Взаимосвязь воды и энергии: почему управление водным стрессом является ключом к будущему энергетики

Многие страны сталкиваются с ужесточением конкуренции за воду в сельском хозяйстве, городах и промышленности, а также с более частыми засухами и более жарким летом. Одновременно с этим растет спрос на электроэнергию, отчасти из-за более высоких потребностей в охлаждении во время жары.

Учитывая эти тенденции, энергетический сектор не только уязвим к водному дефициту, но и, в зависимости от выбора технологии, может его усилить. Навигация по этому балансу становится проблемой надежности и инвестиций, которая может меняться в течение срока службы энергетических активов по мере изменения условий воды. Когда речной сток падает или температура воды на водозаборе повышается, тепловые электростанции могут столкнуться с ограничениями в работе как раз тогда, когда спрос на электроэнергию достигает пика во время периодов сильной жары. Такие колебания могут повлиять на решения о выдаче разрешений, повлиять на то, как системные операторы управляют энергосистемой, и повысить требования к комплексной проверке проектов в испытывающих стресс бассейнах.

Технологии производства электроэнергии имеют совершенно разные водные профили. Выбор структуры генерации и места строительства инфраструктуры определяет, насколько уязвима страна перед проблемами, связанными с водой, которые могут ограничить операции, замедлить получение разрешений и усугубить водный дефицит, вызванный климатом.

Взаимосвязь между водой и электричеством особенно заметна при охлаждении установок. Вот почему при сравнении различных технологий производства электроэнергии важно различать забор воды (общий объем, взятый из источника) и потребление воды (доля, не возвращаемая, часто за счет испарения).

Инфографика ниже показывает, что ветровые и солнечные фотоэлектрические системы потребляют мало воды в течение жизненного цикла, в то время как варианты с паровым циклом более водоемки, в зависимости от конструкции охлаждения.

Ветровые и солнечные фотоэлектрические электростанции требуют очень мало воды для работы и имеют минимальное потребление воды в течение жизненного цикла по сравнению с тепловой генерацией с водяным охлаждением. Масштабирование возобновляемых источников энергии может:

Однако не все низкоуглеродные варианты являются маловодными. Термоэлектрические технологии, включая концентрированную солнечную энергию (CSP) и геотермальную энергию, могут потребовать значительного количества воды. в зависимости от конструкции охлаждения.

На практике наибольшие водные риски и потенциальные меры по водосбережению сосредоточены в четырех областях:

Там, где позволяют условия системы, отдача приоритета солнечной фотоэлектрической энергии и ветру снижает необходимость в эксплуатации водоемких тепловых установок во время жары и засухи. Выгода увеличивается, когда возобновляемые источники энергии сочетаются с мерами, обеспечивающими более эффективное использование и безопасную интеграцию.

Выбор системы охлаждения влияет на забор и потребление воды при производстве тепловой энергии. Для любой тепловой мощности, которая по-прежнему необходима для удовлетворения пикового спроса и поддержания стабильности сети, проектировщики могут снизить риск, связанный с водой, установив ожидания в отношении эффективности охлаждения.

Индия представляет собой наглядную иллюстрацию того, как политика возобновляемых источников энергии и охлаждения взаимодействуют для снижения риска, связанного с водой, в энергетическом секторе (см. инфографику ниже). Анализ IRENA и Института мировых ресурсов оценивает, как возобновляемые источники энергии и изменения в технологиях охлаждения могут изменить использование пресной воды в производстве электроэнергии в стране к 2030 году. Амбициозный переход к возобновляемым источникам энергии и улучшенному охлаждению может снизить интенсивность забора воды до 84% к 2030 году и интенсивность потребления воды на 25% по сравнению с 2014 годом. Политический посыл прост: масштабировать возобновляемые источники энергии с низким содержанием воды и ужесточить меры по охлаждению оставшегося теплового парка.

Местоположение определяет конкуренцию с другими пользователями и подверженность изменчивости климата. Проверка проектов на предмет дефицита воды на уровне бассейна и ограничений по расходу воды помогает избежать сбоев в работе и конфликтов с другими водными приоритетами.

Опыт Китая показывает, почему дефицит воды, выбор места и охлаждения могут стать ограничениями при планировании на уровне системы. В оценке рисков, связанных с водой, проводимой IRENA и Китаем, изучается, как альтернативные пути развития энергетического сектора к 2030 году повлияют на использование воды и интенсивность выбросов в стране. По оценкам, 45% ее электрогенерирующих мощностей используют пресную воду и расположены в районах с высоким водным дефицитом (за исключением гидроэнергетики). Более широкое внедрение возобновляемых источников энергии и улучшение охлаждения электростанций могут снизить интенсивность водозабора на 42%, интенсивность потребления воды на 30% и интенсивность выбросов на 37% по сравнению с 2013 годом (см. инфографику ниже). В бассейнах, испытывающих нехватку воды, при планировании выработки электроэнергии и выдаче разрешений доступность воды и охлаждение должны рассматриваться как первоочередные ограничения.

Водный стресс носит сезонный и локальный характер. На него все больше влияет изменчивость климата. Подходы к планированию должны явно тестировать систему в условиях эксплуатации с ограниченным количеством воды так же, как они планируют топливные и сетевые риски. Ключевой тест заключается в том, могут ли рамки планирования предвидеть новые потребности в электроэнергии, чувствительные к воде:

Выбор энергетического сектора может либо уменьшить дефицит воды, либо зафиксировать его на десятилетия. Переход на возобновляемые источники энергии — это не только путь к декарбонизации, но и прагматичный подход к управлению рисками для надежной работы в более жарких и более ограниченных водными условиях условиях. Основная идея политики заключается в том, что «умное» использование воды в электроэнергетике достижимо, но только в том случае, если вопросы использования водных ресурсов будут учтены на ранних этапах планирования энергосистемы, выбора технологий и правил инвестирования.

Совет глобального будущего по энергетической взаимосвязи делится идеями и примерами в своей серии Energy Nexus Insights, включающей блоги, статьи и инфографику; руководства для лиц, принимающих решения в государственном и частном секторах; и отраслевой анализ.