Интерпретацията на политиката за водите и производството на енергия

Връзката между енергията и водата: глобално предизвикателство

Водата и енергията формират една от най-критичните взаимозависимости на съвременния свят. Всеки етап от производството на енергия от извличането на горива до нетрадиционните емисии на енергия, докато водните системи зависят от енергията за изпомпване, третиране и разпределение. Тази двупосочна връзка, често наричана водно-енергийна нексус, седи в центъра на политическите дебати, планиране на инфраструктурата и стратегии за устойчивост на климата. Решенията, взети в един сектор, се вливат директно в другия, правейки интегрирано управление не само полезно, но и съществено.

Международната енергийна агенция (IEA) проекти, които изтеглянията на вода за производство на енергия могат да се увеличат с 20% с 2040 по текущи политики, дори когато водният стрес се влошава в много региони. Разбирането на начина, по който политиката за водосборството и обратното е от жизненоважно значение за изграждането на устойчиви системи, които могат да подкрепят растящите популации и икономики, като същевременно защитават природните екосистеми.

Как водата се използва в производството на енергия

Водата служи като охладител, работеща течност, източник на енергия и транспортна среда в разнообразни енергийни технологии. Обемът на консумираната вода варира драстично по метод, тип гориво и избор на технология.

Топлинна енергия: охлаждащата загадка

Конвенционални термални електроцентрали, природен газ, ядрен газ и някои биомаса генерира електричество чрез отопление на вода, за да произвежда пара, която се върти турбини. Охлаждане, че парата след това изисква огромни количества вода.

Веднъж чрез охлаждане: Водата се извлича от източник, преминава през заводите за заводи, и се връща при по-висока температура.Този метод изтегля големи обеми (до 150 литра на час за кичури), но консумира относително малко (около 1 .3%) като горно.
Рециркулиране (затворен-лоп) охлаждане:[ Водата е неуловима в рамките на охладителни кули, само 2 голтави 5%. Оттеглянията са много по-ниски, но консумативната употреба на вода е по-висока за единица електроенергия (около 2 .4 литра на kWh).

В районите на водосплав сухото охлаждане (въздушно охлаждане на електрозахранващите устройства) може да намали потреблението на вода с над 90%, въпреки че при по-висока капиталова цена и ефективност на санкцията. Според Американската агенция за защита на околната среда изборът на технология за охлаждане може да промени завод за електрозахранване и водоеми с цел да се постигне по-голяма степен, което го прави критичен лост за политика.

Хидроенергия: пряко зависимост от потока

Хидроенергията се основава на кинетичната енергия на течащата вода от спин турбините. Докато не се консумира вода в самия процес на производство, се изпаряват загубите от резервоари може да бъде значително по-специално в тропически и сухи климатични условия. A 2021 проучване в ]Природата Устойчивост[[ установи, че глобалният резервоар се изпарява на около 1,3% от човечеството общо потребление на вода, с големи язовири в топли региони, които губят повече вода, отколкото те спестяват за други приложения. Освен това, хидроенергията е пряко свързана с валежи, което го прави уязвима за суши, задвижвани от изменението на климата.

Биоенергия и биогорива: скрити разходи за вода

В резултат на това решенията за политиката около мандатите за биогорива носят значителни последици за наличието на вода.

Други енергийни източници използват вода и по-малки, но важни начини: ] добив на нефт и газ (особено хидравлично разбиване) инжектира вода под земята; соларна топлинна енергия[] използва вода за охлаждане и измиване на огледалата; и дори системи за улавяне и съхранение на въглерод изискват вода за определени процеси на улавяне.

Предизвикателствата пред политиката за водите в енергийния сектор

Тъй като конкуренцията за сладководните продукти се засилва, енергийният сектор е изправен пред нарастващ списък от политически и оперативни предизвикателства. Това не са само технически проблеми, а управленски дилеми, които пресичат юрисдикциите и изискват координирани отговори.

Водна пепел и конкуренция

През 2022 г. европейските ядрени и водноелектрически централи са страдали от ограничения поради ниските нива на реките и рекордната топлина, допринасяйки за енергийната криза на континента.

Интегрирани политики за разпределяне на водата, които приоритизират най-неблагоприятните приложения, като същевременно поддържат електроцентралите онлайн през критични периоди, са спешно необходими.

Въздействие върху околната среда и екосистемните системи

Оттеглянето на вода за производство на енергия може да увреди сладководните екосистеми по няколко начина:

Термалното замърсяване:[ След като охлаждащите системи повишат температурата на водата, намаляват разтворения кислород и увреждат рибите и безгръбначните.
Обучение и заглушаване:[ Водните организми (включително ларвите и младите риби) са хванати в капан срещу екраните или са изтеглени през охладителната система.
Променяне на светлината: Големите язовири променят естествения поток, оказват влияние върху транспорта на седименти, миграцията на рибите и здравето на наводненията.
Замърсяване:[ Водата, използвана в добива на нефт и газ или добива на въглища, може да въведе замърсители, ако не се управлява правилно.

