影響力系列白皮書第七冊本冊白皮書基于多方實證數(shù)據(jù)，深入闡明水與能源作為相互依存的資源的重要意義和價值。該報告著重介紹了具有前技術(shù)，盡管這些技術(shù)在供水行業(yè)和終端用水系得性和良好的投資回報期是顯而易見的。業(yè)轉(zhuǎn)型研究員）和LaurensSpeelman先生（落基山研究所主任）對本文初稿提出的寶貴建議和意見。本文觀點僅代表丹佛斯的立場。其完整性和準(zhǔn)確性不應(yīng)歸責(zé)于任何外部審核人員或?qū)嶓w。judith.neijzen@。水與能源—能效如何實現(xiàn)二者的協(xié)同聯(lián)結(jié)4概要7水與能源的緊密聯(lián)系8水與能源的協(xié)同潛力9應(yīng)對水循環(huán)浪費的三項舉措12忽視能源在水循環(huán)中作用的經(jīng)濟代價13淡水抽取15海水淡化16突破制水瓶頸21無收益水23突破輸配瓶頸27農(nóng)業(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)中心32突破用水需求端瓶頸35第四階段：污水處理與回收利用污水處理37工業(yè)用水回用40突破處理與回用技術(shù)瓶頸43政策建議45參考文獻46解鎖能效>水與能源水資源短缺是當(dāng)今時代的核心挑戰(zhàn)之一，其影響波及全資源需求預(yù)計將超過供應(yīng)量的40%。1目前，全球已有超全球水資源管理面臨的一項重大挑戰(zhàn)與能源問題密切相關(guān)，而其受關(guān)注程度遠(yuǎn)未達到應(yīng)有水平。我們當(dāng)前管理水系統(tǒng)中相關(guān)能源使用的方式既低效又昂貴，造成了遠(yuǎn)超必要范圍的浪費。然而我們卻有辦法改變這一現(xiàn)狀。根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，全球水務(wù)部門的電力消耗占總用電量的4%。3這些能源主要用于水的生產(chǎn)處理、通過但由于該領(lǐng)域長期投資不足，水務(wù)相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施陳若不采取緊急行動解決水與能源系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點管理低效的問題，高收入國家到2050年可能面臨高達8%的GDP損失。4對美國而言，這相當(dāng)于2024年政府支出的近5令人振奮的是，當(dāng)前水務(wù)領(lǐng)域在提升效率、增強韌性和提高經(jīng)濟競爭力方面蘊藏著巨大潛力。許多加劇水危機的結(jié)構(gòu)性因素仍未被公眾充分認(rèn)知：管道持續(xù)滲漏、基礎(chǔ)設(shè)施陳舊以及水系統(tǒng)能耗過高等問題。要修補我們低效漏損的水系統(tǒng)漏洞，我們必須首先修正為管理、保護和發(fā)展這些系統(tǒng)所制定的政策。這需要政府、企業(yè)和民間社會通力合作，共同建設(shè)高效且具韌性的水系統(tǒng)，為更繁榮的未來奠定基礎(chǔ)。這正是本文的核心議題。我們完全可以改變這一現(xiàn)狀。效率、增強韌性和提高市場競爭力無論是在海水淡化、輸配管網(wǎng)、灌溉，還是污水處理領(lǐng)域，均已存在技術(shù)解決方案來提高水循環(huán)各階段的水和能源效率。本報告展示了現(xiàn)有技術(shù)方案效能，并分析水與能源密切關(guān)聯(lián)的戰(zhàn)略意義。本文重點闡述了水循環(huán)中能源消耗的集中領(lǐng)域、減少水能和能源浪費的現(xiàn)有解決方案，以及如何通過有效政策彌合目標(biāo)與實施之間的差本文呼吁政策制定者轉(zhuǎn)變視角—不應(yīng)將水系統(tǒng)和能源視為孤立的挑戰(zhàn)，而應(yīng)將其理解為深度互聯(lián)的系統(tǒng)：一方效率的提升將直接促進另一方效率與韌性的提升。為提升水與能源系統(tǒng)的協(xié)同潛力，我們建議政策制定者在合理利用水資源。最令人振奮的是，所有這些目標(biāo)均可通過現(xiàn)有技術(shù)方案實現(xiàn)。當(dāng)前正是推廣這些方案的關(guān)鍵加速提升工業(yè)競爭力。讓我們即刻行動起來。方行健丹佛斯集團總裁兼首席執(zhí)行官—這解鎖能效>概要1水資源浪費正加劇氣候危機并危及經(jīng)濟韌性當(dāng)前水資源管理的實踐與基礎(chǔ)設(shè)施既存在效率低下問題，亦顯能力不足。到2040年，水務(wù)行業(yè)的能耗預(yù)計將增長一倍以上，而能源行業(yè)的水資源需求可能增加近60%。6若這些系統(tǒng)的能效未能快速提升，經(jīng)濟衰退、氣水系統(tǒng)的韌性。2低效用水正在耗盡全球淡水資源低效技術(shù)與落后工藝導(dǎo)致幾乎所有行業(yè)都以不可持續(xù)的速度消耗水資源。以數(shù)據(jù)中心為例：數(shù)據(jù)處理需求的增長，正同步推高其能源與水資源的消耗量。據(jù)國際能源署估算，當(dāng)前全球數(shù)據(jù)中心年耗水量約5,600億升，到2030年可能增至約1.2萬億升。7這一數(shù)字相當(dāng)于歐盟2022年淡水抽取總量的六倍。8然而，采用閉環(huán)式系統(tǒng)可大幅降低數(shù)據(jù)中心的水資源和能源足跡。9同樣，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也是高耗水行至2040年間，全球仍有40%的半導(dǎo)體制造基地將位于面臨高或極高水資源壓力的地區(qū)。10這是高耗水需求與日益加劇的水資源短缺之間的高風(fēng)險重疊，可能危及工業(yè)生產(chǎn)的韌性。減少可能會導(dǎo)致高收入國家到2050年的GDP下降8%。11就美國而言，GDP的8%相當(dāng)于2024年政府支出的近12低收入國家可能會出現(xiàn)更急劇的10-15%的下降。13盡管如此，很多國家的配送網(wǎng)絡(luò)泄漏正在損失大量處理過的水。在美國，2019年因管道泄漏損失的經(jīng)處理水價值高達76億美元，預(yù)計到2039年這一損失源效率。4水資源短缺與需求增長要求采用更高能效的水資源管理、處理和生產(chǎn)方式（即海水淡化和廢水處理）提高供水量。提升這些流程的能效，對于變頻器這一現(xiàn)有技術(shù)就節(jié)省了大約22%的能源使用量。在全球范圍推廣這一潛力，是滿足日益增長需求的關(guān)鍵所在。解鎖能效>水與能源的緊密聯(lián)系水與能源的緊密聯(lián)系20海洋97.2%冰川2.15%自接受啟蒙教育起，我們便知地球表面約70%被水覆蓋。水資源是我們星球最豐富的資源之一。然而，其中僅極小部分以人類可利用的形式存在。