Kết nối năng lượng-Water: Một thử thách toàn cầu

Nước và năng lượng tạo nên một trong những sự tương thích quan trọng nhất của thế giới hiện đại. Mỗi giai đoạn sản xuất năng lượng từ việc chiết xuất nhiên liệu để tạo ra điện, trong khi hệ thống nước phụ thuộc vào năng lượng để bơm, điều trị và phân phối. thường được gọi là "NLT: 0" năng lượng (FLT: 0), ngồi tại trung tâm của các cuộc tranh luận chính sách, lập kế hoạch và sự tăng cường khí hậu.

Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đã tăng nhu cầu về nước và năng lượng trên toàn cầu mà việc rút nước cho sản xuất năng lượng có thể tăng 20% đến năm 2040 dưới chính sách hiện tại, cũng như việc nước gây căng thẳng ngày càng tệ hơn ở nhiều vùng. hiểu được chính sách nước hình thành năng lượng và ngược lại, là thiết yếu cho việc xây dựng hệ thống bền vững có thể hỗ trợ sự phát triển và kinh tế trong khi bảo vệ hệ sinh thái tự nhiên.

Nước được dùng như thế nào trong việc sản xuất năng lượng

Nước là chất làm mát, chất lỏng hoạt động, nguồn năng lượng và phương tiện giao thông thông qua các công nghệ năng lượng đa dạng.

Các nhà máy điện nhiệt: Tiệm giặt ủi làm mát

Các nhà máy nhiệt thông thường, khí tự nhiên, hạt nhân và một số sinh vật sinh học tạo ra điện bằng cách đun nước bằng cách làm nóng hơi nước để làm xoay tua bin.

  • Một lần, nước được lấy từ một nguồn, đi qua bình ngưng và trở lại ở nhiệt độ cao hơn. Phương pháp này rút ra một tập lớn (lên 150 lít mỗi giờ) nhưng tiêu thụ tương đối ít (khoảng 1–3%) như là hơi nước.
  • Đang vòng tròn (tách vòng tròn) làm mát: ) Nước được dùng lại trong các tháp mát, với chỉ 2–5% bị mất khả năng bốc hơi. Việc rút nước ở mức thấp hơn nhiều, nhưng việc sử dụng nước hoa quả là cao hơn mỗi đơn vị điện (khoảng 2–4 lít trên kWh).

Trong vùng nước, làm mát (người ngưng tụ lạnh) có thể giảm đi lượng nước tiêu thụ hơn 90%, mặc dù với mức giá vốn cao hơn và mức độ hiệu quả cao hơn.

Độ mạnh của hy-rô-ni-tơ: Phụ thuộc trực tiếp vào luồng

Hy Lạp phụ thuộc vào năng lượng động lực của nước chảy để quay tua bin. Trong khi không có nước nào tiêu thụ trong quá trình [FLT: 0] khả năng hấp thụ [FLT:] từ các hồ nước [FLT: 1) có thể đáng kể - đặc biệt là trong khí hậu nhiệt đới và khô hạn. Một nghiên cứu [FT:2] khả năng duy trì [FLT] [FLT:] thấy rằng nguồn nước trên toàn cầu [FLT: 1] có thể làm cho khoảng 1 phần trăm lượng nước thải toàn cầu bị tiêu thụ, với các đập lớn nước nóng trong vùng bị mất nhiều hơn nước nóng khác. Hơn nữa, việc tiết kiệm năng lượng thủy điện, và còn liên kết xuất từ nguồn nước bị hạn hán để tạo ra các mẫu bị hạn hán.

Năng lượng sinh học và chất lỏng: Chi phí nước bị giấu

Các chất dinh dưỡng cho sinh vật và nhiên liệu sinh học đòi hỏi nước cho tưới tiêu, và xử lý các chất dinh dưỡng đó vào có thể tiêu thụ thêm nước. ví dụ, chất béo dựa trên bắp có cường độ nước khoảng 3.000–4 lít trên một lít chất kích thích khi bao gồm thủy lợi, trong khi các nguồn dầu mưa hoặc tế bào có thể giảm nhiều nước hơn nhiều.

Các nguồn năng lượng khác cũng dùng nước trong những cách nhỏ hơn nhưng quan trọng hơn: [FLT: 0] [FLT: 0] chất thải [FLT và khí thải [FLT: 1]; và ngay cả việc lấy và lưu trữ [FLT] cần có nước để thu giữ một số quá trình.

