严峻的工业用水挑战

自然水资源影响着工业用水管理

作者:Hans-Jürgen Bittermann 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:24 发布时间:2019-03-20
水资源和污水净化处理企业面临着巨大的挑战,需要持续地按照人口、结构和气候变化调整自己现有的系统和设施,2018年夏天就是对德国水利基础设施承受能力的极大考验。
严峻的工业用水挑战

柏林市政企业协会VKU的主要负责人Katherina Reiche女士在2018年9月的柏林水利基础设施大会上强调指出:“今年夏天将是对水利基础设施的承受能力最大的考验,人口、气候、不断改变的法律法规和数字化技术的发展,都对水利行业的企业提出了必须直面的新挑战。”面对复杂的林林总总,地下的供水输水基础设施也必须适应新挑战的要求。正如DVGW德国燃气与水工业协会的主席Gerald Linke先生所说的那样,水利基础设施的长期投资情况仍然十分棘手。

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当然德国并不缺水,公共饮用水供应单位总共使用了可用地下水和地表水(按照VKU协会的统计是1 880亿m3)的3 %不到。因此即使在长期的干旱期间,德国的饮用水供应也并没有出现问题,顶多只是个别地区的公共事业供水公司提出了节约用水的要求。

2017年,绿党联盟90议会小组成员向德国政府提供统计报告。2013年取用的水资源大约为250亿m3,相当于可再生水资源的13.3 %。用水大户多是一些电力生产企业,消耗水13.6亿m3,占可用水资源总供水量的7.2%。采矿和制造业消耗了61亿m3(3.2 %)。令人惊讶的是,农业灌溉消耗的最少,只有3亿m3(0.2 %)。

所消耗的水是从哪里来的?2013年制造业所需水量的79 %直接来自大自然,主要是地下水、泉水、地面水以及河流。其余的21 %则由自来水公司或者其他水资源、水处理企业提供。

在过去20年里,所有地区的用水量都有明显减少。具体而言,1991年以来能源、采矿和制造业的取水量下降了45%。目前德国联邦环境部正在研究,在进一步扩大可再生水利用的情况下,减少能源供应领域中的用水量。

联邦政府的专家认为,在今后几年时间里,工业企业将继续贯彻落实综合性的废水回收措施,更高效的冷却系统也将减少用水需求,降低水的热负荷。因此,原则上德国工业企业对水资源的需求量呈下降趋势。

消耗巨大的冷却水

制造业用水总量中77 %是冷却水,尤其德国的火力发电厂会消耗大量的河水。将来还会有足够的水吗?2003年和2006年干旱的夏季使得当年火力发电承受着巨大的压力,整个欧洲超过30座核电站都在2003年夏季被迫削减了它们的发电量。以德国伊萨尔和莱茵河上的发电厂为例,2006年,威悉河和易北河畔的火力发电厂也因缺少冷却水而限产。在这些炎热干旱的年度中,主管水务局不得不发出特赦令,为确保电力供应允许发电厂多消耗一些水。

欧洲的其他国家也在炎热干旱的季节遇到了一些瓶颈。2017年,荷兰相关部门在《自然能源》杂志上报道说,由于缺水问题严重,南欧的发电厂不再能够全力运行。来自海牙莱顿大学的Paul Behrens工作组检查了818个水系中的1 300多座发电厂,在所检测的所有地区中,2014年有47个地区的发电量减产。尤其是地中海地区,长期以来一直受到干旱的困扰。

此外,东欧也受到了一定的影响,2015年的热浪导致波兰电厂的发电量下降。科学家们认为,到2030年时,缺水问题将会进一步恶化。他们预测将会有54条河流和水系将会受到干旱的影响。

如果因为高温和干旱,发电厂不能有效冷却发电过程产生的热量,就不能让发电设备高效地运转,从而影响到发电厂的发电能力。但在低水位、高水温时却可以利用水法规则进行调节。

为解决问题,联邦政府已经制定了专项资金资助计划,例如在钢铁工业领域中,利用综合性脱盐技术有效地循环使用冷却水。这一项目的目标是将钢铁工业冷却水的消耗量减少一半,实现钢铁生产基地平均节约水高达800 000m3/a的目标。

结语

德国水利基础设施成功通过了2018年夏季创纪录的承受能力的考验,但这并不是发放给未来的“考试合格证”,水利基础设施是一个宝贵的资源,这一资源也必须不断地进行维护和现代化改造。据柏林市政企业协会VKU报道,未来几年75 %的市政给水供水公司的投资将提高 它们在基础设施方面的投资。

另一方面,从长期发展的趋势来看冷却水需求的增长呈现放缓的趋势。由于能源转型,火力发电厂在能源系统中的重要性正在逐步降低,夏季电力短缺的可能性不大。然而,在某些仍然依赖火力发电的地区则可能会受到影响。