事實水、食品生產(chǎn)、工業(yè)流程和衛(wèi)生設(shè)施至關(guān)重要，確保可靠和充足的淡水供應(yīng)是人類健康、經(jīng)濟競爭力和長期安全的基礎(chǔ)。源供給造成嚴(yán)重影響。核心問題在于地下水?全球生活用水的一半依賴地下年管道泄漏損失了相當(dāng)于價值76億美元的經(jīng)處理水?預(yù)計到2039年將增加到21最后，水資源短缺部分源于水務(wù)行業(yè)自身的能源利用低效問題。全球水務(wù)行業(yè)消耗全球4%的電力，23而這些電力大多來自化石燃料?；剂袭a(chǎn)生的排放進一步加劇氣候變化，繼而引發(fā)更嚴(yán)重的水資源危機。為降低水務(wù)行業(yè)的溫室氣體排放并增強其韌性，決策者必須重點關(guān)注水循環(huán)各環(huán)節(jié)的能源效解鎖能效>水與能源的緊密聯(lián)系020142020●供水*●海水淡化20302035著人口增長與用水需求激增，水務(wù)行業(yè)的能源需求正急劇上升。到2040年，預(yù)計水務(wù)行業(yè)的能耗將會翻番。24能源消耗的增加主要歸因于對污水處理和水務(wù)系統(tǒng)能耗的激增，恰恰顯示了提升能效的關(guān)鍵機遇。通過采用更高效的降低能源成本與排放的同時，顯著增強水系統(tǒng)的韌性。解鎖能效>水與能源系統(tǒng)緊密的內(nèi)在聯(lián)系業(yè)能耗預(yù)計增長一倍以上。280化石燃料●此外，正如能源對水行業(yè)不可或缺，水對能源系統(tǒng)也至關(guān)重要。能源行業(yè)高當(dāng)前，能源系統(tǒng)用水占全球淡水提取量的約14%，成為全球最大的淡水用戶26到2040年，能源生產(chǎn)對水資源的需求可能增長近60%。27圖3顯示了2021年和2030年能源領(lǐng)域按燃料和發(fā)電類型劃分的水資源消耗量。能源系統(tǒng)高度依賴水資源，這造成了重大的脆弱性。在干旱或熱浪期間，冷卻水匱乏，發(fā)電廠可能不得不降低出力甚至關(guān)閉。與此同時，水務(wù)系統(tǒng)在抽水、處理和輸配過程中消耗的能源日益增加。這兩種重要資源之間的相互依賴關(guān)系被稱為水與能源系統(tǒng)的協(xié)同。解鎖能效>水與能源系統(tǒng)緊密的內(nèi)在聯(lián)系要大量的能源輸入，因此給我們的能源系統(tǒng)帶來了巨大水一旦生產(chǎn)出來，必須通過輸送管網(wǎng)才能到達消費者手第三階段是水在各行業(yè)的消耗?尤其是在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和數(shù)據(jù)中心等高需求行業(yè)和用例中。在消耗過程中，加熱、泵送和分散水需要能源，而水也可以用來吸收和傳遞能量，例如在數(shù)據(jù)中心的液體冷卻系統(tǒng)中，或通過區(qū)域能源系統(tǒng)進行空間供暖和制冷。污水通常需要處理，并且在許多情況下具有再利用的潛力。污水處理和回收利用已經(jīng)有非常廣泛的應(yīng)用，但是耗能卻非常高，意味著效率提升可為整個行業(yè)帶來可觀的水資源和能源節(jié)約。這種循環(huán)方法凸顯了將水資源與能源統(tǒng)籌考量，充分認(rèn)識到某一環(huán)節(jié)的效率提升可對整個系統(tǒng)產(chǎn)生積極影響的重要性。解鎖能效>水與能源系統(tǒng)緊密的內(nèi)在聯(lián)系采取以下三項關(guān)鍵行動：在水的輸送過程中，存在著驚人的水資源浪費。目前，我們生產(chǎn)和輸送的水量遠(yuǎn)超實際使用量，其中大部分由于低效的壓力管理和輸配網(wǎng)絡(luò)中老化的基礎(chǔ)設(shè)施導(dǎo)致的泄漏而損失。同樣，提高水處理過程的能源效率可以帶來顯著的能源節(jié)省，減少排放并降低成本。有效管控水資源浪費現(xiàn)象，對減少滿足用水通過應(yīng)用現(xiàn)有高效節(jié)能技術(shù)方案升級水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，并強化監(jiān)測系統(tǒng)部署，可顯著優(yōu)化水循環(huán)全流程運行能效。單位供水能耗可顯著降低，實現(xiàn)同等水量供給。當(dāng)?shù)氐槿o法滿足需求時，需要通過替代方法來供應(yīng)。這意味著使用更高能耗的生產(chǎn)方式，如海水淡化，以及增加污水處理和重復(fù)利用。為了最大限度地減少對能源系統(tǒng)的壓力，這些過程應(yīng)進行優(yōu)化以實現(xiàn)最高效率。解鎖能效>水與能源系統(tǒng)緊密的內(nèi)在聯(lián)系在大多數(shù)情況下，在使用水之前，必須進行取水或者制水?無論通過淡水提取還是海水淡化。雖然水的生產(chǎn)與處理（更多關(guān)于第四階段處理的內(nèi)容詳見第36頁）對于確保其具備適用于不同終端用途的特性是必要的，但這些通常是使用低效設(shè)備的高能耗過程。例如，海水淡化占全球供水行業(yè)所有能源的26%。34隨著水資源短缺的加劇，對淡化的需求也隨之增加。雖然在通過海水淡化生產(chǎn)水之前需要采取許多步驟，但關(guān)注能源效率將使淡化成為確保足夠供水的合理解決方案。本節(jié)介紹提高水生產(chǎn)系統(tǒng)效率以高效供水的關(guān)鍵解決方案，并特別關(guān)注了提高海水淡化這一發(fā)展最快的水生產(chǎn)方法的效率。但在此之前，本節(jié)將討論現(xiàn)有淡水資源管理中的一些常見挑戰(zhàn)。36到203039這些都凸顯了以負(fù)責(zé)任和高效的方式取用淡水的取水過程能耗巨大，但優(yōu)化這些流程存在巨大潛力。例如，地下水抽取占灌溉農(nóng)業(yè)能耗的89%，而僅有40%的灌溉用水來自地下水。灌溉農(nóng)業(yè)的地下水抽取消耗469TWh能源，排放1.92億噸二氧化碳，約占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總只有全速運轉(zhuǎn)或關(guān)閉兩種模式。通常，電機無須全程全速運轉(zhuǎn)，變頻器可通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速以適應(yīng)實際需求，從而實現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。變頻器投資回收期短，通常不超過兩年，41可為驅(qū)動水泵的電機帶來20%至50%的節(jié)能效果。42同時，變頻器還能確保用水量精準(zhǔn)匹配需求。這意味著對稀缺淡水資源的壓力得以減輕。替換老舊變頻器同樣可以實現(xiàn)節(jié)能降耗。英國切特西水務(wù)公司的案例即明證：該公司通過用新型號替換老舊變頻器，優(yōu)化了水泵的運行效率。