Những thách thức về chính sách nước trong khu vực năng lượng

Khi cạnh tranh với sự tăng cường nước ngọt, ngành năng lượng phải đối mặt với một danh sách các chính sách và thách thức hoạt động ngày càng tăng.

Sự sợ hãi và cạnh tranh về nước

Hơn hai phần ba thế hệ điện toàn cầu xảy ra ở những vùng bị tắc nước, theo một phân tích của Viện Tài Nguyên Thế Giới 2023, khi hạn hán giảm lượng nước sông hoặc mực nước ngầm, các nhà máy điện có thể bị buộc phải giảm sản lượng hoặc thậm chí đóng cửa. vào năm 2022, các nhà máy hạt nhân và thủy điện Châu Âu bị cắt giảm vì mức độ thấp của sông và nhiệt độ nhiệt độ ghi nhận, góp phần gây ra khủng hoảng năng lượng cho lục địa.

Nguồn nước đô thị, nông nghiệp và hệ sinh thái cần phải cạnh tranh với năng lượng cho cùng một nguồn tài nguyên hữu hạn. Tôi tích hợp [FLT: 0] chính sách phân phối nước mà ưu tiên những công dụng có ích nhất - trong khi giữ cho các nhà máy điện hoạt động trong thời gian nguy cấp cần thiết.

Ảnh hưởng đến hệ thống môi trường và môi trường

Việc rút nước để sản xuất năng lượng có thể gây tổn hại đến hệ sinh thái nước ngọt theo nhiều cách:

  • Sự ô nhiễm nhiệt độ: ) Hệ thống làm mát một lần làm tăng nhiệt độ nước, giảm oxy, cá bị tiêu hóa và không thể phục hồi.
  • Sự huấn luyện và đóng băng: sinh vật nước (kể cả ấu trùng và cá vị thành niên) bị mắc kẹt với màn hình hoặc kéo qua hệ thống làm mát.
  • Thay đổi:) Những đập thủy điện lớn thay đổi chế độ lưu thông tự nhiên, ảnh hưởng đến việc vận chuyển trầm tích, di cư cá, và sức khỏe tràn ngập.
  • Sự khử nhiễm: Nước dùng trong dầu và hơi ngạt hoặc khai thác than có thể gây ô nhiễm nếu không quản lý đúng cách.

Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (UNEP) cảnh báo rằng [FLT: 0] việc sản xuất năng lượng ) chất lượng nước suy thoái ) là một khía cạnh bị bỏ qua của nexus, với những khoảng cách theo qui chế tại nhiều nước cho phép ảnh hưởng tích lũy không được kiểm soát.

Vòng lặp thay đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu cả hai đều nhấn mạnh nguồn nước và phá vỡ việc sản xuất năng lượng. nhiệt độ cao hơn và nhiệt độ nước giảm hiệu suất của cây nhiệt (bởi vì hệ thống làm mát hoạt động ít hiệu quả hơn). thay đổi mẫu mưa nước làm thay đổi hiệu suất thủy điện và có thể giảm lượng nước chảy cần thiết cho việc làm mát. Ngược lại, khu vực năng lượng là một nguồn khí nhà kính lớn trong nhà kính - tạo ra một vòng phản hồi nơi mà những lựa chọn về khí hậu có thể đe dọa sự đáng tin cậy của nước.

Những người làm chính sách phải giải thích cho những tương tác phi tuyến tính này khi đặt ra những mục tiêu về năng lượng và nước.

Hệ thống dẫn nước: Tôi tiếp cận tích hợp và nghiên cứu

Việc quản lý hiệu quả của nexus năng lượng nước đòi hỏi phải tìm kiếm bên ngoài các khu vực riêng lẻ để xác định sự cộng tác và đánh đổi. một số khuôn khổ chính sách đổi mới và ví dụ thực tế cho thấy làm thế nào sự tích hợp có thể mang lại kết quả tốt hơn.

Trình vẽ hệ thống định vị nước

Kế hoạch Nexus bao gồm việc phối hợp các tổ chức hành chính, chia sẻ dữ liệu qua nước và các cơ quan năng lượng, và sử dụng các mô hình xuyên kinh doanh để đánh giá các lựa chọn chính sách. Ví dụ, khi quyết định về các nhà máy điện mới cho phép, các nhà quản lý nước có thể đánh giá liệu nguồn nước địa phương có thể xử lý được việc rút nước bổ sung mà không gây hại cho người dùng hay hệ sinh thái hiện tại. các nhà hoạch năng lượng, có thể xem xét các công nghệ hiệu quả về mặt nước và các lựa chọn năng lượng tái tạo giảm thiểu sự tổn thương về mặt nước.

