No existe una definición formal para el nexo agua-energía : el concepto se refiere a la relación entre el agua utilizada para la producción de energía , [1] que incluye tanto la electricidad como las fuentes de combustible, como el petróleo y el gas natural , y la energía consumida para extraer, purificar, distribuir, calentar / enfriar, tratar y eliminar el agua (y las aguas residuales), lo que a veces se denomina intensidad energética (EI). La relación no es realmente un ciclo cerrado, ya que el agua que se usa para la producción de energía no necesita ser la misma agua que se procesa usando esa energía, pero todas las formas de producción de energía requieren algún aporte de agua, lo que hace que la relación sea inextricable.
Entre los primeros estudios para evaluar la relación agua y energía se encuentra un análisis del ciclo de vida realizado por Peter Gleick en 1994 que destacó la interdependencia e inició el estudio conjunto del agua y la energía. [2] En 2014, el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) publicó su informe sobre el nexo agua-energía citando la necesidad de políticas conjuntas agua-energía y una mejor comprensión del nexo y su susceptibilidad al cambio climático como una cuestión de seguridad nacional . [3] El diagrama híbrido de Sankey en el informe de nexo agua-energía del DOE de 2014 resume los flujos de agua y energía en los EE. UU. Por sector, lo que demuestra la interdependencia y destaca la energía termoeléctrica como el mayor usuario de agua, utilizada principalmente para refrigeración.
Agua utilizada para la producción de energía.
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Todos los tipos de generación de energía consumen agua ya sea para procesar las materias primas utilizadas en la instalación, construir y mantener la planta, o simplemente para generar la propia electricidad. Las fuentes de energía renovable, como la energía solar fotovoltaica y la eólica , que requieren poca agua para producir energía, requieren agua para procesar las materias primas para construir. El agua se puede usar o consumir, y se puede clasificar como fresca, molida, superficial, azul, gris o verde, entre otras. [1] El agua se considera utilizada si no reduce el suministro de agua a los usuarios aguas abajo, es decir, el agua que se toma y se devuelve a la misma fuente (uso dentro de la corriente), como en las plantas termoeléctricas que usan agua para enfriar y están lejos los mayores usuarios de agua. [3] Si bien el agua usada se devuelve al sistema para usos aguas abajo, generalmente se ha degradado de alguna manera, principalmente debido a la contaminación térmica o química, y el flujo natural se ha alterado, lo que no se tiene en cuenta en una evaluación si solo la cantidad de agua se considera. El agua se consume cuando se elimina completamente del sistema, como por evaporación o consumo por cultivos o humanos. Al evaluar el uso del agua, deben tenerse en cuenta todos estos factores, así como las consideraciones espacio-temporales que dificultan la determinación precisa del uso del agua.
Spang y col. (2014) realizaron un estudio que analizó el consumo de agua para la producción de energía (WCEP) a nivel internacional que mostró la variación en los tipos de energía producidos entre países, así como las grandes diferencias en la eficiencia de la producción de energía por unidad de uso de agua (figura 1). [1] Las operaciones de los sistemas de distribución de agua y los sistemas de distribución de energía en condiciones de emergencia de energía limitada y disponibilidad de agua es una consideración importante para mejorar la resiliencia general del nexo agua-energía. Khatavkar y Mays (2017) [4] presentan una metodología para el control de la distribución de agua y los sistemas de distribución de energía en condiciones de emergencia de sequía y disponibilidad limitada de energía para determinar al menos un suministro mínimo de agua de refrigeración a las centrales eléctricas. Khatavkar y Mays (2017 b) [5] aplicaron un modelo de optimización para el sistema nexo agua-energía para un sistema hipotético a nivel regional que mostró una resiliencia mejorada para varios escenarios de contingencia.