此舉實現(xiàn)年節(jié)電量超16.8萬kWh，在變頻器生命周期內(nèi)減少二氧化碳排放1,776噸，并為該公用事業(yè)公司節(jié)省超過30萬英鎊的電43此案例表明，應(yīng)用現(xiàn)代驅(qū)動技術(shù)可使現(xiàn)有水基礎(chǔ)設(shè)施效率得到顯著提升。當(dāng)無法以負(fù)責(zé)任和高效的方式取水時，就需要通過現(xiàn)代工藝生產(chǎn)水來滿足需求。盡管技術(shù)不斷進步，但這些過程仍然能耗極高，選擇正確的技術(shù)將對我們的能源系統(tǒng)至關(guān)重要。最有前途的方法之一是通過海水淡化來生產(chǎn)一」C1166225534standards34standards解決水資源短缺問題需要許多地區(qū)采用更為耗能的水生產(chǎn)方式，例如海水淡化。在面臨水資源短缺問題的地區(qū)，已采用海水淡化作為解決方案。中東地區(qū)占全球淡化產(chǎn)能的48%，45淡化占2024年總最終能耗的7%。46到技術(shù)在西班牙和希臘已廣泛采用多年，而且意大利和英國等國家也在擴大其淡化能力，以滿足其淡水需求。因此，聚焦于這些過程中的能源效率，對于減少其對環(huán)境和經(jīng)濟的負(fù)面影響至關(guān)重要。500199019952000近幾十年來，海水淡化已經(jīng)非常高效48，但它仍然是一種能源密集型的滿足水需求的方法。因此，在使用海水淡化以確保穩(wěn)定的供水之前，重要的是減少當(dāng)?shù)嘏渌拖到y(tǒng)中的水損失并降低最終用水量。您可分別在第24頁與全球海水淡化過程的能源需求將從2023年的562TWh49這種增長主要是由中東和非洲驅(qū)動的。到2030年，中東地區(qū)將占全球海水淡化耗能的四分之三以上。因此，選擇最高效的解決方案對當(dāng)?shù)厮Y源與能源安全都至關(guān)重要，而目前從海水生產(chǎn)淡水最高效的技術(shù)是海水反滲透技術(shù)。雖然海水淡化不是提供足夠飲用水的首選方法，但它是非傳統(tǒng)方法中最可靠和最廣泛使用的方法。51如今，海水反滲透技術(shù)提供潔凈安全的飲用水，這可能是面臨水資源短缺的地區(qū)和城市的解決方案。瓶裝水常常成為首選，但這種水確實會帶來環(huán)境影響。52僅瓶裝水運輸?shù)哪芎耐ǔ＞湍苓_到海水反滲透技術(shù)生產(chǎn)水的數(shù)百倍。53隨著更小型、更模塊化和更靈活的淡化系統(tǒng)的興起，水可以在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、裝瓶和配送，從而減少對瓶裝水運輸?shù)男枨蟆＿@些模塊化系統(tǒng)的另一優(yōu)勢在于其可集裝箱化，并能運輸至因干旱等原因突發(fā)缺水的地區(qū)。高壓海水高壓海水海水反滲透工作原理在海水反滲透工藝中，高壓循環(huán)段是最關(guān)鍵且能耗最高的環(huán)節(jié)。海水經(jīng)提取后進入高壓泵，在高壓作用下通過反滲透膜，在此過程中濾除鹽分及其他雜質(zhì)。淡水被收集產(chǎn)出，同時能量回收裝置(ERD)將濃鹽水中殘余的壓力回收，并反饋至壓力循環(huán)系統(tǒng)，從而降低高壓泵的負(fù)海水淡化過程中的能效改裝傳統(tǒng)的淡化設(shè)備可節(jié)省大量成本。然而，盡管近年來海水反滲透技術(shù)的效率顯著提高，但仍有許多傳統(tǒng)的淡化廠運行效率低下。在典型的淡化廠的整個生命周期內(nèi)，75%的運行成本為運營費用(OPEX)。特別是高壓管利用當(dāng)今現(xiàn)有技術(shù)，海水反滲透廠可將能耗降至每立方米2kWh以下（參見第20頁案例“海水反滲透能效世界紀(jì)但在淡化的能源效率方面卻取得了巨大進步。特別是在高壓管路中，能量回收和高壓泵送方面的改進潛力巨能量回收裝置的核心功能是捕獲未通過反滲透膜的濃鹽55同樣，海水反滲透系統(tǒng)中高壓泵的耗電占全部電力成本的80%?即超過總運營成本的三分之一。選擇現(xiàn)有能效最高的高壓泵，從長遠(yuǎn)來看也能產(chǎn)生顯著效益。在許多可行的情況下，與傳統(tǒng)泵相比，高壓泵可降低總能源成本20%-30%，相對較高的初始投資也能較但如果改造升級效益如此顯著，為何仍有大量廠主和運營商未付諸行動？鑒于改裝具有顯著的節(jié)能潛力，人們會認(rèn)為所有采用舊技術(shù)的淡化廠業(yè)主已經(jīng)將舊技術(shù)更對改造效益認(rèn)知不足、不愿率先采用新技術(shù)，以及“未壞不修”的慣性思維都是重要影響因素。但最主要的障礙在于前期投資(CAPEX)和對投資回報周期的顧慮。對部分廠主而言，獲取改造工廠所需的資金存在困難。而對另一些廠主來說，超過一年的投資回收期就會引發(fā)疑慮?即便他們明知改造能夠節(jié)約能源、資金并減少二氧化碳排放。然而，相對較小的前期投資可能對運營成本及總擁有成本產(chǎn)生超比例的影響。然而，并非所有淡化投資決策都以總擁有成本思維為基礎(chǔ)。海水淡化作為靈活性杠桿盡管現(xiàn)代海水反滲透技術(shù)仍屬高能耗工藝，但其能效已取得重大飛躍。但需注意的是，這些系統(tǒng)也可能出現(xiàn)超產(chǎn)現(xiàn)象，即產(chǎn)量超過需求，導(dǎo)致每立方米水的能耗輕微上升。這意味著當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)盈余時?例如日照充足或風(fēng)力強勁?這些電能可被用于制水。然而當(dāng)前的情況是，當(dāng)電網(wǎng)電力過剩時，可再生能源發(fā)電企業(yè)會因可能導(dǎo)致每立方米水電耗增加，但通過確保電力被實際在恰當(dāng)時機超量制水，可成為電力轉(zhuǎn)型中諸多需求側(cè)靈社會節(jié)省高達290億歐元的成本。57如今，水行業(yè)占全球耗電量的4%，58其中包括海水淡化的耗電量。通過海水淡化生產(chǎn)水耗費大量能源，但在水資源短缺時是最佳解決方案。這意味著，在任何水資源必須優(yōu)先關(guān)注任何淡化裝置的長期能效。這正是加那利群島技術(shù)研究所(ITC)的想法，在這里，2024年的實驗性DESALRO2.0淡化廠在海水反滲透(SWRO)的能效方面設(shè)定了新的世界紀(jì)錄。該研究所采用模塊化高壓淡化系統(tǒng)，首次以1.86kWh/m3的能耗突破了生產(chǎn)水的2.0kWh/m3的特定能耗壁壘。實際上，這意味著該裝置的能耗比類似淡化廠的傳統(tǒng)設(shè)計低25%。59DESALRO2.0項目的成功標(biāo)志著海水反滲透技術(shù)在能效提升方面邁出了重要一步。事實上，如果將全球所有現(xiàn)有的淡化廠改裝為以2.0kWh/m3運行，其潛在節(jié)省也是60風(fēng)電場之一的霍恩西1號規(guī)模相當(dāng)?shù)娘L(fēng)電場。?二氧化碳減排：1.11億噸二氧化碳，相當(dāng)于國際航空若將這一潛力應(yīng)用于特定國家現(xiàn)有的海水反滲透基礎(chǔ)設(shè)施，其具體效益將如何呈現(xiàn)？