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Aug 04, 2023

Evaluación global del carbono

Nature Water (2023)Cite este artículo Detalles de las métricas La escasez de agua y el cambio climático son desafíos duales que potencialmente podrían amenazar la seguridad energética. Sin embargo, la gestión integrada del agua y el carbono

Naturaleza Agua (2023)Citar este artículo

Detalles de métricas

La escasez de agua y el cambio climático son desafíos duales que potencialmente podrían amenazar la seguridad energética. Sin embargo, los marcos integrados de gestión de agua y carbono que combinan diversas tecnologías de mitigación de agua y carbono con una alta heterogeneidad espacial están en gran medida subdesarrollados. Aquí construimos un marco global a nivel de unidad para investigar las emisiones de CO2 y la penalización energética debido al despliegue de enfriamiento seco, una estrategia crítica de mitigación del agua, junto con fuentes alternativas de agua y captura y almacenamiento de carbono en escenarios climáticos. Descubrimos que las emisiones de CO2 y la penalización energética de las unidades de refrigeración seca son específicas de la ubicación y el clima (por ejemplo, entre el 1% y el 15% de la producción de energía), lo que a menudo demuestra pérdidas de eficiencia notablemente más rápidas que el aumento de la temperatura, especialmente en el escenario de alto cambio climático. A pesar de las penalizaciones de energía y CO2 asociadas con el tratamiento alternativo del agua y la captura y almacenamiento de carbono, el aumento de la accesibilidad a las aguas residuales y al agua salada ofrece alternativas potenciales al enfriamiento seco para aliviar la escasez de agua, mientras que el almacenamiento de CO2 puede ayudar a mitigar las compensaciones en las emisiones de CO2 asociadas al enfriamiento seco cuando se trata de alternativas. el suministro de agua es insuficiente. Al demostrar un marco de planificación integrador, nuestro estudio destaca la importancia de la planificación integrada del sector eléctrico bajo los desafíos duales interconectados agua-carbono.

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Los datos utilizados para realizar este trabajo se pueden encontrar en Información complementaria. Resultados numéricos para las Figs. 1-5 y los datos ampliados Fig. 1 se proporcionarán con este artículo como datos de origen; cualquier dato adicional que respalde los hallazgos de este estudio está disponible a través de los autores correspondientes previa solicitud. Los datos originales se proporcionan con este documento.

El código informático o algoritmo utilizado para generar los resultados que se informan en el artículo y que son centrales para las afirmaciones principales están disponibles a través de los autores correspondientes previa solicitud.

King, CW, Holman, AS y Webber, ME Sed de energía. Nat. Geociencias. 1, 283–286 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Webster, M., Donohoo, P. y Palmintier, B. Compensaciones entre agua y CO2 en la planificación de la generación de electricidad. Nat. Subir. Cambio 3, 1029–1032 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Sanders, KT Revisión crítica: ¿aguas inexploradas? El futuro del nexo electricidad-agua. Reinar. Ciencia. Tecnología. 49, 51–66 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Liu, Z. y col. Carbon Monitor, un conjunto de datos diarios casi en tiempo real sobre las emisiones globales de CO2 procedentes de la producción de combustibles fósiles y cemento. Ciencia. Datos 7, 392 (2020).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang, C., Zhong, L. y Wang, J. Desacoplamiento entre el uso del agua y el crecimiento de la generación de energía termoeléctrica en China. Nat. Energía 3, 792–799 (2018).

Artículo de Google Scholar

Tidwell, VC, Macknick, J., Zemlick, K., Sanchez, J. & Woldeyesus, T. Transición a una extracción cero de agua dulce en los EE. UU. para la generación termoeléctrica. Aplica. Energía 131, 508–516 (2014).

Artículo de Google Scholar

Siddiqi, A., Kajenthira, A. & DíazAnadónb, L. Uniendo redes de decisiones para la planificación integrada del agua y la energía. Estrategia Energética Rev. 2, 46–58 (2013).

Artículo de Google Scholar

Van Vliet, MTH y cols. Vulnerabilidad del suministro eléctrico estadounidense y europeo al cambio climático. Nat. Subir. Cambio 2, 676–681 (2012).

Artículo de Google Scholar

van Vliet, MTH, Wiberg, D., Leduc, S. & Riahi, K. Vulnerabilidad del sistema de generación de energía y adaptación a los cambios en el clima y los recursos hídricos. Nat. Subir. Cambio 6, 375 (2016).

