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水資源與能源生產

【意見領袖】通過技術改進、加上有效的政策杠桿指導,中國在2020年可以將用水量減少到目前水平以下。文|本文由本刊記者范珊珊采訪整理而成水、土地和礦產資源對我們的生活至關重要。這些自然資源是食品和飼料的來源,支持著對地球進行調節的生態系統。能源提供瞭人類必不可缺的光、熱和交通。BP公司資助瞭一項由世界15所頂尖大學參與的“能源可持續性挑戰”研究項目。該項目研究分析瞭在全球人口持續增長、溫室氣體排放和氣候變化的背景下,自然資源(水、土地和礦產)約束對能源生產和供應的影響。我們日益認識到自然資源的局限性,以及這些局限與能源之間的關系。在各種系統的背景下培養對能源問題的全面的技術性理解、並輔以強大的數據支持,將有助於政策制定者和企業更好地進行決策。“能源可持續性發展”是當今世界所面臨的最嚴峻的挑戰之一。更多地瞭解能源與直接維系我們生活的自然資源之間的關系,對我們做出正確的選擇至關重要。全球可再生淡水資源中的10%為人類所用。這些人類所用淡水中的70%用於農業,其中一半多通過蒸發再次返回到大氣,其餘返回地表和地下水。約一半的工業用水用於冷卻,特別是用於能源生產的冷卻系統。因而,在這裡,我們主要談談化石能源與水的使用問題。水的局限性與能源生產首先,我要澄清兩個有關水的概念:一般說到水的使用時,有兩層含義,一個是表示水的取水量,另一個是表示消耗量。取水量的意思是說,把水從當地流域裡提取出來進行使用的量,但水使用後可重新再利用;另一種情況是水從當地流域提取後沒有返回的量,即水被消耗瞭。混淆取水量與消耗量的區別可能導致結論有失偏頗。以火電行業為例,人們通常認為火電是一個耗水的行業。事實上,全世界使用淡水大約為4萬億立方米,其中火電行業取水量為4000億立方米,其中的一半用於冷卻系統,實際消耗才160億立方米。這就意味著,被抽取的水資源從地表或地下移走,至少是暫時性移走。而被消耗的水資源是被抽取水量中未返回到抽水區所處流域盆地地表或地下水體中那部分水資源。大多數發電用取水並未被消耗。在不同行業和區域,對水的依賴程度也不同。由於開采規模和方法的不同,各行業和地區抽取量和消費強度也不同。在每個行業或地區中,根據地質情況,當地氣候和節水技術投資的差異,用水量也有很大差異。傳統石油開采中大量使用水資源,但不一定必須使用淡水。在海上油田和中東使用海水和半咸水、以減少淡水消費,使淡水消費強度降低到零桶淡水/每桶石油。德克薩斯州台南市信貸優惠和加拿大的數據表明,雖然每開采1桶石油的采出地層水量在增加,但淡水消費量一直保持穩定甚至有所降低。在對全球石油生產地區的抽樣調查表明,淡水消費強度最高為1.5桶水/桶石油,其中很多開采活動的淡水強度都低於這一水平的10%。與此同時,我們應該註意到,水資源分佈的地區差異也對能源的生產產生巨大影響。清華大學和加州大學聖地亞哥分校的“能源可持續性挑戰”項目主要研究中國的水資源問題。中國人均水資源僅為世界平均水平的1/4,且全國分佈極不均。中國北方台南信貸代償缺錢急用哪裡汽車貸款民間信貸流程的水資源在全國總量中的比例不到8%,但卻必須供給1/3的全國人口,灌溉全國2/5的農田,實現1/3的GDP增長。在中國,煤炭是能源消費的主體。中國使用煤比其他地區都要多。生產煤的區域水資源有限,中國政府對水資源非常擔憂,政策上設定瞭水使用量目標。如果持續像現在這樣使用水,超過政府設定線。同時,中國仍在煤炭資源豐富但水資源匱乏的地區發展水資源密集型行業(例如煤化工行業)。技術和治理是關鍵我們做的研究表明,技術的改變可以減少用水的使用量。