?。?) 原水提取及輸送:除少量采用重力流取水的地表水源,絕大多數水源(包括地表水、地下水、海水、再生水及外調水)都需要泵站將原水提升輸送至自來(lái)水廠(chǎng)。由于取水點(diǎn)和受水點(diǎn)往往存在一定的高差,外調水的輸水能耗一般較高。例如,美國加州西岸城市調水工程的輸水能耗約2.5kWh/m3。
?。?) 制水:常規自來(lái)水廠(chǎng)通過(guò)沉淀、過(guò)濾、消毒等工藝流程將原水進(jìn)行凈化并達到國家飲用水標準,其主要能耗來(lái)自泵站(將原水提升進(jìn)入反應池、出場(chǎng)水加壓輸送至市政管網(wǎng))和制水工藝流程。海水淡化和再生水利用由于制水工藝不同,制水能耗比常規自來(lái)水要高。
?。?) 配水:自來(lái)水配水系統通過(guò)泵站加壓將自來(lái)水輸送至用水戶(hù)。主要能耗為泵站能耗。
?。?) 污水的收集、處理及排放:污水通過(guò)污水管網(wǎng)被輸送至污水處理廠(chǎng)進(jìn)行物化和生化處理。主要的耗能環(huán)節為泵站、風(fēng)機、生化處理及深度處理(如臭氧或紫外消毒、膜處理等)。不同供水基礎設施建設的能耗和碳足跡差異較大,由于數據信息獲取有限,本研究?jì)H考慮取水和制水過(guò)程中的運行消耗,以下簡(jiǎn)稱(chēng)制水能耗。
城市水系統的能源消耗及其能源管理在歐美國家已經(jīng)受到關(guān)注。以英國為例,自來(lái)水制水能耗為0.12kWh/m3,污水處理能耗約為0.21kWh/m3,但是居民生活(主要是熱水)能耗卻高達2.66kWh/m3,占到了整個(gè)城市水系統的89%。為了幫助實(shí)現英國低碳發(fā)展目標,英國水務(wù)辦公室(Ofwat)從2008年開(kāi)始要求所有城市水基礎設施規劃必須評估各類(lèi)水源的供水能耗及碳排放。為此,英國環(huán)境保護署發(fā)布《水務(wù)行業(yè)溫室氣體排放測算指南》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》)以及“水資源碳足跡計算工具”,用于指導水務(wù)企業(yè)核算壽命周期(包括項目建設、原料獲取及生產(chǎn)過(guò)程等)的溫室氣體排放。該計算器內嵌了多種計算模型,能夠測算包括常規水資源(地下水、地表水)、非常規水資源(海水/苦咸水淡化、雨水利用、再生水)及配水系統(配水壓力、管網(wǎng)漏損)的相關(guān)能耗,并將碳排放成本自動(dòng)納入項目的總體預算。通過(guò)碳排放核算,水務(wù)行業(yè)不僅能幫助實(shí)現政府主導的碳減排計劃,而且能通過(guò)降低能耗節省運行費用。英國南方水務(wù)集團在制定其水務(wù)發(fā)展計劃(2010-2015年)時(shí)就利用水資源碳足跡計算工具測算了70多種情景之下的供水碳排放,并作為其決策支持的重要依據(專(zhuān)欄1)。
無(wú)論是外調水工程,還是非常規水資源的開(kāi)發(fā),城市的水資源結構已經(jīng)在悄然發(fā)生變化,而且城市的水資源戰略也將隨著(zhù)人口增長(cháng)與經(jīng)濟發(fā)展變得更加多元化和復雜化。應當注意的是,城市供水水源類(lèi)型的改變不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的供水問(wèn)題,同時(shí)也將牽涉到城市供水系統的能源消耗和碳排放問(wèn)題。不同類(lèi)型的水資源具有不同的能耗,例如,海水淡化的單位制水能耗是常規地表水源的5-10倍。圖2-3是美國加州大學(xué)對南加州各類(lèi)水源的能耗分析14,可以看到不同水源的制水能耗差距高達10倍之多15。而加州目前20%的電力和30%的天然氣被消耗于水的生產(chǎn)、運輸和使用16,所以說(shuō)城市水系統對能源需求的影響已經(jīng)不容忽視。
因而,城市水源選擇不僅是一個(gè)單純的水問(wèn)題,更是一個(gè)能源問(wèn)題。不同的水源組合會(huì )對城市的能源需求及溫室氣體排放產(chǎn)生影響。供水系統將成為城市低碳發(fā)展不可缺少的重要組成部分,尤其是嚴重缺水的城市。對于青島市這樣的海灣缺水城市,雖然目前制水能耗只占全社會(huì )用電量的1%(如果考慮配水能耗以及污水處理,則城市水系統的總能耗估計可以達到全社會(huì )用電量的4%-5%)17,但隨著(zhù)調水和海水淡化的增加,若水源配置不合理,將會(huì )導致供水系統碳足跡的激增,從而加劇城市發(fā)展與水源供給、能源消耗之間的矛盾。因此,在青島市開(kāi)展城市水源選擇配置中的水資源-能源關(guān)聯(lián)對于青島市的低碳發(fā)展以及其他缺水城市的水資源管理都具有重要的現實(shí)意義。