымалдауға байланысты болды.[7] Калифорниядағы электр энергиясының бестен бір бөлігі суға байланысты процестерде, соның ішінде түпкілікті пайдалануда жұмсалады деген тұжырымдардан кейін,[7] CPUC бұған жауап ретінде Калифорния энергетика және қоршаған орта институты (CIEE) жүргізген энергия мен судың арасындағы байланысты жалпы мемлекеттік зерттеуге рұқсат берді және суды үнемдеу арқылы энергияны үнемдеуге арналған бағдарламалар жасады.[8][9]

Араб аймағы

2016 жылғы Дүниежүзілік энергетикалық болжамға сәйкес, Таяу Шығыста тұщыландыру қабілетінің жоғарылауына байланысты су секторының электр энергиясын тұтынудың жалпы көлеміндегі үлесі 2015 жылғы 9% -дан 2040 жылға қарай 16% -ға дейін өседі деп күтілуде. Оған келесі елдер кіретін араб аймағы:Кувейт, Ливан, Ливия, Мауретия, Марокко, Оман, Палестина территориялары, Алжир, Бахрейн, Египет, Ирак, Иордания, Катар, Судан, Сауд Арабиясы, Сирия, Тунис, Біріккен Араб Әмірліктері, және Йемен. Араб аймағының кейбір жалпы сипаттамалары - бұл әлемдегі ең стресстік аймақтардың бірі, жаңбырдың түсуі көбінесе сирек кездеседі немесе күтпеген жерден жаңбыр жауады

Судағы стрессті көрсететін әлем картасы.

өрнек.[10] Араб аймағының жиынтық ауданы бүкіл әлемнің шамамен 10,2% құрайды, бірақ бұл аймақ жыл сайынғы әлемнің тек 2,1% алады. атмосфералық жауын-шашын. Әрі қарай бұл аймақ жыл сайынғы әлемнің 0,3% құрайды жаңартылатын су ресурстар (ACSAD 1997). Демек, аймақ жан басына шаққандағы таза сумен жабдықтаудың төмендеуін бастан кешірді, шамамен 42 текше шақырым суға деген сұраныс жетіспеді.[11] Бұл тапшылық 2030 жылға қарай үш есе, ал 2050 жылға қарай төрт есе өседі деп күтілуде.[12] Әлемдік экономикалық тұрақтылық араб аймағына тәуелді болғандықтан, бұл өте қорқынышты.[12]

Жан басына шаққандағы таза сумен жабдықтаудағы өсіп келе жатқан алшақтықты азайтудың көптеген әдістері бар. Қолданылатын әдістердің бірі тұзсыздандыру бұл әсіресе барлық жерде кездеседі GCC аймақ.[12] Әлемдегі тұщыландырудың барлық мүмкіндіктері, шамамен 50% -ы араб аймағында, ал 50% -ның барлығы дерлік GCC елдер.[12] Сияқты елдер Бахрейн арқылы тұщы сумен 79% қамтамасыз етеді тұзсыздандыру, Катар 75% шамасында, Кувейт шамамен 70%, Сауд Арабиясы 15% және БАӘ шамамен 67%. Мыналар Парсы шығанағы елдері сумен жабдықтау тапшылығын толтыру үшін орасан зор тұзсыздандыру қондырғылары салынды, өйткені бұл елдер экономикалық тұрғыдан дамыды.[12][13] Ауыл шаруашылығы GCC аймақ оның шамамен 2% құрайды ЖІӨ дегенмен өндірілген судың 80% пайдаланады.[13] Оларды пайдалану үшін негізінен мұнайдан энергияның көп мөлшері қажет екенін ескеру қажет тұзсыздандыру өсімдіктер. Сияқты елдер Сауд Арабиясы, Бахрейн, және Кувейт қазіргі тенденция жалғасатын болса, тұзсыздандыруға сұранысты қанағаттандыру қиын болады. The GCC өндірілетін электр қуатының 10-25% суды тұзсыздандыруға жұмсайды.[14][15][16]