Artículo de Google Scholar

Wang, Y. et al. Vulnerabilidad de las centrales eléctricas de carbón existentes y planificadas en los países en desarrollo de Asia a los cambios en el clima y los recursos hídricos. Entorno energético. Ciencia. 12, 3164–3181 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

van Vliet, MTH, Vogele, S. & Rubbelke, D. Restricciones de agua en el suministro de energía europeo bajo el cambio climático: impactos en los precios de la electricidad. Reinar. Res. Letón. https://doi.org/10.1088/1748-9326/8/3/035010 (2013).

van Vliet, MTH y cols. Evaluación multimodelo del potencial global de descarga de agua de refrigeración y energía hidroeléctrica bajo el cambio climático. Globo. Reinar. Cambio 40, 156–170 (2016).

Artículo de Google Scholar

Behrens, P., van Vliet, MTH, Nanninga, T., Walsh, B. & Rodrigues, JFD El cambio climático y la vulnerabilidad de la generación de electricidad al estrés hídrico en la Unión Europea. Nat. Energía https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.114 (2017).

Grubert, E., Beach, F. y Webber, M. ¿Puede el cambio de combustible ahorrar agua? Una cuantificación del ciclo de vida del consumo de agua dulce para la electricidad alimentada con carbón y gas natural de Texas. Reinar. Res. Letón. 7, 045801 (2012).

Artículo de Google Scholar

Qin, Y. et al. Sinergias y compensaciones entre calidad del aire, carbono y agua en la industria del gas natural de China. Nat. Sostener. 1, 505–511 (2018).

Artículo de Google Scholar

Johst, M. & Rothstein, B. Reducción del consumo de agua de refrigeración gracias a la inyección de electricidad fotovoltaica y eólica. Renovar. Sust. Energía. Rev. 35, 311–317 (2014).

Artículo de Google Scholar

Macknick, J., Sattler, S., Averyt, K., Clemmer, S. y Rogers, J. Las implicaciones para el agua de la generación de electricidad: uso del agua en los Estados Unidos en función de diferentes vías de electricidad hasta 2050. Environ. Res. Letón. 7, 045803 (2012).

Artículo de Google Scholar

Zhang, C., Anadon, LD, Mo, HP, Zhao, ZN y Liu, Z. Compensación entre agua y carbono en la industria energética del carbón de China. Reinar. Ciencia. Tecnología. 48, 11082-11089 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Macknick, J., Newmark, R., Heath, G. & Hallett, KC Consumo operativo de agua y factores de extracción para tecnologías de generación de electricidad: una revisión de la literatura existente. Reinar. Res. Letón. https://doi.org/10.1088/1748-9326/7/4/045802 (2012).

Jones, E., Qadir, M., van Vliet, MTH, Smakhtin, V. & Kang, SM El estado de la desalinización y la producción de salmuera: una perspectiva global. Ciencia. Medio ambiente total. 657, 1343-1356 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Jones, ER, Vliet, MTH, Qadir, M. & Bierkens, MFP Estimaciones cuadriculadas y a nivel de país de la producción, recolección, tratamiento y reutilización de aguas residuales. Sistema Tierra. Ciencia. Datos 13, 237–254 (2021).

Artículo de Google Scholar

Thorslund, J. & van Vliet, MTH Un conjunto de datos globales de mediciones de salinidad de aguas superficiales y subterráneas de 1980 a 2019. Ciencia. Datos https://doi.org/10.1038/s41597-020-0562-z (2020).

van Vliet, MTH y cols. Escasez mundial de agua, incluida la calidad del agua superficial y la expansión de las tecnologías de agua limpia. Reinar. Res. Letón. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abbfc3 (2021).

Yu, XZ y cols. Mapeo de la investigación sobre la neutralidad de carbono en las EDAR entre 2001 y 2021: un análisis cienciométrico y de visualización. Sostener. Horizontes https://doi.org/10.1016/j.horiz.2022.100022 (2022).

Qin, Y. et al. Flexibilidad e intensidad del uso global del agua. Nat. Sostener. 2, 515–523 (2019).

Artículo de Google Scholar

Ackerman, F. & Fisher, J. ¿Existe un nexo agua-energía en la generación de electricidad? Escenarios a largo plazo para el oeste de Estados Unidos. Energía. Política 59, 235–241 (2013).