Програмата на ООН за околната среда (UNEP) предупреждава, че влошаването на качеството на водата от производството на енергия е пренебрегван аспект на връзката, като регулаторните пропуски в много страни позволяват кумулативните въздействия да останат неконтролирани.

Обратна връзка относно изменението на климата

Климатът променя както водните ресурси, така и енергийните потоци. По-високите температури на въздуха и водата намаляват ефективността на топлоелектрическите централи (защото охладителните системи работят по-малко ефективно). Промяната на валежите променя производството на водноелектрически централи и може да намали речните потоци, необходими за охлаждането. Обратно, енергийният сектор е основен цикъл за обратна връзка, където енергийните решения намаляват климатичните условия, които застрашават надеждността на водата.

Политиците трябва да отчитат тези нелинейни взаимодействия при определянето на енергийни и водни цели. Традиционното планиране го прави недостатъчно.

Интегрирани подходи и казуси

Ефективното управление на водните енергийни връзки изисква да се търсят отвъд отделните сектори, за да се идентифицират синергиите и компромисите.

Планиране на нексус на водната енергия

Планирането на Нексус включва координиране на институционалните мандати, споделяне на данни между водните и енергийните агенции и използване на междусекторни модели за оценка на вариантите на политиката. Например, когато вземат решение за нови разрешителни за електроцентрали, управителите на води могат да преценят дали местното водоснабдяване може да се справи с допълнителни изтегляния, без да вреди на съществуващите потребители или екосистеми.

Световната банка е насърчавала оценки на неексус[ в няколко страни, включително Мароко и Филипините, където съвместни проучвания за оптимизиране на водата и енергията са установили инвестиции, които спестяват вода и енергия. Ключови препоръки от такива оценки включват привеждане в съответствие на тарифни структури за обезвреждане на разточителното използване и възнаграждаване на водноефективното производство на енергия.

Проучване на случая: Колорадо Ривър Бейсин

Реката предлага общинска и земеделска вода за 40 милиона души, като същевременно подпомага водноелектрически централи в Глен Каньон и Хувър Язовири. Тъй като басейнът издържа многодекадетонен мегадоут, нивата на резервоарите са паднали до рекордни нива, заплашващи водноелектрическото производство и принуждаващи разпределението на вода да бъде намалено. През 2023 г. Бюрото за рекламация обяви 24-месечен план за действие при извънредни ситуации[, който би могъл да намали освобождаването от язовир Глен Каньон, ако нивата на спаднат допълнително, рискувайки доставките на електроенергия до 5,8 милиона клиенти в седем държави. Това показва как решенията за политиката на водата около опазването и разпределението на енергията директно се постига.

Проучване на случая: криза с енергията в Индия

Индия, където 75% от електроенергията идва от топлоцентралите, които са били запалени от въглища, е претърпяла повтарящи се прекъсвания във водата. A 2021 проучване на Института за Световни Ресурси (WRI) установи, че 40% от топлоелектрическите централи в Индия са подложени на силен натиск върху водата, а през 2019 г. няколко централи са били принудени да намалят производството си с до 50%. Индия е Националната политика за водите[ вече включва разпоредби за минимални потоци в реките и мандати, които новите централи използват ефективни технологии за охлаждане.

Стратегии за устойчиво управление на водите и енергетиката

Преминаването към по-устойчива водо-енергийна система изисква действия в областта на технологиите, политиката и финансите. По-долу са ключови стратегии, които се използват по целия свят.

Технологични иновации

Напредъкът в производството на електроенергия и пречистването на водата може драстично да намали използването на вода:

Авангардни охладителни системи:[ Хибридно охлаждане (мокър сух) се регулира въз основа на околните условия, пестя вода през студените периоди и използвам мокро охлаждане, когато е най-ефективно. Сухото охлаждане без потребление на вода е жизнеспособна за много газови централи и концентрирана слънчева енергия в сухите райони.
Изчислете рециклирането на вода в електроцентралите:[ Преработване и повторно използване на промишлени отпадъчни води, общински водосточници или срутване от охладителни кули могат да намалят сладководните изтегляния с 30 год.
Суперкритични цикли на мощност на CO2: Те използват въглероден диоксид вместо вода като работна течност, предлагаща по-висока ефективност и премахване на нуждите от охлаждане на водата напълно за определени приложения.
Слънчеви фотоволтаици и вятър:[ Тези технологии изискват незначителна вода по време на работа .Вятърът използва почти никакви, а слънчевата PV само незначителни количества за почистване на панели. Прехвърлянето на производството на енергия от потреблението на вода към възобновяеми източници е най-прекият начин за намаляване на производството на енергия от водопровода.