讓我們以西班牙和塞浦路斯為例進行剖析。西班牙目前海水反滲透年產(chǎn)水量為13億立方米。62這占?xì)W洲總產(chǎn)能的78%，年耗電量高達3,514GWh。63其中許多海水反滲透廠屬于老舊高耗能設(shè)施。然而，正如前文所述，通過技術(shù)改造可將海水反滲透能耗降至每立方米2.0kWh，這一潛力適用于所有老舊設(shè)施。改造海水反滲透廠可實現(xiàn)年節(jié)電量966GWh，超過西班牙海水反滲透總耗電量的四分之一。運營方可累計減少1.65億歐元電64同時降低152,654噸二氧化碳當(dāng)量的電力相關(guān)65這不僅惠及運營方的收益；西班牙當(dāng)前正面臨電網(wǎng)擁堵挑戰(zhàn)并承擔(dān)著高昂的限電成本。66這意味著西班牙必須同時加速可再生能源發(fā)電建設(shè)與電網(wǎng)擴建，以應(yīng)對未來的電力需求。然而，作為能源轉(zhuǎn)型全局策略的一部分，投資提升海水反滲透廠的能效，將減少對進一步電網(wǎng)擴張和可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求。換言之，通過充分挖掘現(xiàn)有海水反滲透設(shè)施的改造潛力，西班牙可節(jié)省1,550萬歐元的電網(wǎng)擴建費用，67這些資金可重新用于支持綠色轉(zhuǎn)型。72改造海水反滲透設(shè)施可為逐步淘汰化石燃料水生產(chǎn)是水循環(huán)中能耗最高的階段。特別是，淡化需要大量投資才能達到效率水平，這實際上1制水過程雖能耗密集，卻是應(yīng)對水資源短缺的必要手段全性和環(huán)保責(zé)任?這在公共采購流程中尤為重2淡化廠運營的短期合同抑制了能源效率投資的積極性3人們對現(xiàn)代淡化廠的環(huán)境影響存在過去，淡化主要在熱電廠中進行時，排氣含有高的溫度。這導(dǎo)致公眾一直認(rèn)為，淡化本質(zhì)上對環(huán)可以有效地過濾掉水中的許多非自然元素。73為了解決這一問題，需要有效的信息宣傳活動來引導(dǎo)和教育公眾，并向監(jiān)管機構(gòu)展示淡化技術(shù)的革新對環(huán)境影響的積極發(fā)展。4在多數(shù)國家，薄弱的監(jiān)管未對濃鹽水合規(guī)排放作出嚴(yán)格要求盡管多數(shù)針對濃鹽水排放的水質(zhì)法規(guī)關(guān)注濃鹽水本身的鹽度水平，但忽視了排放后可能對環(huán)境造成的鹽度累積效應(yīng)。74為此，法規(guī)應(yīng)激勵最佳排放實踐，例如將濃鹽水輸送至遠(yuǎn)離海岸、海水環(huán)流活躍的區(qū)域以確保充分稀釋與擴散。具體措施可包括開展環(huán)境評估以確定最佳排放點位。水與能源系統(tǒng)緊密關(guān)系的第二階段是將水從生產(chǎn)商配送給用戶。輸水過程需要消耗能源，且當(dāng)前常使用低效設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施進行分配，導(dǎo)致能源與水資源雙重?fù)p耗。減少浪費有助于準(zhǔn)確反映真實用水需求。本節(jié)將探討當(dāng)前配水管網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)—尤其是全球幾乎所有地區(qū)普遍存在的高比例無收益水現(xiàn)象。接著提出減少水資源與能源浪費的解決方案，包括高效的管網(wǎng)壓力管理以及用于精準(zhǔn)計量和滲漏檢測的數(shù)字化技術(shù)。全球每天有數(shù)百萬升水被提取、生產(chǎn)、處理并配送給各類用戶—包括民用與商用領(lǐng)域。在許多國家，30%至60%經(jīng)過凈化處理的清水在配送至用戶過程中流失且未產(chǎn)生任何收益。75這被稱為無收益水。部分損耗源于計量不準(zhǔn)、計費錯誤甚至非法盜水。甚至存在少量出于消防等特殊用途而主動排放的無收益水。然而，大部分損耗源于配水管網(wǎng)中本可預(yù)防的滲漏。量足以滿足8億人口的需求。77利用現(xiàn)有技術(shù)減少環(huán)境共同受益。無收益水給公用事業(yè)公司帶來巨大財務(wù)損失，使其難以投資于基礎(chǔ)設(shè)施的升級、維修和擴建。這個問題在人口增長且基礎(chǔ)設(shè)施老化的城市地區(qū)尤為突出。它阻礙了城市發(fā)展，并降低了宜居性與可持續(xù)性。無收益水還導(dǎo)致這也意味著，社會因未能減少無收益水而錯失了機遇。例如，減少無收益水將降低本地水資源取用量，并使同一水源能夠服務(wù)更多人口。同樣，由泄漏造成的間接損解決無收益水問題并非易事，且歷來成本高昂，但技術(shù)的飛躍使得在整個配水管網(wǎng)應(yīng)用數(shù)字化解決方案成為可能。這有助于檢測泄漏并以比硬件方案更高的成本效益降低泵水能耗。傳感器、水泵和變頻器等解決方案可減少水損失并提高配水管網(wǎng)的能源效率（參見案例“智些解決方案的數(shù)字化實現(xiàn)了實時監(jiān)控，從而能夠更快地解決方案以減少無收益水。它們每年減少了1,300萬立方81在許多國家/地區(qū)，超過30%經(jīng)處理的自來水在抵達用減少因水體流失造成的泄漏現(xiàn)象與不必要的能源消耗。8384現(xiàn)代科技讓這一目標(biāo)的實現(xiàn)變得前所未有的便捷。數(shù)字傳感器與集中監(jiān)控系統(tǒng)為管網(wǎng)運行狀態(tài)提供了實時可視化監(jiān)測。變頻泵控技術(shù)可根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)水壓，其原理如同溫控器僅按需供熱制冷來調(diào)節(jié)室溫。這種柔性的自適應(yīng)調(diào)控也有助于防止突發(fā)性壓力驟增。這類壓力沖擊可能導(dǎo)致管道破裂、接口松動或閥門損壞，從而引發(fā)代價高昂的泄漏與水損問題。通過逐步調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，變頻器在優(yōu)化能耗的同時，有助于保護基礎(chǔ)設(shè)施并降低維護需求。實施成效顯而易見。以波蘭上西里西亞地區(qū)為例，通過劃分壓力分區(qū)并部署數(shù)字泄漏檢測系統(tǒng)，當(dāng)?shù)匾荒陜?nèi)能耗就降低了12%。85在伊朗北部某服務(wù)超過4.4萬人口的供水系統(tǒng)中，通過實時調(diào)節(jié)水泵輸出來匹配工況，漏損率減少41.7%，能耗下降28.4%。即便是相對簡單的技術(shù)升級也能產(chǎn)生顯著的節(jié)流效益。86借助數(shù)字化工具與智能水泵控制技術(shù)，水務(wù)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)水資源與能源損耗的雙重降低。