Гидроэлектр

Гидроэлектр су өндірісі таза және таза болып саналатындықтан, энергияны өндіру үшін пайдаланылатын судың ерекше жағдайы болып табылады жаңартылатын және бөгеттер (гидроэлектрлік өндірістің негізгі көзі) энергияны өндіруден басқа бірнеше мақсатқа қызмет етеді, соның ішінде су тасқынының алдын алу, сақтау, бақылау және демалысты бөлу қиынға соғады.[1] Сонымен қатар, гидроэлектроэнергия өндірісінің әсерін булану шығындары және судың өзгерген сапасы жағынан да анықтау қиынға соғуы мүмкін, өйткені демонстрация ағын ағындарға қарағанда әлдеқайда суық болады. Кейбір жағдайларда ағындардың модерациясы суды уақытында пайдаланудың бәсекелестігі ретінде қарастырылуы мүмкін, сонымен қатар әсерді талдау кезінде ескеру қажет болады.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б c г. Spang, E. S., Moomaw, W. R., Gallagher, K. S., Kirshen, P. H., and Marks, D. H. (2014). «Энергия өндірісінің суды тұтынуы: халықаралық салыстыру». Экологиялық зерттеулер туралы хаттар, 9(10), 105002.
  2. ^ Gleick, P. H. (1994). «Су және энергия». Энергия мен қоршаған ортаға жыл сайынғы шолу, 19(1), 267–299.
  3. ^ а б Бауэр, Д., Филбрик, М., және Валларио, Б. (2014). «Су-энергетикалық байланыс: қиындықтар мен мүмкіндіктер». АҚШ Энергетика министрлігі.
  4. ^ Хатавкар, П., & Майс, Л.В. (2017 а) Қуат шектеулі болған кезде су тарату жүйелерін нақты уақыт режимінде пайдалану моделі. Дүниежүзілік қоршаған орта және су ресурстары конгресінде 2017 (171–183 б.).
  5. ^ Хатавкар, П., & Майс, Л.В. (2017). Қуат шектеулі болған кезде су тарату жүйелерінің нақты уақыт режиміндегі жұмысына арналған оңтайландыру / модельдеу моделін сынау. Техникалық жетістіктер туралы конгрессте 2017 (1-9 бет).
  6. ^ а б c Коэн, Р., Нельсон, Б. және Вулф, Г. (2004). «Қуатты төмендететін қуат: Калифорниядағы сумен жабдықтаудың жасырын шығындары». Э. Кузинс, ред., Табиғи ресурстарды қорғау кеңесі
  7. ^ а б c г. e Клейн, Г., Кребс, М., Холл, В., О'Брайен, Т. және Блевинс, Б.Б (2005). «Калифорнияның су-энергетикалық қатынасы». Калифорния энергетикалық комиссиясы, Сакраменто, Калифорния.
  8. ^ а б Беннетт, Б. және Парк, Л. (2010). «Су зерттеуге ендірілген энергия 1-зерттеу: штат бойынша және аймақтық су-энергетикалық байланыс». Калифорниядағы коммуналдық шаруашылық жөніндегі энергетикалық бөлім.
  9. ^ Беннетт, Б. және Парк, Л. (2010). «Су зерттеуге ендірілген энергия 2-зерттеу: су агенттігі және функциясының компонентін зерттеу және ендірілген энергия-су жүктемесі туралы профильдер.» Калифорниядағы коммуналдық шаруашылық жөніндегі энергетикалық бөлім.
  10. ^ БҰҰДБ (2013 ж.) Араб аймағындағы суды басқару: тапшылықты басқару және болашақты қамтамасыз ету. БҰҰДБ, Нью-Йорк.
  11. ^ Devlin J (2014) су тапшылығы Таяу Шығыста және Солтүстік Африкада өсу перспективаларын төмендетіп жатыр ма? Брукингс институты, 24 маусым 2014 ж
  12. ^ а б c г. e Дүниежүзілік банк (2012 ж.) Жаңартылатын энергияны тұщыландыру: Таяу Шығыс пен Солтүстік Африкадағы су айырмашылығын жою жөніндегі жаңа шешім. Дүниежүзілік банк, Вашингтон, Колумбия округі.
  13. ^ а б Booz and Company (2014) GCC-де тұрақты су секторына қол жеткізу: сұраныс пен ұсынысты басқару, құрылыс институттары, 8 мамыр 2014 ж.
  14. ^ Fath H, Sadik A, Mezher T (2013) GCC елдеріндегі тұзсыздандырылған суды өндіру мен энергияны тұтынудың қазіргі және болашақ тенденциясы. Int J Therm Env Eng 5 (2): 155–162
  15. ^ Amer, Kamel және басқалар, редакторлар. Араб аймағындағы су, энергетика және азық-түлік қауіпсіздігі туралы байланыс. 1-ші басылым, сер. 2367–4008, Springer International Publishing, 2017 ж.
  16. ^ Бадран, Аднан және т.б., редакторлар. Таяу Шығыстағы су, энергия және азық-түлік тұрақтылығы. 1-ші басылым, сер. 978-3-319-48920-9, Springer International Publishing, 2017 ж.

Сыртқы сілтемелер