מבוא

האנרקסוס לאנרגיה המים מתאר את הקשר המורכב, הדו-צדדי בין משאבי מים ומערכות אנרגיה.מים חיוני כמעט לכל צורה של ייצור אנרגיה - החל קירור תחנות כוח תרמי לייצר כוח הידרואלקטרי ומיצוי דלקים מאובנים. הפוך, האנרגיה נדרשת לחלץ, טיפול, תחבורה, להפיץ מים לשימוש חקלאי, תעשייתי ועירוני זה לא רק פרט טכני; הוא יושב על ידי פיתוח אנרגיה מתחדשת, כמו גם אנרגיה מתחדשת, כמו גם על ידי אנרגיה מתחדשת, הופכת להיות מתחרה של אנרגיה מתחדשת של אנרגיה מתחדשת, ויציבות גלובלית, כמו גם על ידי אנרגיה מתחדשת, ויציבות סביבתית, ויציבות, כמו גם על ידי אנרגיה מתחדשת, אנרגיה מתחדשת, כמו גם על ידי אנרגיה מתחדשת, כמו גם על ידי אנרגיה מתחדשת, כמו גם על ידי צריכת אנרגיה מתחדשת, 000, 000, 000 אנרגיה מתחדשת של אנרגיה מתחדשת, 000.

מאמר מורחב זה מספק סקירה מקיפה של אנרגיית המים Nexus, מרכיביה, האתגרים שהיא מציגה, ואסטרטגיות משולבות לניהול משאבי סיבולת אלה.הוא שואב מחקרים של מקרים בעולם האמיתי, מגמות מתפתחות ותובנות מדעיות להציע מדריך יקר לייצור עבור אנשי מקצוע הפועלים במערכות אקלים, ניהול משאבים, תשתיות בר קיימא.

מהו ה- Water-Energy Nexus?

המונח (FLT:0) אנרגיה Nexususofph1 , מתייחס למערכת של קשרים פיזיים, כלכליים ומדיניותיים בין מים ואנרגיה.למעשה, זה אומר שהחלטות שהתקבלו בתחום האנרגיה - כגון בניית תחנת כוח חדשה או מעבר לתדלקים ביולוגיים - משפיעות באופן ישיר על זמינות מים, איכות וטמפרטורה.

מים לאנרגיה

ייצור אנרגיה צורב מים בכמה דרכים:

  • (FLT:0) ייצור החשמל של הירומאלקטרי (Ral, גז טבעי, גרעיני, ריכוז השמש) משתמש במים בעיקר לקירור.במערכות קירור פעם אחת, כמויות גדולות של מים נסוגות מהנהרות או מהאוקיינוסים וחזרו בטמפרטורה גבוהה יותר.במערכות רפלקציה, מים מכווצים במגדלי קירור, וכתוצאה מכך הצריכה נטו לפי סקר הגיאולוגי של ארה"ב, 41% מכלל הכוח המתוק של ארצות הברית, בנסיגתם, ב-41%, ב-הברית, ב-ה, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב-הכולהכולהכולהכול הכוח המתוק של מים, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב-4%, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב-החליפה, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב-ידי מערכת קירור, ב- 41%, ב-4%, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%, ב- 41%
  • (FLT:0)HydroentipowerFLT:1 , מבוסס על זרימת מים כדי לייצר חשמל.למרות שאין מים נצרך בתהליך הדור, evaporation ממאגרים יכול להיות משמעותי, והחלטות ניהול מים עבור כוח לעתים קרובות להתחרות עם שימושים אחרים כגון השקיה ובקרה.
  • (ב) ,0) מיצוי דלק ועיבוד של ההרחבה: 1 (Fossil) דורש מים עבור שריפת הידראולית, התאוששות שמן מוגברת, ומימון מחדש של הסוכנות לאנרגיה בינלאומית (IEA)FLT 3: 3 מעריך כי השימוש במים לייצור אנרגיה יגדל ב-20% עד 2035 תחת מדיניות נוכחית.
  • (FLT:0) ביו-דלקים (FLT:1) וייצור מימן יש גם טביעת רגל מים משמעותית. קורנן אתנול, למשל, יכול לצרוך מאות ליטר מים לליטר דלק.

אנרגיה למים

מערכות מים הן אנרגיה בכל שלב:

  • (ב) ⁇ :0) אספקת מים ועברה (העברה) ואספקת מים על פני השטח (בקליפורניה) כמעט 20% מהחשמל של המדינה משמש לפעילויות הקשורות למים, על פי המכון למדיניות ציבורית של קליפורניה:2 המכון למדיניות ציבורית של קליפורניהFLT 3.
  • (FLT:0) ,Treatment: 1FLT:1 שניהם טיהור מים (למשל, סינון, חיטוי) וטיפול במים פסולת (למשל, aeration, עיבוד סלפט) לצרוך אנרגיה מתקדמת משמעותית.
  • (FLT:0Distribution and end-use:FreaLT:1) שמירה על הלחץ בצנרת מים עירוניים, חימום מים לבתים ולתעשייה, ומשאבות השקיה הפעלה כל להוסיף לביקוש האנרגיה.