配水管網(wǎng)是水務(wù)系統(tǒng)中最為老舊的環(huán)節(jié)之一?；A(chǔ)設(shè)施存在滲漏和老化問題，導(dǎo)致水資源流失，游環(huán)節(jié)。不當(dāng)?shù)膲毫芾頃?dǎo)致更嚴(yán)重的水資源浪費，同時也會增加將水輸送給用戶的能耗。由于泄漏或1降低無收益水方面的投資872配水管網(wǎng)中的壓力控制不當(dāng)問題狀態(tài)不佳的管網(wǎng)與基礎(chǔ)設(shè)施需要更高的壓力才能滿足終端用戶的用水需求，而這種壓力控制必須采用變頻與智能傳感等技術(shù)，根據(jù)實際需求精確不必要的高壓，這種高壓往往伴隨著巨大的能源節(jié)水節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的政策環(huán)境。3配水管網(wǎng)數(shù)據(jù)缺失要實現(xiàn)對水壓的精準(zhǔn)調(diào)控，必須具備實時數(shù)據(jù)支撐。該領(lǐng)域數(shù)字化程度較低，意味著難以獲取能大幅節(jié)約能源、水資源及成本的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。為解決這一問題，亟需通過意識提升與政策激勵推動配水管網(wǎng)的數(shù)字化進程。其中需重點關(guān)注先進壓力管理與漏損監(jiān)測技術(shù)，以最大限度地減少并快速識別泄漏，從而降低無收益水及相關(guān)能耗成本。數(shù)字化程度與數(shù)據(jù)可用性的提升，能進一步將低效環(huán)節(jié)定位至流域?qū)用?，從而推動該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。水資源滲透于社會各個領(lǐng)域，無論是農(nóng)作物種植、服裝生產(chǎn)、汽車制造，還是維持生命本身，都離不開水的滋養(yǎng)。然而，盡管水資源短缺與供水安全問題日益嚴(yán)峻，隨著人口增長和新興工業(yè)用途的出現(xiàn)，用水需求仍在持續(xù)攀升。緩解水資源短缺是我們所能采取的最關(guān)鍵的一本節(jié)將聚焦若干高耗能行業(yè)及終端用水領(lǐng)域，這些領(lǐng)域存在巨大的節(jié)水潛力。重點探討農(nóng)業(yè)、工業(yè)和數(shù)據(jù)中心在降低水能與能耗需求方面面臨的挑戰(zhàn)及解決方案。農(nóng)業(yè)是全球最大的用水部門，約占全球淡水取用量的88盡管農(nóng)業(yè)在糧食和資源生產(chǎn)中扮演著至關(guān)重要自然基金會估算，約60%的農(nóng)業(yè)用水被浪費，部分原因在于灌溉系統(tǒng)的滲漏和低效的用水方式。89此外，本世紀(jì)超過半數(shù)的灌溉擴張發(fā)生在本世紀(jì)初就已面臨水資水量仍需增長146%。91不斷增長的灌溉用水需求是一過多種途徑應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。例如，雖然通過戰(zhàn)略性作物選擇和土地利用設(shè)計等方法可以大幅減少灌溉用水，但技術(shù)解決方案也能顯著降低用水量。通過優(yōu)化水耗和能耗，現(xiàn)有創(chuàng)新方法和技術(shù)能夠降低浪費和成本。高效灌溉：實現(xiàn)節(jié)水節(jié)能灌溉是能源密集型作業(yè)，因為需要將水從井或河流等水源抽取出來，并輸送到大面積的農(nóng)田中進行分配。雖然灌溉幾乎總是需要消耗大量能源，但在許多情況下，所用技術(shù)的效率還有很大的提升空間。例如，一項研究估計，通過改進灌溉方法和采用更先進的技術(shù)，與傳統(tǒng)灌溉方法相比，全球用水量最多可減少68%。92此外，通過采用變頻器、智能傳感器和電動泵等更高效的技術(shù)升級灌溉系統(tǒng)，可以顯著降低灌溉所需的能源。根據(jù)不同工況條件，僅使用變頻器就能將灌溉相關(guān)能耗現(xiàn)代灌溉方法通過可控方式直接作用于植物根部，從而減少了蒸發(fā)和徑流造成的水分流失，因此更加節(jié)水。想象一下用軟管全力噴射（即地表灌溉）與使用慢滴灌工除了灌溉方式，升級灌溉技術(shù)也蘊藏著巨大的未開發(fā)潛自柴油泵，而僅有26%來自電動泵。柴油泵的能耗通常是電動泵的兩倍以上，用新型高效電動泵替代柴油泵可網(wǎng)覆蓋有限的更偏遠(yuǎn)地區(qū)，轉(zhuǎn)向電動泵可能尚不可行，但基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)的不斷進步正在提高農(nóng)業(yè)電氣化的溉系統(tǒng)）可能在支持向更高電氣化水平轉(zhuǎn)變方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。歸根結(jié)底，任何解決方案的可行性都將取決于當(dāng)?shù)氐木唧w情況和地理位置。事實上，僅通過實施現(xiàn)有且成熟的灌溉方法和技術(shù)，如今就已能實現(xiàn)顯著的效率提升和排放減少。將增長至24%。全球范圍內(nèi)，工業(yè)用水約占淡水總?cè)∮昧康?5%。96此外，在制造業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域不斷擴張的推動下，預(yù)計到2050年，97工業(yè)和能源用水需求將增長至24%。無論以何種形式存在，水都是工業(yè)生產(chǎn)的基石。無論是用于冷活動每一步的基礎(chǔ)。與能源類似，水是維持工業(yè)運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵資源。但在當(dāng)今環(huán)境下，工業(yè)再也不能將水資源視為理所當(dāng)然。由于能源和水成本的不斷上漲，工業(yè)界被迫重新思考如何在運營中獲取、使用和再利用水。對于在水資源短缺地區(qū)運營的行業(yè)來說，風(fēng)險甚至更大。在2030年至2040年之間的某個時候，全球40%的半導(dǎo)體制造基地將位于面臨高或極高水資源壓力的地區(qū)。98半導(dǎo)體對電動交通、可再生能源以及許多其他對綠色轉(zhuǎn)型至關(guān)重要的行耗水量與日益嚴(yán)重的水資源短缺之間的危險重疊，可能會危及工業(yè)的韌性。其他高耗水行業(yè)也面臨著日益嚴(yán)峻的運營風(fēng)險，例如食品和飲料生產(chǎn)。例如，生產(chǎn)一公斤谷物需要1,644升水，而生產(chǎn)雞蛋需要3,265升水。更耗水的是肉類生產(chǎn)，豬肉99雖然這些水足跡大部分來自牲畜飼料的作物生產(chǎn)，但食品加工本身也消耗了大量水。在生產(chǎn)設(shè)施中，水用于清潔、加熱和烹飪等過程?