USGS提出水与能源关系研究的地学优先方向

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	USGS提出水与能源关系研究的地学优先方向
	赵纪东,杨景宁
	2015-05-01
所属快报	地球科学快报
出版年	2015
期	9
语种	中文
领域	地球科学
栏目	战略规划与政策
中文关键词	USGS ; 能源 ; 地学
中文摘要	水和能源是人类生存的必需物质。从本质上来讲，水和能源有着许多密切的联系。对于取水、水处理（用于人类消费）以及水的运输而言，都需要能源；与此同时，化石能源的开采和加工、生物燃料作物的生长、热电站的冷却等都需要水。详细研究水与能源之间的关系将能够加强资源管理者向人类和生态系统提供淡水，以及为维持人类生活方式而提供充足能源的能力。为此，美国地质调查局（USGS）评估了美国与能源相关的用水情况，以及与用水相关的能源消耗情况，然后从监测和评估以及地球科学研究这2个具有广泛交叉的主题领域提出了未来的优先研究方向，并在2015年4月发布题为《水-能源的关系：地球科学展望》（The water-energy nexus—An earth science perspective）的报告。在此，我们对其主要内容做一简要介绍，以期能够对我国的相关研究部署有所借鉴和参考。
情报分析_信息发布时间	2015年4月1日
情报分析_信息来源性质	政府机构
情报分析_信息来源机构	美国地质调查局（USGS）
情报分析_机构类别	政府机构
情报分析_信息来源国家	美国
情报分析_信息类别	战略规划与政策
情报分析_研究主题	水与能源关系研究
情报分析_研究内容	1 与能源相关的用水情况石油、天然气、煤炭等的开采加工，以及热电站和水电站的发电等都需要水。不同形式的能源常以不同的单位来计量，比如，用桶来计量石油，用立方英尺来计量天然气，用吨来计量煤炭等。为了便于比较分析，必需进行国际单位制换算，因此，研究者以kWh（千瓦时）对电能和热能进行当量化，其中，kWh表示电能，kWhth表示热能。分析表明，自1949年以来，美国的能源消费一直呈上升趋势，到2013年达到285亿kWhth（包括发电所需的热能）。从能源的首次使用情况来看，其可以被分为发电和服务最终用户（运输、生活、工业、商业）2类。在2013年美国的能源消费中，发电占39%；在与能源相关的用水中（包括开采、加工、运输等），发电亦占相当大比例（2013年41亿~95亿升）。从另一角度来看，电能是一种中间形式的能源，因此，也可以据其最终用途将发电所需的能源划分到4类最终用户里，与其相关的用水亦是如此。2013年，美国与能源相关的用水量在119亿~248亿升之间，这相当于美国2010年所有用途取水量的2%~5%。从各类用户的总能耗来看（包括电能），由高到低依次是工业、运输、生活和商业；从与总能耗相关的用水情况来看，由高到低依次是运输、工业、生活和商业（图1）。图1 2013年美国各部门与总能源消耗相关的用水量（柱状图所示为预测耗水量范围，底线对应最低量值） 2 与用水相关的能源消耗情况从地表或地下取水并进行输送，在商业、工业和生活使用水之前对水进行处理，将处理好的水输送到最终用户，在最终使用前对水进行加热、加压、进一步净化，以及废水的收集和处理等，都要消耗能源。与用水过程相关的能源消耗量依赖于水源的位置、用水地点、水质、预期用途，以及相关的水处理技术等。相比于与能源开发利用有关的用水分析而言，与用水有关的能源消耗分析要难得多。由于数据缺失或无法获得等原因，工业和运输这2个部门与用水有关的能源消耗无法估计。分析结果表明，2005年美国与生活和商业用水有关的能源消耗相当于4820亿kWh的电，这占美国用电量的15%。具体来看，大部分能源消耗在水的加热过程中，热水器消耗了其中79%的能源。 3 推动水-能关系研究的地学优先方向从以上分析可以看出，在水-能关系研究中，还存在很大不确定性，例如估值范围大，关键数据无法获得而不能开展全面评估等。地球科学是认识水-能关系的基石，USGS的科学家认为，未来应在地学领域优先开展以下工作。 3.1 监测与评估 3.1.1 监测网络（1）确保现有监测网络（水文、气象、环境、地震等）的数据质量，加强数据质量控制协议的执行。（2）充分认识监测网络的作用，并尽可能对其进行扩展。 3.1.2 淡水可用性（1）开发水利普查方法。（2）降低流域水量收支计算的不确定性。（3）建立全国性的地下水监测网络。（4）扩大未来能源开发区域的地表水、地下水和水质监测。（5）将水质模型和生态系统健康模型整合入淡水可用性评估。 3.1.3 水的利用改善取水、能源用水的监测或评估方法，特别是水力发电和生物燃料生产。 3.1.4 生态系统（1）将生态系统服务评估方法标准化。（2）采取监测计划，以获取对生态系统服务进行量化和价值评估所必需的数据。（3）发展决策支持工具，以便资源管理者进行能源开发情景分析时，将生态系统服务的成本效益分析纳入其中。 3.1.5 地下咸水的可用性（1）研究地下咸水含水层的位置分布、物理和地球化学特征。（2）加强淡水与咸水含水层的关系研究。 3.1.6 化石能源与铀（1）当新的能源开发技术出现的时候，重新进行资源评估。（2）开发并改进原有评估技术。（3）将水和生态系统评估纳入能源资源评估。 3.1.7 地热资源（1）发现尚未开发的常规热液场。（2）研究地热系统的作用，包括水-能平衡，以及与地震活动的关系等。（3）发现适宜于增强型地热发电厂的场地，并分析用水需求及潜在地震灾害。 3.1.8 诱发地震（1）加强能源开发地区的地震监测。（2）加强地震活动诱发因素的分析。 3.1.9 数据分析工具（1）开发优化监测网络设计的技术。（2）改进计算机的模拟能力，完善决策支持模型。（3）发现可示踪污染物的指标。 3.2 地球科学研究 3.2.1 气候变化（1）减少认识过去及未来气候中的不确定性。（2）确定气候变化对水资源和生态系统的影响。（3）加强碳循环研究，改善其与气候关系的认识。（4）评估地质碳封存的可行性。 3.2.2 能源开发中的副产品及废物流（1）废物流的特征及量化研究。（2）废物流的最终去向，以及其对水和生态系统的影响。（3）研究废物的利用途径和其他处置方式。 3.2.3 新兴能源开发技术（1）加强水力压裂方面的研究，改善相关认识。（2）评估新兴技术（地质碳封存、增强型地热系统、纤维乙醇、藻类生物柴油）的水文及环境影响。 3.2.4 与水有关的能源利用（1）加强不同背景下的含水层补给管理研究。（2）保护水质，评估污水的自然修复过程。
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文献类型	快报文章
条目标识符	http://119.78.100.173/C666/handle/2XK7JSWQ/178953
专题	地球科学
推荐引用方式 GB/T 7714	赵纪东,杨景宁. USGS提出水与能源关系研究的地学优先方向. 2015.

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