Artículo de Google Scholar

Sovacool, BK & Sovacool, KE Prevención de áreas de crisis nacionales de electricidad y agua en los Estados Unidos. Columna. J. Envtl. L. 34, 333 (2009).

Google Académico

Xing, X. y col. Un análisis espacialmente explícito identifica un potencial significativo para la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono en China. Nat. Comunitario. 12, 1-12 (2021).

Artículo de Google Scholar

Sanchez, DL, Nelson, JH, Johnston, J., Mileva, A. & Kammen, DM La biomasa permite la transición a un sistema de energía con emisiones negativas de carbono en todo el oeste de América del Norte. Nat. Subir. Cambio 5, 230–234 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Wanders, N. & Wada, Y. Impactos humanos y climáticos de la sequía hidrológica del siglo XXI. J. hidrol. 526, 208–220 (2014).

Artículo de Google Scholar

Wanders, N., Wada, Y. & Van Lanen, HAJ Sequías hidrológicas globales en el siglo XXI bajo un régimen hidrológico cambiante. Sistema Tierra. Dinámico. 6, 1-15 (2015).

Artículo de Google Scholar

Qin, Y. Usos competitivos del agua a nivel mundial para alimentos y energía. Reinar. Res. Letón. 16, 064091 (2021).

Artículo de Google Scholar

Vorosmarty, CJ, Green, P., Salisbury, J. & Lammers, RB Recursos hídricos globales: vulnerabilidad al cambio climático y crecimiento demográfico. Ciencia 289, 284–288 (2000).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Wei, YM y cols. Una propuesta de diseño global de captura y almacenamiento de carbono en línea con un objetivo climático de 2 °C. Nat. Subir. Cambio 11, 112–118 (2021).

Irannezhad, M., Ahmadi, B., Liu, J., Chen, D. & Matthews, JH Seguridad hídrica global: una estrella brillante en el cielo oscuro para lograr los objetivos de desarrollo sostenible. Sostener. Horizontes https://doi.org/10.1016/j.horiz.2021.100005 (2022).

Tong, D. y col. Las emisiones comprometidas de la infraestructura energética existente ponen en peligro el objetivo climático de 1,5 °C. Naturaleza 572, 373–377 (2019).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Base de datos mundial de plantas de energía eléctrica (WEPP), versión 2017 (S&P Global Commodity Insights, 2018); https://www.platts.com/products/world-electric-power-plants-database.

Zhang, C., Zhong, L., Fu, X., Wang, J. y Wu, Z. Revelando el estrés hídrico de la industria de energía térmica en China basado en un inventario de consumo y extracción de agua de alta resolución espacial. Reinar. Ciencia. Tecnología. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b05374 (2016).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Spang, ES, Moomaw, WR, Gallagher, KS, Kirshen, PH & Marks, DH El consumo de agua para la producción de energía: una comparación internacional. Reinar. Res. Letón. 9, 105002 (2014).

Artículo de Google Scholar

Delgado, A. & Herzog, HJ Un modelo simple para ayudar a comprender el uso del agua en las centrales eléctricas. Iniciativa Energética del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Hoja de trabajo. (2012).

Fricko, O. y col. Implicaciones del uso del agua en el sector energético de una política climática de 2 °C. Reinar. Res. Letón. 11.034011 (2016).

Sutanudjaja, EH et al. PCR-GLOBWB 2: un modelo global de recursos hidrológicos y hídricos de 5 minutos de arco. Geociencias. Desarrollo de modelos. 11, 2429–2453 (2018).

Artículo de Google Scholar

Bosmans, J. y col. FutureStreams, un conjunto de datos global sobre el caudal futuro y la temperatura del agua. Ciencia. Datos https://doi.org/10.1038/s41597-022-01410-6 (2022).

van Beek, LPH, Eikelboom, T., van Vliet, MTH y Bierkens, MFP Un modelo basado físicamente de la temperatura global de la superficie del agua dulce. Recurso Acuático. Res. 48, W09530 (2012).

Artículo de Google Scholar

Wanders, N., van Vliet, MTH, Wada, Y., Bierkens, MFP y van Beek, LPH Modelado de la temperatura global del agua de alta resolución. Recurso Acuático. Res. 55, 2760–2778 (2019).