飲料生產(chǎn)也是如此，一般來說，生產(chǎn)1升啤酒需要4-6升和水管理技術(shù)也可以將這一數(shù)字減少近一半（參見案例無論是生產(chǎn)半導(dǎo)體、牛肉還是啤酒，工業(yè)部門都采用了許多高耗能、高耗水的工藝，這些工藝可以通過更節(jié)能的解決方案進行優(yōu)化。正如第31頁嘉士伯波蘭公司的案先考慮了整體系統(tǒng)效率。飲料生產(chǎn)是高度耗水的流程，嘉士伯波蘭公司正在采取令人矚目的措施來降低啤酒生產(chǎn)過程中的用水量。作為其ESG重點領(lǐng)域“零水浪費”的一部分，嘉士伯波蘭公司正通過系統(tǒng)性方法降低水耗。在波蘭的四家工廠，嘉士伯正持續(xù)加強水回收與再利用、投資節(jié)水設(shè)備、強化用水監(jiān)測以挖掘節(jié)水潛力并檢舉措納入特定員工的績效考核體系。通過綜合實施這些措施，嘉士伯波蘭公司在生產(chǎn)中的水效管理得到了全面提升。自2015年以來，該公司已成功產(chǎn)每升啤酒僅需2.55升水，101顯著優(yōu)于4-6升水的行業(yè)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。102通過持續(xù)優(yōu)化工藝流程，該公司計劃到2030年將水啤比進一步降至2:1。嘉士伯波蘭公司生產(chǎn)每升啤酒耗水2.55升市場標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)每升啤酒耗水4-6升數(shù)據(jù)中心不斷增長的能源需求在圍繞人工智能和數(shù)字技術(shù)崛起的討論中備受關(guān)注，這具有充分的理由：到被討論的是數(shù)據(jù)中心的水足跡。一些數(shù)據(jù)中心的水耗非常高，既有直接用于冷卻服務(wù)器的部分，也有間接通過其消耗大量化石燃料發(fā)電的部分，而化石燃料發(fā)電本身就需要大量的水進行冷卻。全球范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)中心每年消耗5,600億升水，到2030年可能上升到1.2萬億升。103這是2022年歐盟淡水抽取總量的六倍。104提高數(shù)據(jù)中心的冷卻效率對于降低能源和水消耗至關(guān)重要。降低數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的用水和用能需求歷史上，數(shù)據(jù)中心普遍依賴使用空氣冷卻服務(wù)器的系這兩種冷卻技術(shù)都能有效地確保芯片和服務(wù)器的最佳供動力的芯片顯著強大，因此熱密度隨之攀升。簡而言之，在物理空間大致相同的情況下，現(xiàn)在每臺服務(wù)器產(chǎn)生的熱量更多。.功率密度的上升正在將傳統(tǒng)的空氣冷卻方法推向極限。對于依賴大量水的蒸發(fā)冷卻來說，這一挑戰(zhàn)尤其嚴(yán)峻。因此，許多運營商現(xiàn)在轉(zhuǎn)向更高效、更節(jié)水的技術(shù)，例如閉環(huán)芯片級液冷系統(tǒng)。這不僅能使冷水在物理上更靠近熱源（即處理器單元從而提高冷卻效率，而且與傳統(tǒng)的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)相比，液體冷卻系統(tǒng)的耗水量要少得多。直接芯片式液冷系統(tǒng)的能效至少比風(fēng)冷系統(tǒng)高15%。106它們還能更容易地回收和再利用數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的大量廢熱用于其他目的（參見第34頁的案例“液冷技這些過程需要將服務(wù)器機架完全浸沒在非導(dǎo)電冷卻液中數(shù)據(jù)中心液體冷卻是滿足高密度和人工智能驅(qū)動的數(shù)據(jù)中心快速增長需求的最有效方式，同時也能最大限度地減少其對水和能源系統(tǒng)的影響，從而降低對氣候的影響。確定哪種形式的液體冷卻最適合某個特定數(shù)據(jù)中心，將取決于當(dāng)?shù)氐馁Y源可用性、監(jiān)管環(huán)境以及所需的冷卻能力。政策制定者在評估數(shù)據(jù)中心能效表現(xiàn)時，需要重點理解以下幾項核心指標(biāo)：?水利用效率(WUE)是數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)用水量與IT設(shè)備能耗的比值。數(shù)據(jù)中心的水利用效率比值?能源再利用率(ERF)是指數(shù)據(jù)中心值。能源再利用率反映了非數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的熱能?碳利用效率(CUE)是由綠色網(wǎng)格聯(lián)盟制定的指標(biāo)，用于衡量數(shù)據(jù)中心碳排放方面的可持續(xù)性表現(xiàn)。碳利用效率是數(shù)據(jù)中心總能耗產(chǎn)生的二氧化碳排放總量與IT設(shè)備能耗的比值。?可再生能源系數(shù)(REF)代表可再生能源消耗總量與能源消耗總量的比例。與碳利用效率類似，該指標(biāo)有助于理解輸入數(shù)據(jù)中心能源的碳強這些指標(biāo)均可通過建?；?qū)崟r性能評估，應(yīng)用于特定類型或?qū)嶋H數(shù)據(jù)中心的績效評價，有助于量化中DDCDCD現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心高性能處理單元產(chǎn)生的過剩熱量日益增多，這不僅促使運營商采用創(chuàng)新冷卻方法，同時也為滿足其他領(lǐng)域的熱能需求提供了再利用可能。根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，到2030年數(shù)據(jù)中心的余熱可滿足歐洲10%它的工作原理如何？雖然大型數(shù)據(jù)中心的選址通常遠(yuǎn)離城區(qū)，難以有效利用其余熱，但距用戶數(shù)公里范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)中心余熱可滿足300TWh的熱能需求。108例如，英國政府支持的一個項目將利用附近數(shù)據(jù)中心的余熱，為者與城市規(guī)劃者能進行系統(tǒng)化戰(zhàn)略布局，該潛力還可大幅提升。從技術(shù)角度看，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心風(fēng)冷系統(tǒng)需要借助熱泵來收集廢熱并將其提升至可用溫度。而液冷系統(tǒng)可提供更110液冷采用熱導(dǎo)率和熱容遠(yuǎn)超空氣的流體直接從服務(wù)器組件捕獲熱量，使其能以更高溫度離開數(shù)據(jù)中心。