美国电厂占美国淡水需求量的41%。事实上,据忧思科学家联盟 (Union of Concerned Scientists) 数据显示,电厂冷却用水量高于任何其他水资源用途,其次是农业用水(37%),第三是饮用水(13%)。随着能源消费量的增长和水资源的萎缩,社区已经面临着所谓的“能源-水资源冲突”。一种综合方法和新型节能技术可提供部分解决方案。
能源-水资源关系等式很简单:用水资源来生产能源,用能源来处理和运输水资源。然而,由于所涉能源及水资源数量庞大,情况已变得越来越复杂,且代价极其高昂。例如,美国电厂冷却一分钟所需的水量相当于尼亚加拉瀑布一分钟流水量的三倍,即16.8万立方米(600万立方英尺)的三倍。
欧洲面临类似的挑战。据欧洲环境局 (European Environment Agency) 数据显示,欧洲37%的淡水用于能源生产领域的冷却作业,德国、法国和波兰占能源生产总用水量的一半以上。这些高百分比是引起担忧的一个原因,因为欧洲环境局估计,19.5%的欧洲人口居住在水资源紧张的国家。
庞大的能源和淡水使用量以及有限的水资源,可能造成忧思科学家联盟所说的“能源-水资源冲突”。例如,最近在美国旱灾区,一些电厂由于缺水而被迫减产。
用于处理和运输水资源的能源
用于处理和运输水资源的能源量也十分庞大,约占城市能源消费总量的20%。同样,2005年加利福尼亚州能源委员会 (California Energy Commission) 的一项研究发现,该州19%的用电量与水资源有关,包括运输水资源、废水处理以及农业、生活、商业和工业用水。
不仅处理和运输水资源所需的能源量庞大,而且破败的基础设施也会导致巨大的浪费。例如,美国很多城市通过效率低下而老旧的基础设施系统流失掉30%-50%的已处理饮用水。
废水处理的能源成本
废水处理是具有降低能源使用量之巨大潜力的一个领域。加利福尼亚州主要能源政策与规划部门——加利福尼亚州能源委员会表示,能源是向公众提供水资源和废水服务的最大可控成本。
该委员会的 Energy-Water Connection 项目指出,“大部分设施是在能源成本还没有成为人们所关心的问题的时候设计建造的。如果你没有充分研究现代技术的适用性,就可能浪费大量的金钱,而无法赚到钱。”
例如,在用曝气来代替化学品的生物/二级废水处理过程中,要使用大量的能源。有时,向水中注入空气,几乎占工厂能源消耗量的60%。
赛莱默首席技术官 Johan Grön 表示:“回顾过去5年,大部分废水处理厂的产量保持不变,但电力成本却翻了一番。未来10年,电力成本很可能将继续上涨,因此从综合性城市规划的角度来重新思考水资源和能源,可能在经济上十分有益。”
投资新型解决方案
虽然很多城市认识到需要完善基础设施,降低能源成本,但一些城市仍不愿尝试新的技术和解决方案。
Grön 表示:“虽然大部分城市承认,在经济上,这些投资很有意义,但仍有很多城市认为,还没有足够可靠的数据来证明,今天的节能投资从长期来看会带来回报。他们在面对需要我们采用不同的方法来实施的新技术时也有点犹豫。为确保可靠性,升级和测试新技术,变得愈加重要。”
作为测试承诺的一部分,赛莱默最近参与了在瑞典 Karlshamn 的 Sternö 废水处理厂开展的一项流程再造项目。曝气系统占该厂总能耗的44%。通过安装监测控制系统,用盘式曝气器和高效螺旋式叶片鼓风机取代管式曝气,该厂能耗大幅降低13%。有望在4年内收回投资。
Grön 表示:“情况正在改变。城市开始掌握有关供水成本的数据,增加对他们所能获得的改进机会的了解。”
智慧用水的能源未来
Energy and Water in a Warming World Initiative 的一份报告表示,更高效的技术是解决水资源-能源问题的重要组成部分。其2011年《美国电厂淡水使用情况》报告指出,“开发商和公用事业公司正通过选择基本不用水的技术,如风力和太阳能光伏技术,以及通过进行能效投资,来降低发生能源-水资源冲突的风险。”
例如,建在加利福尼亚州莫哈韦沙漠中的370兆瓦电厂——艾文帕太阳能发电系统 (Ivanpah Solar Electric Generating System) 采用干法冷却技术,与同类型湿法冷却电厂相比,单位发电量的用水量可减少90%。得克萨斯州阿马里洛的另一座电厂通过改用处理后的废水来进行冷却,解决了缺水问题。
该报告科学顾问委员会负责人 Peter Frumhoff 表示:“每当我们兴建一座电厂,就要做出持续数十年的决定。通过投资高能效、冷却用水量少、碳排放量很少甚至为零的电厂,公用事业公司和电厂业主可帮助保护我们的子孙后代赖以生存的水资源。”
用盘式曝气器和高效螺旋式叶片鼓风机取代管式曝气