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1、水與能源相互依存共求發(fā)展 水可能是一件比較麻煩的事兒，水太少了，農(nóng)作物會 死亡，工廠會搬走，電廠也不能正常工作，生態(tài)系統(tǒng)就會遭 殃，人也會饑渴。水太多了，洪水將毀壞基礎設施，農(nóng)作物 會遭到破壞，水傳播疾病也會泛濫，并會破壞電力和交通等 設施。我們總希望水能在合適的時間和地點由現(xiàn)，因為轉(zhuǎn)移 和存儲水源需要耗費很多能量。我們也希望水的質(zhì)量和溫度 正好合適，如果到處是污水、咸水，那么水處理的費用將會 很局。 水的隨意性，是可以控制的，這就需要能源。如果我們 有無限的和完美的清潔能源（不會對環(huán)境產(chǎn)生負面影響） 我們可以將整個海洋的海水進行淡化，為每個人提供足夠的 飲用水，使清潔水無處不在。如果有無

2、限的能源，我們可以 隨意建設輸水管線，將水從多水區(qū)輸送到缺水區(qū)。我們可以 建造足夠多的水衛(wèi)生設施，這樣未經(jīng)處理的污水就不會流入 淡水生態(tài)系統(tǒng)，造成疾病傳播和水體富營養(yǎng)化的問題。我們 可以建設足夠多的水庫和水塘，豐水時蓄水，缺水時引水。 當然，這一切都只是想象，我們不可能有無限的能源， 能源已成為水管理的一個制約因素。 正如能源成為制約水資源管理的瓶頸一樣，在許多地 區(qū)，水已經(jīng)成為能源供應的一個制約因素。電廠運營商有時 得不到充足的水源來進行電廠的建設和運行，而且，為了保 護當?shù)氐聂~類和生態(tài)系統(tǒng)，當?shù)卣畬﹄姀S冷卻后排放水的 溫度也有限制。水在能源提取方面也是一個制約因素，例如 石油和天然氣

3、的生產(chǎn)，可能會使用大量的水。 水和能源之間的這種相互依存關系被稱為能量與水的 聯(lián)系。雖然這種關系是可以相互制約的，但它有時也為人們 提供了一個一舉兩得的機會，就是說，人們可以同時解決能 源和水的問題，因為保護了其中的一個，也會相應地保護另 一個。因此，我們管理兩者之間的微妙關系的方法，將會對 我們未來是否會由現(xiàn)能源和水的危機產(chǎn)生重大影響。 美國趨勢 在集中供水和機械化抽水由現(xiàn)之前，美國通常直接從當 地的溪流、河流或井里取水，即使在城市地區(qū)也是如此。唯 一的能量消耗就是簡單的提水和運水。在世界許多農(nóng)村或貧 困地區(qū)，仍然如此。這種傳統(tǒng)被打破，是 19世紀初的事情, 當時美國開始發(fā)展集中式飲

4、用水處理和分配系統(tǒng)，現(xiàn)在美國 享有世界上最安全和最豐富的公共供水系統(tǒng)。 由于水需求的不斷增加，依照美國目前的趨勢發(fā)展，未 來美國正朝著能源密集型用水發(fā)展。例如，南加州和佛羅里 達州已經(jīng)開始使用海水淡化技術，人們從科羅拉多洛磯山和 北部大平原地下的深層含水層中抽水，或者進行跨流域的調(diào) 水，以及在西南沙漠和加州之間建設調(diào)水工程等 這些發(fā)展趨勢向我們提由一個問題：我們處理、輸送和 維護水源，到底需要多少能量？美國的供水系統(tǒng)會給世界帶 來怎樣的經(jīng)驗和啟示？尤其是那些發(fā)展中國家，它們正在努 力建設集中式的供水系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)。 美國《地球雜志》的最近研究已經(jīng)觸及這些問題。研究 人員要計算美國能

5、源領域的用水情況，他們首先計算抽水和 處理水的能源消耗。然后再計算家庭用水方面的能源消耗， 例如燒水、洗澡、做飯等。最后，再加上企業(yè)、公共設施、 電廠等的能源用水。研究人員發(fā)現(xiàn)，每年美國在水方面的能 源消耗為12.3萬億BTU （BTU,英國熱量單位）,相當于能 源總消耗量的12.6%,遠遠超過了研究人員的預期。 美國的能源用水 在美國，12.3萬億BTU的能量，包括水的提取、處理 和最終用途的一切能源消耗。 大約30%的能量被消耗于住宅 和商業(yè)用水的加熱。另外30%被用于工業(yè)水蒸氣的加熱和加 壓，例如煉油及化學制造業(yè)。像洗碗機、洗衣機和烘干機， 以及其他加熱水或者空氣的能源使用， 只占