這消除了空氣冷卻的熱量損失和溫度限制，使得熱量無需熱泵即可直接適用于低溫區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)。這種余熱再利用不僅效率更高，在經(jīng)濟上也更具合理性。據(jù)國際能源署報告，數(shù)據(jù)中心余熱供應(yīng)區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的成本為每兆瓦熱量19-25萬歐元，而未經(jīng)減排的天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)廠每兆瓦熱量成本超過73萬歐元。111用水需求主要受兩大部門驅(qū)動：農(nóng)業(yè)與工業(yè)。然而，人工智能的興起及相應(yīng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，對日益增長的源需求構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。這些影響首先在地方層面顯現(xiàn)。112要突破這些行業(yè)及終端應(yīng)用領(lǐng)域的障礙，需要融合現(xiàn)代水與能源管理技術(shù)、更高效的設(shè)備以及創(chuàng)新的水資源核算方法。1用水效率未受足夠重視，水資源浪費現(xiàn)象觸目驚心在消費端，水資源浪費現(xiàn)象隨處可見，尤其是在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和數(shù)據(jù)中心等高耗水部門。為解決這保用水效率標(biāo)準(zhǔn)在所有應(yīng)用領(lǐng)域得到貫徹。2水價定價機制是復(fù)雜且備受爭議的3人工智能與數(shù)據(jù)中心可能對區(qū)域水資源韌性構(gòu)成挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)中心擴張及其對能源與水的高需求不會很快停止，數(shù)據(jù)中心的耗水量可能對當(dāng)?shù)厮Y源韌性構(gòu)成挑戰(zhàn)。要解決這一問題，政策制定者必須聚焦數(shù)據(jù)中心最耗水的環(huán)節(jié)：冷卻。純粹出于技術(shù)必要性，向液冷的轉(zhuǎn)型已在進行中，但并非所有液冷形式都同等有效。它們在能源效率、用水效率和環(huán)境風(fēng)險方面存在差異?制定行業(yè)法規(guī)時必須考慮的因素。同樣，對于數(shù)據(jù)中心運營商而言，對現(xiàn)有及未來數(shù)據(jù)中心進行生命周期評估，對于理解其對當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)資源可用性的長期影響至關(guān)重要。4節(jié)水灌溉方法仍未得到充分利用與傳統(tǒng)的地面灌溉相比，滴灌和噴灌系統(tǒng)可以大幅減少耗水量。障礙包括高昂的前期投資成本、安裝技術(shù)能力有限以及缺乏經(jīng)濟激勵措施。然而，盡管需要投資，這些改進后的系統(tǒng)通常運營成本更低，隨著時間的推移，總擁有成本(TCO)也更低。為解決這一問題，政策制定者應(yīng)考慮為投資高效節(jié)水灌溉的農(nóng)民提供財政支持，如補貼、低息貸款或稅收優(yōu)惠。此類機制應(yīng)優(yōu)先支持運營支出和總擁有成本較低的項目。在此階段，污水處理和工業(yè)水回用這兩個領(lǐng)域因其高能耗特性與改善潛力尤為突出。這兩大領(lǐng)域都是實現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)脫碳、提升資源韌性的重要機遇。本節(jié)將聚焦這兩個過程中的挑戰(zhàn)與解決方案。水在使用后往往會受到污染?無論是來自家庭、工業(yè)還是農(nóng)業(yè)。例如，從馬桶沖走的水或從工廠排出的水必須在污水處理廠進行處理，這些水才能安全排放到環(huán)境中或重新利用。泥處理和消毒，每個步驟都需要大量的能源投入。事實上，全球約4%的電力消耗用于供水和污水處理系統(tǒng)，其研究發(fā)現(xiàn)，污水處理廠的能耗可占到市政總電力預(yù)算的30%-40%。此外，電費是污水處理企業(yè)繼人工成本之后的第二大運營開支。114,115這些工廠通常設(shè)備陳舊，采用固定轉(zhuǎn)速設(shè)備且監(jiān)測系統(tǒng)有限，導(dǎo)致能源浪費和工藝效同時降低其對能源系統(tǒng)依賴的關(guān)鍵一步。通過數(shù)字化運營和優(yōu)化過程控制，污水處理廠可以顯著降低能耗和運營成本。例如，安裝變頻器可使電機和水泵根據(jù)實時需求調(diào)整轉(zhuǎn)速，而非以固定速度運行，從而提高整個系統(tǒng)的效率。在將空氣泵入廢水以支持污染物生物降解的曝氣池中，變頻器可使鼓風(fēng)機精確匹配微生物的需氧量，而非持續(xù)全功率運行?；趥鞲衅鞯谋O(jiān)測系統(tǒng)在此發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過提供實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)水泵和鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。116正如馬塞利斯堡廢水處理廠等設(shè)施的實踐所證明的，這些改進不僅降低了能耗，還減少了設(shè)備磨損并延長了資產(chǎn)壽命。實現(xiàn)廢水處理廠的能源中和污水并非僅是廢棄產(chǎn)物?其蘊含大量可利用的嵌入式能源。采用適宜的技術(shù)可實現(xiàn)此類能源的系統(tǒng)化回收。污泥可從污水中分離并泵入消化池。這些消化池會產(chǎn)生沼氣（主要為甲烷隨后可燃燒產(chǎn)熱發(fā)電。在凈化水排放前，可通過熱泵進行冷卻，同時提取余熱供應(yīng)給區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)。因此，污水處理廠具有從能源消費者轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉瓷a(chǎn)者的潛力。鑒于城市與工業(yè)的發(fā)展趨勢，若2006年至2019年的增長118盡管污水處理廠可通過回收有機物中的嵌入能的解決方案?變頻器?可以實現(xiàn)20%-60%的節(jié)電效果。這些節(jié)能效果通過確保原本高能耗的污水處理廠電機僅十億立方米/年耗電量污水025%(VSD)200620072008200920102011201220132014250125在丹麥奧胡斯，由奧胡斯水務(wù)運營的瑪爾麗斯堡污水處理廠展示了數(shù)字化與能源優(yōu)化如何將傳統(tǒng)公用設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉醋越o型系統(tǒng)。