Intensidad de la energía
Estados Unidos (California)
En 2001, los sistemas de agua en funcionamiento en los EE. UU. Consumieron aproximadamente el 3% de la electricidad anual total (~ 75 TWh). [6] El Proyecto de Agua del Estado de California (SWP) y el Proyecto del Valle Central (CVP) son juntos el sistema de agua más grande del mundo con la elevación de agua más alta, más de 2000 pies a través de las montañas de Tehachapi , entregando agua de las zonas más húmedas y relativamente rurales. al norte del estado, al valle central agrícolamente intensivo, y finalmente al sur árido y densamente poblado. En consecuencia, SWP y CVP son los mayores consumidores de electricidad en California y consumen aproximadamente 5 TWh de electricidad cada uno por año. [6] En 2001, el 19% del uso total de electricidad del estado (~ 48 TWh / año) se utilizó en el procesamiento de agua, incluidos los usos finales, y el sector urbano representó el 65% de esta. [7] Además de la electricidad, el 30% del consumo de gas natural de California se debió a procesos relacionados con el agua, principalmente el calentamiento de agua residencial, y las bombas de agua subterránea para la agricultura consumieron 88 millones de galones de diesel. [7] El sector residencial por sí solo representó el 48% del total combinado de electricidad y gas natural consumido para procesos relacionados con el agua en el estado. [6] [7]
Según el informe de Estudios de Energía Integrada en el Agua de la Comisión de Servicios Públicos de California (CPUC):
"' Intensidad energética ' se refiere a la cantidad promedio de energía necesaria para transportar o tratar agua o aguas residuales por unidad". [8]
La intensidad energética a veces se usa como sinónimo de energía incorporada o incorporada . En 2005, se evaluó que las entregas de agua al sur de California tenían un EI promedio de 12,7 MWh / MG, casi dos tercios de los cuales se debieron al transporte. [7] Tras los hallazgos de que una quinta parte de la electricidad de California se consume en procesos relacionados con el agua, incluido el uso final, [7] la CPUC respondió autorizando un estudio estatal sobre la relación entre energía y agua que fue realizado por el Instituto de California para Energía y Medio Ambiente (CIEE), y desarrolló programas para ahorrar energía a través de la conservación del agua. [8] [9]
Región árabe
Según World Energy Outlook 2016, en el Medio Oriente, se espera que la participación del sector del agua en el consumo total de electricidad aumente del 9% en 2015 al 16% en 2040, debido a un aumento en la capacidad de desalinización. La región árabe que incluye los siguientes países: Kuwait , Líbano , Libia , Mauritania , Marruecos , Omán , Territorios Palestinos , Argelia , Bahrein , Egipto , Irak , Jordania , Qatar , Sudán , Arabia Saudita , Siria , Túnez , Emiratos Árabes Unidos , y Yemen . Algunas características generales de la región árabe es que es una de las regiones con mayor estrés hídrico del mundo, las lluvias son en su mayoría raras o llueve de manera impredecible.
patrón. [10] El área acumulada de la región árabe es aproximadamente el 10,2% del área mundial, pero la región solo recibe el 2,1% de la precipitación media anual mundial . Además, la región alberga el 0,3% de los recursos hídricos renovables anuales del mundo (ACSAD 1997). En consecuencia, la región ha experimentado una disminución del suministro de agua dulce per cápita, aproximadamente una escasez de 42 kilómetros cúbicos de demanda de agua. [11] Se espera que esta escasez crezca tres veces para 2030 y cuatro veces para 2050 ′. [12] Esto es crucialmente alarmante dado que la estabilidad económica mundial depende en gran medida de la región árabe. [12]
Existen numerosos métodos para mitigar la creciente brecha de suministro de agua dulce per cápita. Un método aplicable es la desalinización que es ubicua particularmente en la región GCC . [12] Toda la capacidad de desalinización del mundo, aproximadamente el 50% está contenida en la región árabe, y casi todo ese 50% se encuentra en los países del CCG . [12] Países como Bahrein proporcionan el 79% de su agua dulce a través de la desalinización , Qatar está alrededor del 75%, Kuwait alrededor del 70%, Arabia Saudita el 15% y los Emiratos Árabes Unidos alrededor del 67%. Estos países del Golfo Pérsico construyeron enormes plantas desalinizadoras para cubrir la escasez de suministro de agua a medida que estos países se han desarrollado económicamente. [12] [13] La agricultura en la región del CCG representa aproximadamente el 2% de su PIB , sin embargo, utiliza el 80% del agua producida. [13] También debe tenerse en cuenta que se requiere una inmensa cantidad de energía, principalmente del petróleo, para operar estas plantas desalinizadoras . Países como Arabia Saudita , Bahrein y Kuwait enfrentarán dificultades para satisfacer la demanda de desalinización si continúa la tendencia actual. El GCC gasta entre el 10% y el 25% de su energía eléctrica generada en desalinizar agua. [14] [15] [16]
Hidroelectricidad
La hidroelectricidad es un caso especial de agua utilizada para la producción de energía principalmente porque la generación de energía hidroeléctrica se considera limpia y renovable , y las represas (la principal fuente de producción hidroeléctrica) sirven para múltiples propósitos además de la generación de energía, incluida la prevención de inundaciones, almacenamiento, control y recreación que dificultan los análisis de asignaciones justificables. [1] Además, los impactos de la generación de energía hidroeléctrica pueden ser difíciles de cuantificar tanto en términos de pérdidas de consumo por evaporación como en la calidad alterada del agua, ya que las represas dan como resultado caudales mucho más fríos que los de las corrientes. En algunos casos, la moderación de los caudales puede verse como una rivalidad del uso del agua en el tiempo y también puede ser necesario tener en cuenta en el análisis de impacto.