תלות דו-דרך זו פירושה שכל לחץ על משאב אחד יוצר השפעות מקטנות על האחר.בצורת ממושכת יכול להפחית את התפוקה של כוח הידרואלקטרי, להגדיל את העלות האנרגיה של משאבת מים קרקעיים, ואת כלי הכוח כדי להפוך ליותר דלקים מאובניים עמידים במים - מחזור אכזרי שמגביר את הסיכונים הביטחוניים והמים של המים.

חשיבותו של ה- Water-Energy Nexus במערכות אקלים

הבנת Nexus אנרגיית המים חיונית להשגת מספר מטרות לפיתוח בר קיימא (SDGs), במיוחד SDG 6 (מים נקיים ותברואה) ו- SDG 7 (אנרגיה נקייה וניתחת).

  • (FLT:0Climate Resilience: FIRLT:1 שינויי האקלים משנים את דפוסי המשקעים, מגביר את שיעור ההתמדה, ומגביר אירועים קיצוניים כגון שיטפונות ובצורת.שינויים אלה משפיעים על הזמינות של מים קירור עבור צמחי חשמל תרמיים, אמינות כוח הידרואלקטרי, ואת האנרגיה הנדרשת לטיפול במים במהלך בצורת.
  • (FLT:0) צמצום ההקצאות: אנרגיה המשמשת עבור מערכות מים תורמת 2–3% מפליטת גזי החממה העולמית.שיפור יעילות המים יכול אפוא להביא חיסכון משמעותי בפחמן.
  • (FLT:0) אופטימיזציה של קוד מקור: 1FLT (הידועה בתלויים בין-ידיים מאפשר שימושים, תעשיות וממשלות לזהות עצירות וסימפוניות מסחר.לדוגמה, באמצעות מי פסולת ל קירור בתחנות כוח יכול להפחית את הנסיגה של מים מתוקים תוך צמצום האנרגיה הדרושה לטיפול פגום.
  • יציבות כלכלית:0 (FLT:1 מים ואנרגיה) הם קלטות בסיסיות כמעט לכל פעילות כלכלית.מחיר ספייק או הפרעות אספקה בכל משאב יכול לקרוע באמצעות ייצור מזון, ייצור ושירותים.הבנק העולמי מעריך כי מחסור במים יכול לעלות כמה אזורים עד 6% מהתמ"ג שלהם עד שנת 2050.

היתרונות העיקריים של ה- Water-Energy Nexus

ניתן לנתח את nexus באמצעות מספר רכיבים מקושרים החושפים את גודל זרימת המשאבים והתלויים:

צריכת מים טריים לאנרגיה

הצריכה העולמית של מים מתוקים לייצור אנרגיה צפויה לעלות מ-66 מיליארד מ"ק ב-2015 ליותר מ-100 מיליארד מ"ק מ- 2040 תחת מדיניות נוכחית, המונעת בעיקר על ידי תחנות כוח תרמיות ודלקים ביולוגיים.סוג טכנולוגיית האנרגיה חשובה מאוד: גז טבעי בשילוב צמחים המשמשים הרבה פחות מים ל-MWh מאשר צמחים פחם, בעוד שטורפות סולריכות רוח דורשות מים זניחים עבור פעילות מתחדשת.

אנרגיה אינטנסיבית של תשתיות מים

כלי מים הם בין הצרכנים הגדולים ביותר בתחום החשמל הציבורי. במדינות מפותחות, חשבונות אנרגיה עבור 25–40% מהעלויות התפעוליות של כלי מים.אגינג תשתיות – צינורות מכוערים, משאבות לא יעילות – מבזבזות אנרגיה בארה"ב, הכוח החשמלי המשמש לשימוש במערכות מים ופסולת פולט כ-45 מיליון טון של CO2 בשנה, בדומה לפליטת 9 מיליון מכוניות.

משככי אקלים

עלייה בטמפרטורות מגבירה את צריכת המים והאנרגיה (במיוחד עבור מיזוג אוויר) לולאה משוב זו מגבירה את הלחץ על משאבי מים המשמשים ל קירור צמחי כוח. במהלך גלי החום האירופי 2018, כמה כורים גרעיניים בצרפת היו צריכים להפחית את התפוקה מכיוון שטמפרטורות הנהר עלו על סף סביבתי - דוגמה קטנטנה של פגיעת אוויר המושרה במערכת האנרגיה של האנרגיה.