在2016年至2021年間，瑪爾麗斯堡污水處理廠持續(xù)實現(xiàn)能源產(chǎn)量超過污水處理能耗的100%。這些盈余能源足以支撐一座20萬人口城市的完整水循環(huán)系統(tǒng)，包括飲用水配送和污水回收處理。通過這種方式，該水務(wù)企業(yè)成功實現(xiàn)了城市水務(wù)服務(wù)與外部能這一成就主要得益于戰(zhàn)略性數(shù)字化與自動化改造，這些改進貢獻了約70%的整體能效提升。全廠電機驅(qū)動設(shè)備共安裝了125臺變頻器，實現(xiàn)了能耗的實時精準(zhǔn)控制。這些變頻器與在線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，持續(xù)提供關(guān)鍵的運行數(shù)據(jù)。這套基礎(chǔ)設(shè)施使工廠的控制系統(tǒng)能夠自動計算設(shè)備的最佳設(shè)定值，確保持續(xù)優(yōu)化性能的同時最大限度除了節(jié)能，瑪爾麗斯堡污水處理廠還凸顯了污水作為熱源的潛力。處理后的污水中的余熱可以被回收并泵入?yún)^(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)，有可能滿足全球10%-15%的住宅供熱需瑪爾麗斯堡污水處理廠的綠色轉(zhuǎn)型為能源生產(chǎn)設(shè)施帶來了可觀的經(jīng)濟效益：投資回收期僅為4.8年。126若在全球范圍內(nèi)推廣，這種方法可能產(chǎn)生變革性影響。為現(xiàn)有及未來的污水處理廠配備先進的能源優(yōu)化技術(shù)，到2030年每年可減少高達3億噸二氧化碳當(dāng)量的排放127—約占?xì)W盟2023年二氧化碳當(dāng)量總排放量的10%。128此外，每年還可節(jié)省約350TWh的能源，129相當(dāng)于德國能源供應(yīng)的約十分之一。130從財務(wù)角度看，在全球污水處理行業(yè)應(yīng)用能源優(yōu)化流程和技術(shù)，每年可節(jié)省高達2,000億歐131瑪爾麗斯堡污水處理廠展示了將數(shù)字技術(shù)與能效解決方可以從能源負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂许g性且經(jīng)濟可行的資產(chǎn)。面對日益嚴(yán)峻的水資源壓力，印度金奈等城市亟需提升關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的水安全與能源效率。印度規(guī)模最大的污水處理廠之一?科亞姆貝杜污水處理廠正全力應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。該廠每日處理高達1.2億升污水，為保障公共衛(wèi)生和保護當(dāng)?shù)厮w發(fā)揮了重要作用。132然而，與許多處理設(shè)施一樣，它也面臨著高耗電問題，尤其是生物處理過程中所需的高能耗鼓風(fēng)機和水泵。過避免過度使用并確保流程控制平穩(wěn)，該解決方案減少了能源浪費并提高了運營可靠性。成果：工廠冷卻和電機控制系統(tǒng)的能耗降低了22%，15年間運營成本減少超過70萬美元，碳足跡也相應(yīng)減少，同時仍能滿足不斷增長的人口所需的處理性能。133從食品飲料到制藥和數(shù)據(jù)中心等各個行業(yè)，水的流向依次便排放，通常含有污染物。考慮到工業(yè)是世界某些地減少用水和回用水的潛在節(jié)約空間是巨大的。如果在輕工業(yè)的所有相關(guān)流程中采用減量和回用方法，用水量可減少50%至75%。這相當(dāng)于6,700萬歐盟家庭的年用水和處理水所需的能源，從而節(jié)省了成本并減少了排放。減量與回用方法優(yōu)化工業(yè)用水需要雙重聚焦：減少水消耗和盡可能回用水。減少工業(yè)用水始于提高能見度。通過更密切地監(jiān)測改進來自運營調(diào)整，通過完善內(nèi)部流程減少不必要的水使用。在其他情況下，安裝流量計、自動泄漏檢測或?qū)崟r傳感器系統(tǒng)等技術(shù)改進可以使用水更加精確。這些工具幫助操作員密切監(jiān)測用水量，發(fā)現(xiàn)低效之處并實時調(diào)措，工業(yè)流程中就能實現(xiàn)高達20%-30%的節(jié)水效果。136回用是指在工業(yè)流程中收集已使用過的水，并對其進行處理，以便再次使用?通常用于不同的、敏感度較低的應(yīng)用。公司不再讓水在單一循環(huán)后離開設(shè)施，而是安裝卻或清潔等質(zhì)量要求適中的操作。這在不影響性能的情蒸餾在內(nèi)的技術(shù)，全球化妝品品牌歐萊雅將其生產(chǎn)過程中的水消耗減少了54%，在2005年至2022年間，將每件成品用水量從0.72升降至0.33升。137高壓泵確保了高效的膜性能，而數(shù)字工具和傳感器則提供了關(guān)于流量、質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性的實時洞察。在許多情況下，回用的水不需要達到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，只需要適合其用途即可。這使得工業(yè)回用不僅更可持續(xù)，而且通常比獲取新水更具成本效益。隨著水資源系統(tǒng)面臨的壓力增大，將回用納入核心工業(yè)運營正成為提升韌性和競爭力的關(guān)鍵戰(zhàn)略。賽米控丹佛斯公司生產(chǎn)用于電動汽車、可再生能源組件及其他先進應(yīng)用的電力電子元件。與許多半導(dǎo)體生產(chǎn)廠中依賴大量超純水，所有這些步驟都會產(chǎn)生廢水。為了確保高效用水，他們將水回用作為資源戰(zhàn)略的關(guān)鍵部為了減少淡水消耗并提高運營韌性，該工廠實施了一個自各個工藝步驟的水經(jīng)過過濾、超濾和反滲透處理，然后根據(jù)質(zhì)量和用途，進入一系列有針對性的回用路徑。切割和研磨過程的濾液被重新用作漂洗水或切割水，部分也用作工藝水。漂洗水回收的排放水用于建筑系統(tǒng)，而濃縮液則用于廢氣凈化系統(tǒng)。此外，反滲透產(chǎn)生的濃縮液被重新用于沖廁和室外景觀灌溉。在反滲透過程中采用了高壓泵，以回收水用于回用或進一步凈化為超純水。對于無法直接使用的水，則導(dǎo)入工廠的超純水生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步最大化現(xiàn)場的用水效率。賽米控丹佛斯的實踐表明，即使在對水質(zhì)要求極高的工業(yè)環(huán)境中，也能在不影響性能的前提下大幅減少淡水使用量。僅在2023年，該工廠就提供了超過12萬立方米的回用水。這大約相當(dāng)于總需求的54%，有助于降低成本、