Ver también
- Clima y energia
- Nexo entre agua, energía y seguridad alimentaria
Referencias
- ^ a b c d Spang, ES, Moomaw, WR, Gallagher, KS, Kirshen, PH y Marks, DH (2014). "El consumo de agua de la producción de energía: una comparación internacional". Cartas de investigación ambiental , 9 (10), 105002.
- ^ Gleick, PH (1994). "Agua y Energía". Revisión anual de energía y medio ambiente , 19 (1), 267–299.
- ↑ a b Bauer, D., Philbrick, M. y Vallario, B. (2014). "El nexo agua-energía: desafíos y oportunidades". Departamento de Energía de Estados Unidos.
- ^ Khatavkar, P. y Mays, LW (2017 a) Modelo para la operación en tiempo real de sistemas de distribución de agua con disponibilidad de energía limitada. En Congreso Mundial de Medio Ambiente y Recursos Hídricos 2017 (págs. 171–183).
- ^ Khatavkar, P. y Mays, LW (2017). Prueba de un modelo de optimización / simulación para las operaciones en tiempo real de sistemas de distribución de agua con disponibilidad de energía limitada. En Congreso sobre Avance Técnico 2017 (págs. 1–9).
- ^ a b c Cohen, R., Nelson, B. y Wolff, G. (2004). "Energía por el desagüe: los costos ocultos del suministro de agua de California". E. Cousins, ed., Consejo de Defensa de los Recursos Naturales
- ↑ a b c d e Klein, G., Krebs, M., Hall, V., O'Brien, T. y Blevins, BB (2005). "Relación agua-energía de California". Comisión de Energía de California, Sacramento, California.
- ↑ a b Bennett, B. y Park, L. (2010). "Estudio 1 de estudios de energía incorporada en el agua: Relación agua-energía a nivel estatal y regional". División de Energía de la Comisión de Servicios Públicos de California.
- ^ Bennett, B. y Park, L. (2010). "Estudio 2 de Estudios de Energía Integrada en Agua: Agencia de Agua y Estudio de Componente de Función y Perfiles de Carga de Agua-Energía Integrada". División de Energía de la Comisión de Servicios Públicos de California.
- ^ PNUD (2013) Gobernanza del agua en la región árabe: gestionar la escasez y asegurar el futuro. PNUD, Nueva York.
- ^ Devlin J (2014) ¿La escasez de agua está reduciendo las perspectivas de crecimiento en Oriente Medio y África del Norte? Brookings Institution, 24 de junio de 2014
- ^ a b c d e Banco Mundial (2012) Desalinización de energías renovables: una solución emergente para cerrar la brecha de agua en el Medio Oriente y África del Norte. Banco Mundial, Washington, DC.
- ^ a b Booz and Company (2014) Lograr un sector de agua sostenible en el CCG: gestión de la oferta y la demanda, creación de instituciones, 8 de mayo de 2014.
- ^ Fath H, Sadik A, Mezher T (2013) Tendencia presente y futura en la producción y consumo de energía de agua desalada en países del CCG. Int J Therm Env Eng 5 (2): 155-162
- ^ Amer, Kamel, et al., Editores. El nexo entre agua, energía y seguridad alimentaria en la región árabe . 1ª ed., Ser. 2367–4008, Springer International Publishing, 2017.
- ^ Badran, Adnan, et al., Editores. Sostenibilidad del agua, la energía y los alimentos en el Medio Oriente . 1ª ed., Ser. 978-3-319-48920-9, Springer International Publishing, 2017.
enlaces externos
- Relación agua-energía de California
- WaterEnergyNEXUS - Tecnologías avanzadas y mejores prácticas
- Estudio 1 de estudios de energía incorporada en el agua: Relación agua-energía a nivel estatal y regional
- Estudio 2 de estudios de energía integrada en el agua: Estudio de componente de función y agencia de agua y perfiles de carga de agua y energía integrada
- El nexo agua-energía: desafíos y oportunidades
- [1]
- Energía sedienta