Water–Energy–Carbon Nexus Modeling for Urban Water Systems: System Dynamics Approach

水能关系 环境科学 Nexus(标准) 用水 温室气体 能源消耗 环境工程 碳纤维 系统动力学 计算机科学 工程类 生物 复合数 电气工程 生态学 嵌入式系统 人工智能 算法
作者
Gyan Chhipi‐Shrestha,Kasun Hewage,Rehan Sadiq
出处
期刊:Journal of Water Resources Planning and Management [American Society of Civil Engineers]
卷期号:143 (6) 被引量:117
标识
DOI:10.1061/(asce)wr.1943-5452.0000765
摘要

A comprehensive water-energy-carbon (WEC) nexus model for an urban water system (UWS) using system dynamics is proposed to assist municipalities, urban developers, and policy makers for neighborhood water planning and management. The proposed model and decision support tool was developed for the operational phase of UWSs. The model was validated using historical water and energy consumption data (2005–2014) of Penticton (British Columbia, Canada). Spearman's correlation coefficients between water and energy, water and carbon, and energy and carbon were 0.94, 0.89, and 0.83, respectively, revealing highly significant interconnections. The energy for water was 11.1 MWh/ML, water for energy was 6,512 L/MWh, and carbon emissions were 124.4 kg CO2e/MWh from energy use and 120.8 kg CO2e/ML from wastewater processes. A Monte Carlo–based sensitivity analysis showed residential outdoor irrigation and water heating energy for showers and dishwashers have higher contribution to model variability. The intervention analysis reveals significant differences in savings in water, energy, and carbon for various water and energy-based interventions in UWSs and the developed tool is well capable for analyzing these dynamic savings.

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