ارتباط انرژی-آب: چالش جهانی

آب و انرژی یکی از مهم ترین وابستگی های متقابل جهان مدرن را تشکیل می دهند (هر مرحله از تولید انرژی – از استخراج سوخت به تولید برق – آب را می طلبد، در حالی که سیستم های آب وابسته به انرژی برای پمپاژ، درمان و توزیع این رابطه دو طرفه هستند، اغلب به نام آب انرژی - {\displaystyle1]، بحث های یکپارچه در زیرساخت های ضروری و تصمیم گیری مستقیم در بخش مدیریت آب و آب نیست.

تقاضای جهانی برای هر دو آب و انرژی همچنان رو به افزایش است.سازمان بین المللی انرژی (IEA) پروژه هایی که خروج آب برای تولید انرژی می تواند 20٪ تا 2040 در سیاست های فعلی افزایش یابد، حتی با افزایش استرس آب در بسیاری از مناطق، درک چگونگی شکل گیری سیاست های آب و برعکس، برای ساخت سیستم های پایدار که می توانند از رشد جمعیت و در حالی که از اکوسیستم های طبیعی محافظت می کنند، حیاتی است.

چگونه آب در تولید انرژی استفاده می شود

آب به عنوان یک خنک کننده، یک مایع کاری، یک منبع انرژی و یک رسانه حمل و نقل در سراسر فن آوری های مختلف انرژی عمل می کند. حجم آب مصرف شده به طور چشمگیری با روش، نوع سوخت و انتخاب تکنولوژی متفاوت است.

نیروگاه های حرارتی: خنک کننده Conundrum

نیروگاه های برق حرارتی متعارف - گاز طبیعی، هسته ای و برخی از بیوماها - برق را با آب گرم می کنند تا بخار را تولید کنند که توربین ها را خنک می کند و بخار پس از آن نیاز به مقدار زیادی آب دارد.

  • خنک کننده: آب از یک منبع گرفته شده است، از طریق کوره گیاه عبور می کند، و در دمای بالاتر بازگردانده می شود، این روش حجم زیادی (تا 150 لیتر در هر کیلووات ساعت) را برداشت می کند، اما نسبتا کم (حدود 1 تا 33٪) به عنوان تبخیر مصرف می کند، اما تخلیه حرارتی می تواند به زندگی آبزی آسیب برساند.
  • بازسازی خنک کننده (نزدیک حلقه) : آب در داخل برج های خنک کننده استفاده می شود، با تنها 2 -5٪ از دست رفته برای تبخیر خروجی بسیار پایین تر است، اما مصرف آب مصرفی در هر واحد برق (حدود 2 -4 لیتر در هر کیلووات ساعت) بالاتر است.

در مناطق آب، خنک کننده خشک (مشارکت هوا) می تواند مصرف آب را بیش از 90٪ کاهش دهد، اگرچه در هزینه سرمایه بالاتر و مجازات بهره وری، بر اساس آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده [FLT 1]، انتخاب فن آوری خنک کننده می تواند رد پای آب نیروگاه را با یک نظم و اندازه سیاست حیاتی تغییر دهد.

قدرت آبی: وابستگی مستقیم به جریان

انرژی هیدرو به انرژی ذاتی آب جاری برای چرخش توربین ها متکی است، در حالی که هیچ آب در خود فرآیند نسل مصرف نمی شود، زیان های تبخیر کننده از مخازن می تواند قابل توجه باشد - به ویژه در گرمسیری و آب و هوا خشک 2021 مطالعه در پایداری [FLT3] ثابت کرد که الگوهای تولید جهانی تقریباً برای جلوگیری از آب و فاضلاب، به طور مستقیم با استفاده از مواد غذایی بزرگ است.

انرژی زیستی و سوخت های زیستی: هزینه های آب پنهان

در حال رشد خوراک برای بیوmass و سوخت های زیستی نیاز به آب برای آبیاری و پردازش آن خوراک به انرژی قابل استفاده مصرف آب اضافی است. اتانول مبتنی بر کورنل دارای شدت آب تقریبا ۳۰۰۰ تا ۴۰۰۰ لیتر در لیتر اتانول در هنگام آبیاری است، در حالی که منابع قند باران یا سلول های کبدی می توانند در اطراف تصمیم گیری های مربوط به سوخت زیستی بسیار کم باشد.