從其他國傢例子看,需要資本投入。要做這樣的改變,需要幾個前提比如政策和成本激勵機制。實際上,不需要使用特別高科技的方式,而是更好的利用現在已有的技術就可以達到節水的目標。我們用“4R”描述對水的管理措施,一是可替代(Replace),用海水、半咸水、產出水和廢水等非淡水水源替代淡水資源;二是再利用(Reuse),相同的水在工業流程中多次利用;三是再循環(Recycle),對廢水進行處理,使其可以再次使用,取代其他用途所需的淡水。四是地區責任制(Responsibility),調整工業實踐,適應當地水資源可用程度和可再生淡水需求。過去50年,在化石能源開采中,我們試圖利用非淡水替代淡水,降低對水資源消耗。在電力行業,每年有4000億的水用於冷卻裝置,主要是因為很多發電廠都很老舊。如果我們繼續使用這樣的設備,到2030年我們提取的淡水量將增長25%。如果淘汰這些老舊設備,水資源的使用量可以減少30%。采掘行業已經開發瞭許多采掘過程中減少使用淡水的方法。除瞭水資源重復利用和循環外,使用低品質水已經在減少淡水需求方面發揮瞭很大作用。有一種通過註水驅油以及驅油填地層水的方法。每向油層註入6桶水,就可以開采1桶石油和5桶油田地層水。註入水由5桶再利用的采出地層水、0.5桶非淡水和0.5桶淡水構成,因此淡水強度就變為每桶石油0.5桶淡水。在項目開展過程中,我們發現可以通過改變用水方式來生產能源。20年前BP一名科學傢做瞭一個小實驗。我們一般用咸水擠壓石頭的縫隙進行油氣開采,但科學傢發現,低鹽度的水擠壓出來的石油更多。去年我們在一個新的鉆井平臺上用瞭這項研究成果,用淡化後的海水開采石油,效果很好。在天然氣液化廠中嚴格的水資源管理能夠消除對淡水抽取的需求。改進費托合成工藝是現代天然氣液化工廠的核心。首先,天然氣被重整轉化為一氧化碳和氫的混合物,生成合成氣。然後,合成氣通過費托合成工藝在催化劑的作用下轉化成碳氫化合物。從水資源使用的角度看,關鍵點是凈化學反應序列生成富餘水。因而,通過精細化管理來分離和循環利用生成的水,工藝用水能夠在封閉式循環中接受管理,為工廠作業的其他部門提供所需要的用水,甚至提供有用的水產品。在水資源稀缺的情況下,嚴格的水資源內部循環利用和幹式冷卻技術應用,能夠消除抽取淡水的需求。與此同時,政策杠桿和成本的作用不能忽略。為瞭應對水資源問題,中國設定瞭目標,用來限制工業用水的絕對量。如果不設定該目標,到2030年,工業用水量至少會翻一番。在“一切照舊”情境下,即使減少能源需求,這一目標值也會在2020年之前被突破。但是,通過技術改進、加上有效的政策杠桿指導,可以將用水量減少到目前水平以下。煤炭開采中水資源的循環利用以及電廠節水冷卻系統的應用,是顯而易見的解決之道。“能源可持續性研究”也表明,洗煤過程中水的使用,能夠提高燃煤效率,節約電廠環節的用水。隻有通過政策激勵抵消運營成本的增加,才有可能實現使用精洗煤帶來的更高能效。當然,能源成本自身對水資源的選擇至關重要。例如,如果淡水必須被泵壓到很高的海拔或者經過長途運輸交付給消費者,水資源運輸的能源成本可能會達到或超過咸水淡化的成本。在西班牙北部,從埃佈羅河運水到阿瓜杜耳塞將跨越大約700公裡的距離,凈垂直運輸高度為1公裡,需要消耗超過4千瓦時/立方米的能源。這將多於將半咸水進行反滲透處理的能源需求,說明如果有半咸水供應,則本地咸水淡化處理將更節約能源。(本文由本刊記者范珊珊采訪整理而成)

新聞來源http://news.hexun.com/2013-10-08/158540174.html

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