אתגרים גלובליים בניהול ה- Water-Energy Nexus

למרות המודעות הגוברת, כמה אתגרים מונעים ניהול משולב יעיל:

  • (FLT:0) מחסור במקור באזורים בעלי מתח במים: ⁇ FLT ( 1:1 מדינות רבות עם ביקוש אנרגיה צומח מהיר הן גם משקע מים - למשל, הודו, סין וחלקים של המזרח התיכון.
  • (FLT:0) הגבלות בנייה של חוסר רחמים: 1FLT:1 הרבה תשתיות המים והאנרגיה בעולם נבנו לפני עשרות שנים ולא תוכנן להתמודד עם יציבות האקלים, גידול האוכלוסייה, או שינוי של אנרגיה.
  • (FLT:0) פלואולוס המוסדי: ווטר ואנרגיה נשלטים בדרך כלל על ידי משרדי חוץ, סוכנויות ומסגרות רגולטוריות.הפיצול הזה מוביל למדיניות סותרת - לדוגמה, הסובסדת אנרגיה לחקלאות מעודדת מים קרקעיים להתפזר, בעוד מטרות שימור אנרגיה לא ממותרות.
  • (FLT:0Data and Modeling Gap:FLT:1Build Nexus Management דורש נתונים ברזולוציה גבוהה, צולב על שימוש במים, צריכת אנרגיה וביצועי מערכת.אזורים רבים חסרים תשתיות ניטור וכלי אנליטיים כדי לזהות נקודות חמות ולייעל את הפקעות הסחר.
  • (FLT:0) מחסומים פיננסיים וכלכליים: FLT:1 מיזמים משולבים (כגון שילוב של צמחים עם אנרגיה מתחדשת) דורשים לעתים קרובות הון גבוה יותר ומנגנוני מימון חדשים.

אסטרטגיות לניהול משולב

כדי להתגבר על האתגרים הללו, ניתן ליישם חבילת אסטרטגיות משולבות בקנה מידה מקומי, לאומי וגלובאלי:

שיתוף פעולה בין הצדדים לבין ממשל

הקמת ועדות תכנון אנרגיה משותפות, שיתוף נתונים ויצירת מטרות חוצה-מצליות יכול לשבור סילוס מוסדי.לדוגמה, הגישה של מזון-אנרגיה-אנרגיה-אנרגיה המקודמת על ידי האו"ם מעודדת בעלי עניין לזהות סינרגיות – כגון שימוש באנרגיה מתחדשת למשאבת מים תוך צמצום פליטות.

טכנולוגיות חדשניות

  • רשתות חכמות ומערכות מים דיגיטליות: FLT:0 חיישנים מתקדמים, בקרה בזמן אמת, ואופטימיזציה מבוססת בינה מלאכותית יכולה להפחית את צריכת האנרגיה בתפוצה במים ב-15-30% ולשפר את זיהוי הדלפה.
  • (FLT:0) דיסנרגיה-יעילות של דיספלנציה: ⁇ F1) טכנולוגיות חדשות ומכשירי שיקום אנרגיה חתך את השימוש באנרגיה בפלישה ב-50% בשני העשורים האחרונים, כאשר יחד עם כוח סולארי או רוח, ניתן יהיה לפלישה גם פחמן נמוך וגם ביטחון מים.
  • (FLT:0Wastewater Energy Recovery:FLT:1 Anaciobic העיכול של שפכים ביוגז שניתן להשתמש בו כדי לייצר חשמל, מסלקת הביקוש לאנרגיה צמחית של צמחים מסוימים להשיג כיום פעילות אנרגיה של אפס נטו.
  • (FLT:0) קריי והקירור ההיברידי:FLT:1eurs in power-scarce Zone, מערכות קירור יבשות מבטלות צריכת מים, אך מגבירות את אובדן האנרגיה.

מדיניות אינטגרציה

ממשלות יכולות לאמץ תכנון משאבים משולב, המהווה את המים והאנרגיה יחד.דוגמאות כוללות תקני יעילות מים למכשירים (אשר להפחית את השימוש במים ובאנרגיה), תמחור מים המשקף עלויות אנרגיה, ותקני תיק מתחדשים שאינם כוללים טכנולוגיות בעלות רגישות למים.ה-FLT:0IPCC של דו"ח הערכה 6th AssessmentFLT:1 מדגיש כי פיתוח אקלים-מיש דורש מדיניות חוצה-אווירית שמטפלת בתסמונת מים.