Политика и регулаторни инструменти

Правителствата могат да насърчават избора на енергия с вода чрез няколко механизма:

Стандарти за ефективност на водата[ за нови електроцентрали (напр. с възможност за охлаждане на затворения цикъл във водогрейни басейни).
Преструктуриране на водите и реформи на разпределението], които отразяват недостиг и засилват опазването.
Интеграрано планиране на ресурсите между вода и енергийни комунални услуги, с споделени бази данни за наличието на вода и търсенето на енергия.
Регламенти за атмосферния поток[, които определят минимални речни нива за защита на екосистемите и поддържат ползвателите на вода надолу по веригата, включително водноелектрическите централи.
Подобен стандарт на портфейла[, който приоритизира слънчевите, вятърните и други нисководни технологии.

Директивата за водната рамка на Европейския съюз и Закона за чистата вода на САЩ се отнасят както за използването на енергийните сектори, така и за изричното използване на водите, но не се допускат и политики за нексус. Няколко нации като Южна Африка и Австралия са разработили стратегии за водни енергийни връзки, които определят общи цели за намаляване на интензивността на водата в енергийния сектор.

Ролята на възобновяемата енергия и декарбонизацията

Преминаването към нисковъглеродна енергийна система е не само климатна необходимост, но и възможност за водосъхранение. Соларните фотоволтаични инсталации и вятърни турбини изискват 95 .99% по-малко вода на единица електроенергия от изкопаеми горива или атомни електроцентрали с еднократно охлаждане. Дори в сравнение с инсталациите за комбиниран цикъл на природен газ (които използват относително малко вода за охлаждане), слънчевата и вятърната енергия все още идват напред.

Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA) оценява, че удвояването на световния дял на възобновяемите енергийни източници до 2030 г. би могло да намали изтеглянето на вода от енергията с 25 . . . . Въпреки това, има нюанси: концентрирането на слънчевата енергия (CSP) с мокро охлаждане може да бъде водоем; биомасата зависи от нафта; а загубите от хидроенергия . По тази причина политиците трябва да избягват предположенията за одеала и да обмислят специфични за обекта следи от вода при проектирането на стимули за възобновяема енергия.

Бъдещият поглед и препоръки

Водоенергийният нексус ще стане по-остър, тъй като изменението на климата засилва хидроложката вариабилност и с разширяването на достъпа до електроенергия в развиващите се страни. Ключовите действия за следващото десетилетие включват:

Внедряване в данните и моделирането. Много страни нямат интегрирани системи за мониторинг, необходими за проследяване на изтеглянето на вода от електроцентралите и за прогнозиране как промяната на наличността на вода влияе на надеждността на мрежата.
Единични икономически стимули.[ Субсидиите за изкопаеми горива често нарушават както водните, така и енергийните пазари. Пренасочването на подкрепата към нисководните технологии за възобновяеми източници и водните ефективни промишлени процеси може да постигне множество цели едновременно.
Усилено управление. Кръстосано координиране на органи на националните, речните басейни и регионалните нива на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на ниво на водоснабдителна система [[FLT:]]Инициатива за интегрирано наблюдение на водите предлага рамка за проследяване на напредъка по целите на SDG за водните източници.
Повишаване на устойчивостта на климата. Новата енергийна инфраструктура трябва да бъде проектирана да работи при по-горещи и сухи условия. Това включва избор на водоефективно охлаждане, локализиране на инсталации в райони със стабилни водоснабдителни доставки и диверсифициране на портфейлите от генериране.
Инженерни местни общности и екосистеми. Решенията на политиката за водите, които засягат производството на енергия, не могат да бъдат взети в изолация. Местните групи, ползвателите на вода надолу по веригата и организациите за опазване на околната среда трябва да имат място на масата, за да се гарантира справедлив и екологично стабилен резултат.

Пресечната точка на политиката за водите и производството на енергия вече не е ниша академична тема, а е предизвикателство на първа линия за правителствата, комуналните услуги и индустриите по целия свят. Чрез третирането на водата и енергията като две страни на една и съща ресурсна монета, човечеството може да изгради системи, които са надеждни и устойчиви, дори и под щамовете на изменението на климата и нарастващото търсене. Пътят напред изисква не само технически иновации, но и политическа воля, трансгранично сътрудничество и дългосрочна гледна точка, която цени както сигурността на нашите светлини, така и здравето на нашите реки.