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Water and Energy / 水 与 能 源
波 兰 的 一 个 水 电 站 大 坝 。 在 水 资 源 短 缺 的 情 况 下 , 可 能 必 须 在 电 源 生 产 和 饮 用 水 供 应 之
间 做 出 抉 择 。 来 源 :Katarzyna Mazurowska / Shutterstock.com。
为 描 述 水 、 能 源 和 粮 食 安 全 之 间 复 杂 关
系 时 最 常 用 的 词 之 一 ( 见 图 1)。 不 断
增 长 的 人 口 、 日 益 提 升 的 生 活 标 准 、 粮
食 生 产 和 工 业 化 对 水 资 源 施 加 了 巨 大 压
力 。 而 气 候 变 化 使 水 资 源 可 利 用 量 面 临
更 加 严 峻 的 挑 战 。 污 染 更 进 一 步 减 少 了
可 用 的 淡 水 资 源 。 一 直 以 来 , 水 被 认 为
是 普 遍 存 在 和 理 所 当 然 的 , 并 不 乏 滥 用
的 例 子 。
事 实 上 , 水 资 源 是 地 域 性 的 , 因 为
水 非 常 重 ( 而 且 便 宜 ), 不 适 合 远 距 离 运
输 。 相 比 之 下 , 石 油 的 价 格 比 水 高 出 500
倍 , 这 使 得 石 油 运 输 有 利 可 图 。 能 源 具 有
全 球 效 应 , 随 着 水 作 业 使 用 的 能 源 日 益 增
图 2
加 , 水 使 用 的 全 球 影 响 也 越 来 越 大 。
用 于 水 和 废 水 的 能 源
全 球 能 源 大 约 有 2-3% 用 于 水 和 废
水 的 处 理 与 运 输 。 水 使 用 的 能 源 , 主 要
用 于 家 庭 和 工 业 水 加 热 , 比 水 生 产 和
废 水 处 理 所 需 的 能 源 多 十 倍 。 城 市 地
区 18% 的 电 能 用 于 与 水 相 关 的 用 途 。 此
外 , 由 于 原 始 水 源 的 污 染 变 得 更 加 严
重 , 因 此 传 统 的 水 处 理 方 法 已 不 再 适
用 。 对 水 进 行 处 理 ( 例 如 通 过 脱 盐 ) 使
其 达 到 饮 用 标 准 , 需 要 更 多 的 能 源 。
要 使 用 地 表 水 生 产 清 洁 的 冷 水 , 每
立 方 米 需 要 0.25 至 4kWh 电 能 。 脱 盐 需
要 的 电 能 为 4-8kWh / m 3 左 右 , 循 环 水
每 立 方 米 消 耗 1 至 6kWh 电 能 。 从 水 源 到
使 用 者 之 间 的 距 离 可 能 相 去 甚 远 。 南 加
州 的 客 户 要 从 海 湾 地 区 或 科 罗 拉 多 河 抽
水 需 消 耗 的 电 能 为 2kWh / m 3 以 上 , 而
澳 大 利 亚 墨 尔 本 的 客 户 仅 需 不 到 0.1kWh
/ m 3 。 水 的 不 稳 定 性 促 使 各 个 城 市 开 始
开 发 新 的 水 源 , 例 如 脱 盐 、 更 深 的 水 井
和 更 长 的 管 道 , 所 有 这 些 都 将 增 加 用 电
量 [1]。
瑞 典 提 供 的 水 和 废 水 作 业 的 部 分 能
源 数 据 ( 平 均 值 ) 如 图 2 所 示 。 废 水 处
理 的 能 源 需 求 大 不 相 同 , 具 体 取 决 于 作
业 类 型 、 负 载 特 性 、 控 制 系 统 、 排 水 要
求 和 工 厂 规 模 。
通 风 控 制 是 一 项 可 靠 的 技 术 。 通 过
良 好 的 通 风 控 制 , 完 全 可 以 节 约 能 源 ,
并 改 进 生 物 反 应 器 性 能 。
近 年 来 , 已 经 突 破 了 战 略 前 沿 。
现 在 有 能 源 中 性 废 水 处 理 厂 , 可 以 生 产
其 使 用 的 能 源 ( 但 能 源 的 形 式 有 所 不
同 )。 使 用 有 机 质 可 以 生 产 沼 气 , 而 从
排 出 的 废 水 中 则 可 以 提 取 热 能 。 这 样 将
使 废 水 处 理 厂 变 成 “ 资 源 回 收 厂 ”, 这
是 审 视 这 一 系 统 的 全 新 方 式 。
水 的 运 输 , 包 括 清 洁 水 和 污 水 , 是
一 项 重 要 作 业 。 抽 水 时 清 洁 水 需 要 消 耗
的 能 源 为 80% 以 上 , 废 水 至 少 为 30%。
在 大 多 数 情 况 下 , 能 源 消 耗 是 泵 系 统 生
命 周 期 成 本 中 最 大 的 成 本 , 泵 每 年 通 常
运 行 2000 小 时 以 上 。 实 际 上 , 世 界 上
大 约 20% 的 电 能 消 耗 用 于 泵 系 统 。 毫 无
疑 问 , 提 高 抽 水 效 率 是 降 低 能 源 成 本 的
关 键 所 在 。 泄 漏 是 导 致 抽 水 量 增 加 的 原
因 之 一 , 因 此 进 行 泄 漏 监 控 、 检 测 和 定
位 并 改 进 管 道 是 降 低 能 源 成 本 的 重 要 方
式 。
2011 年 底 , 每 天 可 以 生 产 大 约
7200 万 立 方 米 脱 盐 水 , 这 占 全 球 淡 水 用
量 的 0.6%。2012 年 初 , 在 全 球 大 约 100
个 国 家 或 地 区 , 大 约 有 16,000 个 脱 盐 工
厂 在 运 转 。 使 用 海 水 生 产 一 立 方 米 淡 水
的 总 成 本 , 包 括 能 源 、 资 本 和 所 有 运 营
成 本 为 0.5-1.5 美 元 。 这 意 味 着 在 当 前
脱 盐 生 产 力 下 , 世 界 上 70 亿 人 口 中 , 每
人 可 以 大 约 以 1 美 分 的 价 格 获 得 10 升 清
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水 业 21 中 国 版 特 刊 2013.6