מחקרים בנושא ניהול מים-אנרגיה

דוגמאות בעולם האמיתי מראות כיצד גישות משולבות יכולות לספק תוצאות מוחשיות:

קליפורניה, ארה"ב

במהלך הבצורת 2012–2016, קליפורניה מתמודדת עם מחסור במים חמורים שהשפיעו על הדור של כוח הידרואלקטרי והתגברות על ההסתמכות על גז טבעי ויבוא פחם.בתגובה, המדינה יישמה "תוכנית פעולה במים" מקיפה שכללה שימור מים, ניהול מים קרקעיים, ותמריצים לטכנולוגיות מים יעילות אנרגיה.עד 2020, לשימוש במים לנפש ירד ב-15%, בעוד שהאנרגיה הנצרכת להפחתה עקב יעילות של קליפורניה היא גם כן מנקה מים.

ישראל ישראל ישראל

ישראל כבר מזמן מובילה בהפלה ומחזרת מים.המדינה מייצרת כיום כ-80% מהמים לשתייה מפלישה, בעיקר באמצעות גז טבעי – אך היא מרחיבה באופן אגרסיבי את יכולת השמש כדי להפחיד את הביקוש לאנרגיה זו.באופן סימנוני, טפטוף נוקשות וחקלאות מדויקת הפחיתו את השימוש במים בחקלאות תוך שמירה על היבולים.

גרמניה גרמניה גרמניה

האנרגיה של גרמניה (מעבר אנרגיה) יש אנרגיה מוקדמת וכוח השמש, אשר יש צריכת מים רשלנית בהשוואה למפעלי הפחם והגרעין שהוחלפו. כתוצאה מכך, צריכת המים ליחידת חשמל המיוצרת בגרמניה נפלה ב-25% בין 2010 ל-2020 בנוסף, המדינה השקיעה בשילוב מערכות חום וחשמל המשתמשות במים ביעילות רבה יותר ובתחנות טיפול מתקדמות במים שמשחזרות אנרגיה.

סינגפור סינגפור סינגפור

סינגפור, עם משאבי מים מתוקים מוגבלים, משתמשת בשילוב של מים מיובאים, דיספלנציה, ומיחזור מים (NEwater) צמחי טיפול במים שלה הם יעילים מאוד אנרגיה, והאומה הקימה חוות סולאריות צף על מאגרים למתקני מים. הגישה של אנרגיית המים Nexus מאפשרת סינגפור להשיג יעילות עצמית תוך שמירה על צריכת אנרגיה יציבה - דוגמה לאזורים עירוניים אחרים.

מגמות מתפתחות ו-Outlook

במבט קדימה, כמה מגמות יעצבו את זרם האנרגיה במים במערכות אקלים:

  • (FLT:0) מימן ירוק: ⁇ FLT:1 המיוצר באמצעות אלקטרוליטיזה באמצעות חשמל מתחדש, מימן ירוק מציע דרך לדהום התעשייה וההובלתה. עם זאת, אלקטרוליזה צורכת 9-10 ליטר מים לקילוגרם של מימן, העלאת תחרות פוטנציאלית עם שימושים אחרים במים.
  • (FLT:0)Hydropowerהמחשה גמישות:FLT:1 ככל שמשתנים יותר מתחדשים מגיעים באינטרנט, הידרו כוח הוא בשימוש גמיש יותר כדי לאזן רשתות.זה משנה דפוסי ניתוח מאגר, עם השלכות על זמינות מים ומערכת אקולוגית.
  • (FLT:0) כלכלה מעגלית במים: FLT:1 מתייחס שפכים כמשאב לאנרגיה, חומרים מזינים ומים יהפכו למילינסטרים.אנרגיה-נוטרלית או אנרגיה-שלילית צמחי טיפול כבר פעילים במדינות רבות.
  • גילוי סיכונים:0Climate Risk:FLT:1 Investors and Insurers דורשים יותר ויותר כי חברות לחשוף את החשיפה שלהם לסיכוני אנרגיה מים.כוח המשימה על גילויים פיננסיים הקשורים לאקלים (TCFD) כולל כעת מדדי מים בהמלצותיה.

מסקנה

האנרקס אנרגיה המים אינה מושג אקדמי נישה; זוהי עדשות מעשיות, דחופות שבאמצעותן ניתן לראות עמידות אקלים ופיתוח בר-קיימא. מים ואנרגיה מתמזגים בקפידה, וניהול אותם בבידוד מוביל לאי-יעילות, סכסוכים, ופגיעות מוגברת לזעזועים אקלים.אסטרטגיות משולבות - ניהול חוצה-מגזר, חדשנות טכנולוגית, ומדיניות מיישרת - מסלול לצמצום המשאבים, להחלפת תשתיות אנרגיה, אינו יכול עוד לשנות את מערכת ניהול אנרגיה או לפתח יותר.