سایر منابع انرژی نیز از آب در راه های کوچکتر اما مهم استفاده می کنند: استخراج نفت و گاز (به ویژه هیدرولیکی خرد کردن) آب زیرزمینی را تزریق می کند؛ انرژی حرارتی خورشیدی (FLT3) از آب برای خنک سازی و شستشوی آینه استفاده می کند؛ و حتی ضبط کربن و ذخیره سازی [FLT5] نیاز به سیستم های خاص برای گرفتن آب دارند.

چالش های سیاست آب در بخش انرژی

به عنوان رقابت برای بی آب، بخش انرژی با لیست فزاینده ای از سیاست ها و چالش های عملیاتی مواجه است، این ها تنها مشکلات فنی نیستند - آنها معضلات مدیریتی هستند که از حوزه قضایی عبور می کنند و نیاز به پاسخ هماهنگ دارند.

آب و هوا و رقابت

بیش از دو سوم تولید برق جهانی در مناطق تحت فشار آب رخ می دهد، با توجه به تجزیه و تحلیل موسسه جهانی منابع جهانی 2023، هنگامی که خشکسالی جریان رودخانه یا سطح آب زیرزمینی را کاهش می دهد، نیروگاه های برق ممکن است مجبور به کاهش خروجی یا حتی خاموش شدن شوند.در سال 2022، نیروگاه های هسته ای اروپا و هیدروالکتریک به دلیل سطح پایین رودخانه و گرما، کاهش می یابد و به عنوان خطر گرما در آب و هوا افزایش می یابد.

تامین آب شهری، کشاورزی و اکوسیستم نیاز به رقابت با انرژی برای همان منابع محدود است. سیاست های تخصیص آب که اولویت بندی سودمندترین استفاده ها - در حالی که نگه داشتن نیروگاه های آنلاین در دوره های بحرانی - فورا مورد نیاز است.

اثرات زیست محیطی و اکوسیستم

خروج آب برای تولید انرژی می تواند به چندین روش به اکوسیستم های آب شیرین آسیب برساند:

  • آلودگی هوائی: پس از سیستم های خنک کننده دمای آب را افزایش می دهند، اکسیژن محلول را کاهش می دهند و به ماهی ها و ماهی ها آسیب می رسانند.
  • تحرک و ناتوانی: ارگانیسم های Aquatic (از جمله larvae و ماهی نوجوان) در برابر صفحه نمایش به دام افتاده و یا از طریق سیستم خنک کننده کشیده شده اند.
  • تغییر آهسته: سدهای بزرگ هیدروقدرت، رژیم های جریان طبیعی را تغییر می دهند، بر حمل و نقل رسوب، مهاجرت ماهی و سلامت سیلولین تاثیر می گذارند.
  • اطلاع رسانی: آب مورد استفاده در استخراج نفت و گاز و یا معدن زغال سنگ می تواند آلودگی ها را معرفی کند اگر به درستی مدیریت نشود.

برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP) هشدار می دهد که تخریب کیفیت آب از تولید انرژی جنبه نادیده گرفته شده از نکسوس است، با شکاف های نظارتی در بسیاری از کشورها اجازه می دهد اثرات تجمعی برای جلوگیری از.

دانلود بازی Weather Change injection

تغییرات آب و هوا هم بر منابع آب تأکید می کند و تولید انرژی را مختل می کند، دمای هوا و آب، بهره وری حرارتی نیروگاه را کاهش می دهد (زیرا سیستم های خنک کننده کمتر موثر عمل می کنند) تغییر الگوهای بارش آب برق و می تواند جریان رودخانه مورد نیاز برای خنک کردن را کاهش دهد، بخش انرژی یک گازهای گلخانه ای بزرگ است - ایجاد یک حلقه بازخورد که در آن انتخاب انرژی شرایط آب را تشدید می کند.

سیاست گذاران باید این تعاملات غیر خطی را هنگام تنظیم انرژی و اهداف آب در نظر بگیرند.برنامه ریزی سنتی "مطوف" کافی نیست.

Nexus آب-انرژی: رویکردهای یکپارچه و مطالعات موردی

مدیریت موثر از توکسین های انرژی زا نیاز به نگاه کردن به بخش های فردی برای شناسایی synergies و معاملات دارد، چندین چارچوب سیاست نوآورانه و مثال های دنیای واقعی نشان می دهد که چگونه ادغام می تواند نتایج بهتری را به دست آورد.