Ngân hàng Thế giới đã phát triển đánh giá tại nhiều quốc gia, bao gồm Ma Rốc và Philippines, nơi mà các cuộc nghiên cứu về năng lượng tối ưu hóa nước đã xác định được những khoản đầu tư tiết kiệm nước và năng lượng. Những đề nghị quan trọng từ những đánh giá như thế bao gồm việc sắp xếp các cấu trúc thuế để ngăn chặn việc sử dụng và thế hệ năng lượng có hiệu quả nước.

Nghiên cứu: The Colorado River Basiden

Sông Colorado ở miền tây nam Hoa Kỳ làm nổi bật sự căng thẳng giữa nước và năng lượng. Sông cung cấp nước nông nghiệp và thành phố cho 40 triệu người, trong khi hỗ trợ nhà máy thủy điện ở Glen Canyon và Hoover. Trong khi lưu vực chịu đựng sự căng thẳng giữa nhiều nơi, mức độ nước chảy giảm xuống để ghi nhận những hoạt động thấp, đe dọa hệ thống thủy điện và ép các vùng phân bổ nước bị cắt giảm. Trong 2023, [FL: 0] Các đường dẫn nước ở Glen Canyon và máy điện ngầm.

Nghiên cứu: Cuộc khủng hoảng nhiệt ở Ấn Độ

Ấn Độ, nơi 75% điện từ các nhà máy nhiệt nhiệt được sử dụng để đốt than, đã trải qua những lần tắt nguồn nước liên quan đến nước. một cuộc nghiên cứu [FL:0] của Viện Quốc Gia [FL:] phát hiện 40% nhà máy nhiệt điện Ấn Độ phải đối mặt với căng thẳng cao, và trong suốt năm 2019 hạn hán mùa hè, nhiều thực vật bị buộc cắt giảm sản xuất đến 50%. Ấn Độ [FL:0] Chính sách chính sách nước [FL:] [FL:1) bây giờ bao gồm những nguồn cung cấp tối thiểu cho dòng sông và ủy quyền cho các nhà máy mới sử dụng công nghệ làm mát. Tuy nhiên, nhiều thực hiện vẫn còn phụ thuộc vào các trường hợp khác nhau, một lần dựa trên các trường hợp làm mát và các dự án khác nhau.

Các chiến thuật để duy trì việc quản lý nước và năng lượng

Việc chuyển giao sang một hệ thống năng lượng nước bền vững hơn đòi hỏi phải hành động thông qua công nghệ, chính sách và tài chính.

Phát minh kỹ thuật

Những tiến bộ trong việc sử dụng điện và điều trị nước có thể giảm đáng kể việc sử dụng nước:

  • Hệ thống làm mát cao cấp:) máy làm mát giả (đã sấy) điều chỉnh dựa trên điều kiện môi trường, tiết kiệm nước trong thời gian mát và sử dụng nước làm mát khi hiệu quả nhất. Làm mát khô không tiêu thụ nước được cho nhiều cây nhiệt và năng lượng mặt trời tập trung trong vùng khô hạn.
  • Việc tái chế trong nhà máy điện: ) Điều trị và tái sử dụng nước thải công nghiệp, hiệu ứng nước thải thành phố, hoặc việc giảm bớt các tháp mát có thể giảm 30–50%.
  • Chu kỳ năng lượng CO2 cực kỳ quan trọng: những người này dùng cacbon dila thay vì nước làm nước làm việc, cung cấp hiệu quả cao hơn và loại bỏ hoàn toàn nhu cầu làm mát nước cho một số ứng dụng.
  • Những công nghệ này đòi hỏi nước có thể thiếu hiệu quả trong khi làm việc - gió - và năng lượng mặt trời chỉ dùng cho việc lau dọn bảng điều khiển. Chuyển đổi thế hệ sang năng lượng tái tạo là cách trực tiếp nhất để giải phóng năng lượng từ nước tiêu thụ.

