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題目：Energy consumption for water use cycles in different countries: A review
作者：Muhammad Wakeel, Bin Chen, Tasawar Hayat, Ahmed Alsaedi, Bashir Ahmad
主要作者單位：State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
期刊：Applied Energy
發表時間：2016.6
本文綜述了水系統各環節能耗的研究進展。
作者主要關注5個環節，即取水和運輸、原水處理與供應、終端用水、污水收集與處理以及出水排放和循環再用。作者羅列了不同區域各環節的能耗強度，同時通過綜述發現，供水以及污水處理在全球尺度上都是能源密集型的，同時，水系統的能耗強度會因為技術、地理以及人口因素而產生不同。
從方法學角度，作者總結提出目前研究水系統能耗的主要方法學有3類，即bottom-up模型，top-down模型以及hybrid模型，這與目前研究能耗的方法學總體上一致。
在綜述之後，作者針對水系統能耗提出了一些政策建議與未來研究方向，如非常規水源、農業節水政策、供水泄露管控、污水資源回收等，這一部分的討論相對比較寬泛。
在文章開始，作者就對水系統不同階段的能耗做了識別，如圖1所示：
圖1 水系統不同階段的能耗
接下來，作者針對5個主要環節進行分析。
第一個環節取水和運輸中，作者針對地下水與地表水分別進行能耗強度說明。首先從兩類水源來看，地下水的能耗有明顯的地區差別，這主要由地形、深度、體積、技術等多方面因素導致。對於地表水，能耗主要取決於距離、管徑以及摩擦等因素，對於那些遠離水源地的地區來說，地表水取水的能耗會非常大。通過比較，很多研究都發現，地下水取用的直接能耗高於地表水。
第二個環節原水處理與供應，該過程在全球範圍內都是能源密集的。由於地表水含有更多的TDS，因此地表水相較地下水，處理能耗更高。同時，原水處理與供應的能耗還取決於水質、技術、地理條件、設施的使用時間等。作者也對各國的供水噸水電耗進行了統計，如圖2所示。
圖2 各國城市供水噸水電耗
第三個終端用水中，作者提出家庭、工業以及商業用水的能耗相較其他環節更高，同時重點分析了與家庭用水相關的能耗。但是作者也發現，相較其他環節，由於缺少明確的系統邊界以及足夠的信息，終端用水電耗的研究相對較少。
第四個污水處理與收集中，作者將污水處理分為4個階段，收集、一級處理、二級處理、三級處理，同時針對這些環節進行綜述。作者也對各個國家的平均噸水處理電耗進行了總結，如圖3所示。
圖3 各國污水處理平均噸水電耗
第五個出水排放與循環再用環節，作者討論了常規排放以及污水再生、循環再用的能耗強度。但是，作者在這一部分涉及的數據主要集中在澳大利亞，參考性不是太強。筆者認為，由於循環再用可能成為未來水系統主要的能耗環節之一，因此也是未來研究的重點方向。
在方法學的討論上，作者介紹了3類模型以及相應的文章。
第一類bottom-up模型基於過程，其主要方法為全生命周期法。目前，該方法被廣泛用於識別水系統的能耗以及環境負擔，尤其是污水處理過程。但是，這類方法對於數據的完整性要求較高。
第二類top-down模型廣泛運用於水能耦合中，用來計算水系統能耗以及能源系統水耗，常用方法為投入產出法。雖然該方法有效地綜合了不同維度的水能關係，但是由於該方法是基於貨幣價值，同時部門內部區分不細，因此最後的結果會受到價格以及部門間的同質性的影響。
第三類hybrid模型結合了bottom-up以及top-down模型，使得研究者在分析具體環節基礎上，同時考慮系統實際的物質流動。目前hybrid模型主要有如下方法：基於過程的（process-based）綜合LCA法，基於經濟部門IO的綜合LCA法以及基於IO的過程分析法，這些方法學也都有相應的文章進行了運用。
最後在討論部分中，作者提出如下要點。
首先，本綜述不同於先前的綜述，由於之前的文章通常關注特定的城市、國家以及環節，本文關注了整個水系統的能耗，邊界更寬。同時，本文也識別了水系統中能耗密集的部門，進行了國際間部門能耗的比較，方便後續針對性的優化及對先進國家經驗的借鑒。此外，水系統也可以納入non-conventional water，其包括雨水、灰水等，這部分分散式水源的引入，可能在今後有效降低總能耗。
本文作為綜述研究，明確了水系統中涉及能耗的主要環節，同時對各環節能耗進行了數據整理與國際間比較。此外，在方法學上的說明也概括得較為完整，為今後無論是整個水系統還是單個環節的能耗計算提供了指導。後續的討論和政策分析雖然涉及問題較多，但都為後續的能耗研究提供參考方向。例如作者提出終端用水能耗目前文獻較少，但鑒於其高能耗，未來的研究必不可少。
本文的局限性可能在於國際間比較停留於現象描述和數據提供，對於技術的比較、年際的比較、處理水量的比較不太充分，可以後續繼續進行研究。
綜上所述，筆者認為，未來有關水系統的能耗可以著眼於特定環節的能耗識別，進行更為深入的國際間比較，同時，也可以對特定區域，進行針對性的水系統環節能耗計算與分析，看不同環節的能耗差別，建立相應的管理節能措施。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261916308893