6、8%的用水耗能。 實際上，水處理只使用了相對較少的能量， 只占12.3萬 億的BTU的4%,約等于2010年美國能源消費總量的 0.5%。 水處理耗能的多少，取決于處理后水的質(zhì)量和最終用途。地 下水的抽取通常比地表水的直接獲得消耗更多的能量，而地 下水缺水的耗能又與井深有關。然而，地表水通常沒有地下 水干凈，還需要進一步處理，往往需要消耗比抽取地下水更 多的能量。經(jīng)過處理后的水，需要通過水泵和輸水管道將其 分配到最終用戶，在最終用戶那里，水又可能被加熱、加壓、 抽吸或冷卻。 水從處理廠流由以后， 大約40%的水通過水渠或者水管 的滲漏蒸發(fā)或者跑冒滴漏被流入到環(huán)境中，盡管這個比例隨 位置和

7、季節(jié)有很大的變化。來自廁所或者排水溝的污水，需 要被送到污水處理廠進行處理，達到一定的級別后才能被釋 放到環(huán)境中。其中，有一小部分可能被回收利用，主要用于 非飲用用途，如澆灌高爾夫球場或用于電廠冷卻等。 區(qū)域性問題區(qū)域性解決 盡管美國水領域的能源使用可以用總體和平均的概念 來描述，但是，各地的具體情況卻各不相同。不同的氣候條 件所形成的降雨、地表水和地下水的多少也不同，從而影響 抽水的深度和輸水的距離。例如在美國南加州，需要長達幾 百公里的調(diào)水系統(tǒng)，經(jīng)過兩組山脈的阻擋，從圣華金三角洲 引水到加州中心地區(qū)。水在送達最終用戶前，大約每 1000 加侖耗能約11千瓦時。與此相反，在馬薩諸塞州，因

8、為有 豐沛的降雨和蓄水，每1000加侖的水耗能只有約1.5千瓦時, 只有加州的14%。 公共供水和污水處理事業(yè)所消耗的能量目前可能僅占 水領域能源消耗的一小部分，但是，全國各地的公共供水系 統(tǒng)加起來，就會成為能源密集型用水行業(yè)，這種用水量在未 來有不斷增加的趨勢。例如美國的加利福尼亞州、佛羅里達 州和得克薩斯州，已經(jīng)建成了海水淡化設施，這些設施的耗 能比普通的地表水處理大約多由 10倍的能量。計劃之中的 長管線輸水項目正在實施， 盡管能夠減輕西部的旱災， 但是, 所消耗的能量和資金也是很高的。 與此同時，在西部大平原和中西部干旱地區(qū)，人們加強 了地下水的抽采力度，造成地下水水位下降，抽

9、水者不得不 在更深的水井進行抽采。 在美國的水領域，也有一些亮點值得世人學習。例如， 再生水被用于景觀和高爾夫球場的澆灌、電廠冷卻以及沖廁 等。再生水也可用于補給地下含水層，例如在加州的奧蘭治 縣，地下含水層水位的下降，使得這里越來越容易受到海水 入侵的影響，對此，科學家利用再生水在地下制造了一個屏 障，以保護寶貴的淡水資源免受海水的入侵。 新技術也能使水需求減少。電廠使用高效的冷卻技術減 少了用水，許多行業(yè)都降低了其生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用水強度，可改 善其應對缺水的脆弱性。使用更有效的灌溉系統(tǒng)，可以降低 流速，減少耗水；種植抗旱的作物，將節(jié)省的水提供給城市。 實踐表明，節(jié)水最大的潛力仍然在農(nóng)業(yè)部門

10、。 步美國后塵？ 像美國一樣，其他國家也正向著能源密集型用水轉(zhuǎn)變。 例如，中國的南水北調(diào)工程將水從豐水區(qū)輸送到缺水區(qū)。埃 及、印度、利比亞和南非，以及其他發(fā)展中國家和發(fā)達國家, 正在規(guī)劃或已經(jīng)建設了許多大型的供水項目。同樣，印度、 科威特、沙特阿拉伯、新加坡和阿拉伯聯(lián)合酋長國已經(jīng)準備 建設大型的海水淡化工廠，以改善其飲用水的供應。但這些 項目建設都非常昂貴，顯然會增加用水的能量消耗。 能源和水資源之間存在著微妙平衡。大型水利基礎設施 將水輸送到那些無法通過其他方式得到的水地區(qū)，但是，遠 距離輸水也對能源基礎設施提由更高的要求。然而，節(jié)水保 護、使用再生水以及使用可再生能源的海水淡化技術，能同 時實現(xiàn)能源、水和氣候保護的多個目標。例如，沙特阿拉伯 正在建設首個商業(yè)規(guī)模的太陽能海水反滲透淡化工廠。一旦 建設完成，該工廠預計將滿足 10萬人的日常用水需要。在 美國西南沙漠地帶，人們可以進行類似的項目，使用咸水淡 化技術，或者使用可再生風能和太陽能資源技術。 如何從能源的不可再生管理過渡到可持續(xù)管理，構成人 類21世紀最大的挑戰(zhàn)之一?！?