Chính sách và phương pháp điều chỉnh

Chính phủ có thể khuyến khích sự lựa chọn năng lượng thông minh bằng nhiều cơ chế:

  • Tiêu chuẩn hiệu suấtWater cho các nhà máy năng lượng mới (v. g., điều khiển máy làm mát đóng kín trong các bồn chứa nước được giữ cứng).
  • cải cách giá trị và định vị ) phản ánh sự khan hiếm và cổ vũ bảo tồn.
  • Kế hoạch tài nguyên tích hợp giữa các tiện ích năng lượng và cơ sở dữ liệu dùng chung về nhu cầu nước và năng lượng.
  • Những quy tắc lưu thông đặt mức mực tối thiểu để bảo vệ hệ sinh thái và duy trì nguồn nước, bao gồm thủy điện.
  • Các tiêu chuẩn đầu tư có thể tái tạo mà ưu tiên năng lượng mặt trời, gió và các công nghệ nước thấp khác.

Bộ phận điều khiển nước của Liên minh Châu Âu và Luật Nước Sạch cả hai liên quan đến việc sử dụng nước trong kinh tế năng lượng, nhưng chính sách nexus thì rất khan hiếm.

Vai trò của năng lượng tái tạo và giảm thiểu carbon

Chuyển giao cho một hệ thống năng lượng thấp không chỉ là một nhu cầu khí hậu mà còn là một cơ hội bảo vệ nước. Các quang điện mặt trời và tua bin gió đòi hỏi 95–99% lượng nước trên một đơn vị điện hơn nhiên liệu hóa thạch hoặc các nhà máy hạt nhân với sự làm mát một lần. Ngay cả khi so sánh với các nhà máy khí tự nhiên kết hợp xe đạp (mà dùng tương đối ít nước để làm mát), mặt trời và gió vẫn còn đi trước.

Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA) ước tính rằng việc tăng gấp đôi cổ phần tái tạo toàn cầu vào năm 2030 có thể giảm lượng nước rút vào 25–30% so với mức sử dụng kinh doanh. tuy nhiên, có những sắc thái: tập trung năng lượng mặt trời (CP) với việc làm mát có thể tăng cường nước; sinh vật phụ thuộc vào thủy lợi; và sự mất hụt thủy lực của hydro của năng lượng phải được cân nhắc chống lại sự tiêu thụ nước thấp.

Sự trông mong và đề nghị trong tương lai

Các nexus năng lượng nước sẽ trở nên cấp tính hơn khi biến đổi khí hậu tăng mạnh khả năng biến đổi thủy văn và khi các quốc gia đang phát triển mở rộng việc tiếp cận điện.

  1. Trích từ dữ liệu và mô hình. ) Nhiều nước thiếu hệ thống giám sát tích hợp cần thiết để theo dõi việc rút nước bằng các nhà máy điện và dự đoán cách thay đổi nguồn nước ảnh hưởng đến mạng lưới. Cơ sở dữ liệu truy cập công cộng (như dữ liệu của Bộ Quản Lý Năng Lượng Hoa Kỳ) cần phải được sao chép toàn cầu.
  2. Động cơ kinh tế tăng trưởng. Phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch thường xuyên xuyên xuyên xuyên xuyên tạc cả nước lẫn thị trường năng lượng.
  3. Quản lý hệ thống ) cho phép lập trình viên qua giai đoạn [FLT:] cho phép theo dõi tiến trình trên mục tiêu SD năng lượng nước.
  4. Cơ sở hạ tầng năng lượng mới phải được thiết kế để hoạt động dưới điều kiện nóng hơn và khô hơn. Điều này bao gồm việc chọn những nhà máy làm mát có hiệu quả nước, tìm kiếm trong những vùng có nguồn cung cấp nước ổn định, và những danh mục đầu tư đa dạng.
  5. những cộng đồng và hệ sinh thái địa phương ) chính sách về nước không thể ảnh hưởng đến việc sản xuất năng lượng trong sự cô lập.

Sự giao nhau giữa chính sách nước và năng lượng sản xuất không còn là một chủ đề học vấn nữa - đó là một thách thức trực tiếp cho chính phủ, các công nghiệp trên toàn thế giới bằng cách xử lý nước và năng lượng như hai mặt của đồng xu cùng một nguồn lực, nhân loại có thể xây dựng những hệ thống vừa đáng tin cậy và bền vững, ngay cả dưới sự căng thẳng của biến đổi khí hậu và nhu cầu đang tăng lên. con đường tới không chỉ đòi hỏi sự đổi kỹ thuật mà còn yêu cầu chính trị, sự hợp tác xuyên, và một quan điểm lâu dài rằng cả an toàn của ánh sáng và những con sông của chúng ta.