Artículo de Google Scholar

Documento de Desarrollo Técnico del Reglamento Final de Estructuras de Toma de Agua de Refrigeración para Nuevas Instalaciones. División de Análisis e Ingeniería de la Oficina de Ciencia y Tecnología de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA, 2001).

Barbarroja, V. et al. Amenazas del calentamiento global para los peces de agua dulce del mundo. Nat. Comunitario. 12, 1701 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Oki, T. & Kanae, S. Ciclos hidrológicos globales y recursos hídricos mundiales. Ciencia 313, 1068–1072 (2006).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Baines, S., Wright, A., Lashko, E. y Robertson, H. Catálogo de recursos de almacenamiento de CO2: ciclo 2. 10365GLOB-Rep-02-03 (Global CCS Institute, 2021).

Buscheck, TA y cols. Combinación de extracción de salmuera, desalinización y reinyección de salmuera residual con almacenamiento de CO2 en formaciones salinas: implicaciones para la gestión de la presión, la capacidad y la mitigación de riesgos. Energy Procedia 4, 4283–4290 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

González-Nicolás, A. et al. Gestión de la presión mediante extracción de salmuera en el almacenamiento geológico de CO2: estrategias de optimización adaptativa en condiciones de yacimiento mal caracterizadas. En t. J. Greenh. Control de gas 83, 176–185 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Breunig, HM y cols. Evaluación de la gestión de salmuera para el secuestro de carbono geológico (Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, División de Tecnologías de Energía Ambiental, Grupo de Medio Ambiente Interior, 2013).

Datos gratuitos de mapas vectoriales y rasterizados. Tierra natural https://www.naturalearthdata.com/ (2022).

Descargar referencias

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (subvención 72140003 a CH, subvención 42277482 a YQ, subvención 42130708 y subvención 42277087 a CH). CH agradece el apoyo de los fondos iniciales de investigación científica (QD2021030C) de la Escuela Internacional de Graduados Tsinghua Shenzhen. JMB fue financiado por las Innovaciones de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en el Nexo de los Sistemas de Alimentos, Energía y Agua (subvención INFEWS 1739909) y la Práctica Nacional de Investigación (subvención NRT 1922666) y las Tecnologías de Emisiones Negativas y Net-Zero de la Fundación Alfred P. Sloan. programa (subvención 2020–12,466). GH reconoce el apoyo de la Iniciativa Energética Global de la Fundación ClimateWorks (no. 23-2515). JB en RU fue financiado por la Organización Holandesa para la Investigación Científica (NWO), subvención número 016.Vici.170.190.

Laboratorio Clave de Ciencias del Agua y los Sedimentos, Ministerio de Educación, Universidad de Pekín, Beijing, China

yueqin

Facultad de Ingeniería y Ciencias Ambientales, Universidad de Pekín, Beijing, China

Yue Qin, Shiyu Li y Liangdian Huang

Instituto de Neutralidad de Carbono, Universidad de Pekín, Beijing, China

Yue Qin y Hang Deng

División de Ciencias Ambientales e Instituto de Ciencias del Cambio Climático, Laboratorio Nacional Oak Ridge, Oak Ridge, TN, EE. UU.

Yaoping Wang

Facultad de Ingeniería, Universidad de Pekín, Beijing, China

colgar deng

Departamento de Geografía Física, Universidad de Utrecht, Utrecht, Países Bajos

Niko vaga

Departamento de Ciencias Ambientales, Universidad de Radboud, Nijmegen, Países Bajos

Joyce Bosmans

Laboratorio clave de Shenzhen de remediación ecológica y secuestro de carbono, Instituto de Medio Ambiente y Ecología, Escuela Internacional de Graduados Tsinghua Shenzhen, Universidad de Tsinghua, Shenzhen, China

Chaopeng Hong

Laboratorio Estatal de Protección Ambiental Clave de Fuentes y Control del Complejo de Contaminación del Aire, Beijing, China

Chaopeng Hong

Instituto Internacional de Análisis de Sistemas Aplicados (IIASA), Laxenburg, Austria

Edward Byers

Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Geodésica, Universidad Estatal de Ohio, Columbus, OH, EE. UU.

Daniel Gingerich y Jeffrey M. Bielicki

Departamento de Ingeniería de Sistemas Integrados, Universidad Estatal de Ohio, Columbus, OH, EE. UU.