برنامه ریزی آب-انرژی Nexus

برنامه ریزی نکسوس شامل هماهنگ کردن اختیارات سازمانی، به اشتراک گذاری داده ها در سراسر سازمان های آب و انرژی و استفاده از مدل های متقابل بخش برای ارزیابی گزینه های سیاست است، به عنوان مثال، هنگام تصمیم گیری در مورد مجوز های نیروگاه جدید، مدیران آب می توانند ارزیابی کنند که آیا منبع آب محلی می تواند بدون آسیب رساندن به کاربران یا اکوسیستم های موجود، خروج اضافی را کنترل کند.

بانک جهانی (FLT:0) ارزیابی های را در چندین کشور، از جمله مراکش و فیلیپین، که در آن مطالعات بهینه سازی آب و انرژی مشترک سرمایه گذاری هایی را شناسایی کرده اند که توصیه های کلیدی آب و انرژی را از این ارزیابی ها شامل هماهنگی ساختارهای تعرفه ای برای جلوگیری از استفاده از انرژی کارآمد و بی ارزش است.

مطالعه موردی: حوضه رودخانه کلرادو

حوضه رودخانه کلرادو در جنوب غربی ایالات متحده نشان دهنده تنش بین آب و انرژی است.[۵] رودخانه آب شهری و کشاورزی را برای ۴۰ میلیون نفر فراهم می کند، در حالی که همچنین از نیروگاه های هیدروالکتریک در گلن کانیون و سد هوور حمایت می کند، زیرا حوضه تحمل می کند که چند دهه پیش از بانک جهانی انرژی، سطح مخازن کاهش یافته است به طور مستقیم کاهش می یابد، و تهدید به تولید آب می کند [۳]

مطالعه موردی: بحران قدرت حرارتی هند

هند، که 75 درصد از برق از نیروگاه های حرارتی زغال سنگ می آید، تغییرات مکرر آب را تجربه کرده است. A 2021 مطالعه توسط موسسه منابع جهانی (WRI) نشان داد که 40٪ از نیروگاه های برق حرارتی هند با استرس آب بالا مواجه هستند و در طول خشکسالی تابستان 2019، چندین نیروگاه مجبور به کاهش خروجی توسط 50٪ هند (LT0: با این وجود، هنوز هم بسیاری از مواد خنک کننده آب را در مورد استفاده می کنند و مقررات اجرای جدید، هنوز هم شامل می شود.

استراتژی های مدیریت آب و انرژی پایدار

انتقال به یک سیستم انرژی پایدارتر نیازمند اقدام در زمینه تکنولوژی، سیاست و امور مالی است.در زیر استراتژی های کلیدی در سراسر جهان وجود دارد.

نوآوری های تکنولوژیکی

پیشرفت در تولید برق و درمان آب می تواند به طور چشمگیری استفاده از آب را کاهش دهد:

  • سیستم های خنک کننده پیشرفته: خنک کننده هیبریدی (خشک) تنظیم بر اساس شرایط محیطی، صرفه جویی در آب در طول دوره های سرد و استفاده از خنک کننده مرطوب در حالی که کارآمدترین مصرف آب برای بسیاری از گیاهان آتش نشانی و انرژی خورشیدی متمرکز در مناطق خشک است.
  • بازیافت آب در نیروگاه ها؛ درمان و استفاده مجدد از فاضلاب صنعتی، effluent شهری، یا ضربه زدن از برج های خنک کننده می تواند برداشت آب شیرین را 30 تا 50٪ کاهش دهد.
  • چرخه های انرژی CO2 فوق بحرانی: [FLT 1] این دی اکسید کربن به جای آب به عنوان مایع کار، ارائه بهره وری بالاتر و حذف نیازهای خنک کننده آب به طور کامل برای برنامه های خاص استفاده می شود.
  • ]Solar فتوولتائیک و باد: این فن آوری نیاز به آب ناچیز در طول عمل - استفاده تقریبا هیچ و PV خورشیدی تنها مقادیر جزئی برای تمیز کردن پانل Shifting نسل به انرژی های تجدید پذیر مستقیم ترین راه برای جدا کردن تولید انرژی از مصرف آب است.