Daniel Gingerich

Instituto de Sostenibilidad, Universidad Estatal de Ohio, Columbus, OH, EE. UU.

Daniel Gingerich y Jeffrey M. Bielicki

Facultad de Asuntos Públicos John Glenn, Universidad Estatal de Ohio, Columbus, OH, EE. UU.

Jeffrey M. Bielicki

Departamento de Tecnología y Sociedad, Stony Brook University, Stony Brook, Nueva York, EE. UU.

pandilla él

Escuela Marxe de Asuntos Públicos e Internacionales, Baruch College, City University of New York, Nueva York, NY, EE. UU.

pandilla él

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YQ y CH diseñaron este estudio, YQ, YW, SL, HD, NW, JB, LH y CH analizaron los datos, YQ, EB, DG, JMB y GH escribieron el artículo con aportes de todos los coautores.

Correspondencia a Yue Qin o Chaopeng Hong.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Water agradece a Vincent Tidwell, Kelly Sanders y los demás revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

(a) Exposición de flotas de refrigeración seca a nivel unitario con diferentes tipos de motores a la temperatura ambiente mensual, y sus correspondientes respuestas a la pérdida de eficiencia de la turbina y la temperatura. n representa tamaños de muestra. Se muestran la media (punto blanco), los percentiles 25 y 75 (cuadro) y los percentiles 10 y 90 (líneas horizontales negras cortas superior e inferior), y los mínimos y máximos se indican mediante el rango del gráfico del violín. La mayoría de las unidades térmicas están expuestas a temperatura ambiente, ya sea por encima de su punto estacionario (por ejemplo, vapor combustible) o entre los puntos estacionarios mínimo y máximo (como se define en la Tabla complementaria 1), por lo que en su mayoría demuestran aumentos no lineales en la pérdida de eficiencia de la turbina con temperatura creciente. b) Participación relativa de diferentes tipos de motores de refrigeración seca, en la que predomina el vapor combustible. (c) Tasas crecientes relativas entre las pérdidas de eficiencia de la turbina a nivel unitario y la temperatura ambiente (Tas), que ilustran aumentos más rápidos en la pérdida de eficiencia de la turbina que la temperatura ambiente para diferentes tipos de motores de enfriamiento seco. (d) Las pendientes y la regresión lineal correspondiente para flotas de enfriamiento seco agregadas bajo diferentes escenarios de RCP en el texto principal, Fig. 4c, el intervalo de confianza superior e inferior del 95% indican el percentil 97,5 y 2,5, respectivamente. (e) Tasas crecientes relativas entre las pérdidas de eficiencia agregadas y la temperatura ambiente correspondiente (Tas).

Datos fuente

Notas complementarias, Figs. 1–23 y Tablas 1–3.

Capacidad de generación de refrigeración seca específica por edad.

Coordenadas geográficas a nivel de unidad, extracción de agua evitada, aumento de las emisiones de CO2, aumento de las pérdidas de eficiencia y aumento de las emisiones de CO2 por extracción de agua evitada para las unidades de refrigeración secas en comparación con la refrigeración de agua dulce de un solo paso.

Participación de la capacidad de generación para unidades de enfriamiento seco con diferentes niveles de pérdidas de eficiencia por combustible, región y temporadas.

Temperatura ambiente, pérdida de eficiencia y Δpérdida de eficiencia/ΔTas específicas del modelo en diferentes escenarios de RCP, junto con factores de escala a nivel de unidad para tres RCP.

Pérdida de eficiencia a nivel unitario, RWA y CCS.

Exposición a la temperatura ambiente específica del combustible; Regresión estadística entre temperatura y pérdida de eficiencia.

Springer Nature o su licenciante (por ejemplo, una sociedad u otro socio) posee los derechos exclusivos de este artículo en virtud de un acuerdo de publicación con los autores u otros titulares de derechos; El autoarchivo por parte del autor de la versión manuscrita aceptada de este artículo se rige únicamente por los términos de dicho acuerdo de publicación y la ley aplicable.

Reimpresiones y permisos

Qin, Y., Wang, Y., Li, S. et al. Evaluación global de la compensación entre carbono y agua del enfriamiento seco para la generación de energía térmica. Agua Natural (2023). https://doi.org/10.1038/s44221-023-00120-6

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Recibido: 07 de febrero de 2023

Aceptado: 13 de julio de 2023

Publicado: 07 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s44221-023-00120-6

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