سیاست و ابزار نظارتی

دولت ها می توانند انتخاب های انرژی هوشمند را از طریق چندین مکانیسم تشویق کنند:

  • استانداردهای بهره وری آب برای نیروگاه های جدید (به عنوان مثال، خنک کننده حلقه بسته در حوضه های آب و استرس).
  • قیمت گذاری و اصلاحات تخصیص آب [FLT 1] که نشان دهنده کمبود و تقویت حفاظت است.
  • برنامه ریزی منابع [FLT 1] بین آب و خدمات انرژی، با پایگاه های داده مشترک در دسترس بودن آب و تقاضای برق.
  • مقررات جریان زیست محیطی [FLT 1] که حداقل سطح رودخانه را برای محافظت از اکوسیستم ها و حفظ مصرف کنندگان آب جریان، از جمله هیدروقدرت تنظیم می کند.
  • استانداردهای جدید نمونه کارها [FLT 1] که اولویت های خورشیدی، باد و دیگر فن آوری های کم آب.

دستورالعمل چارچوب آب اتحادیه اروپا و قانون آب تمیز ایالات متحده هر دو در استفاده از آب بخش انرژی لمس می کنند، اما سیاست های صریح نکسوس کمیاب است.

نقش انرژی های تجدید پذیر و دی کربنات

انتقال به یک سیستم انرژی کم کربن نه تنها یک ضرورت آب و هوا بلکه یک فرصت حفظ آب است. فتوولتائیک خورشیدی و توربین های بادی نیاز به ۹۵-۹۹٪ آب کمتر در هر واحد از سوخت فسیلی یا نیروگاه های هسته ای با خنک سازی یک بار دارند.حتی در مقایسه با گیاهان طبیعی ترکیب شده با گاز (که از آب نسبتا کوچک برای خنک سازی خورشیدی استفاده می کنند) و باد هنوز هم پیش می آید.

آژانس بین المللی انرژی تجدید پذیر (IRENA) تخمین می زند که دو برابر کردن سهم جهانی انرژی های تجدید پذیر تا سال 2030 می تواند خروج آب را تا 25 تا 30 درصد در مقایسه با کسب و کار به عنوان-استالین کاهش دهد، با این حال، تمرکز انرژی خورشیدی (CSP) با خنک کننده مرطوب می تواند آب فشرده باشد؛ زیست زیستی وابسته به آبیاری؛ و زیان های هیدروقدرت باید در برابر مصرف آب های خاص آن، و مواد اولیه، در نظر گرفته شود.

آینده چشم انداز و توصیه

توکسین های انرژی آب به عنوان تغییرات آب و هوایی در معرض تنوع هیدرولوژیکی و در حال توسعه کشورها گسترش دسترسی به برق حادتر خواهد شد. اقدامات کلیدی برای دهه آینده عبارتند از:

  1. سرمایه گذاری در داده ها و مدل سازی.[۱۰] بسیاری از کشورها فاقد سیستم های نظارت یکپارچه مورد نیاز برای ردیابی خروج آب توسط نیروگاه های برق هستند و پیش بینی می کنند که چگونه تغییر در دسترسی آب بر قابلیت دسترسی به شبکه تاثیر می گذارد (مانند اطلاعات استفاده از آب ایالات متحده) باید در سطح جهانی تکرار شود.
  2. مشوق های اقتصادی [FLT: 1] فرعی برای سوخت های فسیلی اغلب هر دو بازار آب و انرژی را تحریف می کند.
  3. [FLT: بخش] هماهنگی بدن - در حوضه ملی، رودخانه و سطوح منطقه - می تواند سیلوها را تجزیه کند طرح نظارت یکپارچه آب چارچوبی برای ردیابی پیشرفت در اهداف SDG انرژی ارائه می دهد.
  4. انعطاف پذیری آب و هوا را تقویت کنید.[۱۰] زیرساخت های انرژی جدید باید برای کار در شرایط گرم تر و خشک تر طراحی شوند.این شامل انتخاب خنک کننده آب کارآمد، گیاهان در مناطق با منابع آب پایدار و تنوع بخشیدن به نمونه کارها نسل است.
  5. ] جوامع محلی و اکوسیستم های محلی مهندسی تصمیمات سیاست آب که بر تولید انرژی تأثیر می گذارد را نمی توان در انزوای گروه های بومی، کاربران آب کم جریان و سازمان های حفاظت باید صندلی در میز برای اطمینان از نتایج منصفانه و زیست محیطی صدا.

تقاطع سیاست آب و تولید انرژی دیگر یک موضوع دانشگاهی نیست - این یک چالش خط مقدم برای دولت ها، خدمات و صنایع در سراسر جهان است.با درمان آب و انرژی به عنوان دو طرف از همان سکه منابع، بشریت می تواند سیستم هایی را ایجاد کند که هم قابل اعتماد و هم پایدار هستند، حتی تحت سویه های تغییرات آب و هوا و هوا و تقاضای رو به رشد.