Soluciones sostenibles de agua generan energía con nueva tecnología para válvulas de control

Dec 11, 2023

Para 2.2 millones de personas en Houston, los impactos de la pérdida de energía a fines de 2022 aún están frescos en sus mentes. De repente, frente a la falta de agua limpia, la gente en todas partes encendió sus estufas para hervir agua. Los cortes de energía ya no sorprenden. Hubo una falla similar en la red en Houston en 2021, donde 4,5 millones de personas se vieron afectadas por la escasez de agua, energía, calefacción y alimentos y más de 240 murieron. Los cortes de energía son comunes. No es solo una preocupación para los tejanos, las redes eléctricas en todo el mundo están estresadas y no son confiables.

Para muchos, los pensamientos sobre agua limpia y energía confiable generan otras preocupaciones. La desafortunada combinación de fuentes de energía poco confiables y clima impredecible, incluidas tormentas, sequías, inundaciones, incendios forestales y otras alteraciones climáticas, mantiene despiertos a los gerentes de servicios públicos, ingenieros y socorristas. Todos conducen a escasez de agua, agua contaminada y fallas colosales en la infraestructura del agua.

Es posible hacer grandes avances en la creación de programas que aborden todos estos problemas al mismo tiempo. Aquí hay una solución que sirve para múltiples funciones.

La solución se encuentra en el nexo entre el agua y la energía en un sistema que proporciona un suministro confiable de agua potable segura y limpia a la vez que es más eficiente, productivo y sostenible. Ahorrar agua, descarbonizar, minimizar las interrupciones y generar dinero para reinvertir y mejorar la infraestructura ahora se puede hacer con una instalación simple que podría ser financiada en gran parte por el gobierno.

El agua es poder: consume energía y la crea al mismo tiempo. El proceso de bombeo, tratamiento y distribución del agua y las aguas residuales de Estados Unidos representa el 6% del consumo de energía del país, contribuye con el 5% de sus emisiones de carbono y el 40% del presupuesto de una empresa de servicios públicos. Toda esta energía se consume para accionar bombas, tratar el agua y distribuir el agua a los usuarios. A medida que aumentan los costos de la electricidad, el costo de estos procesos pesa mucho sobre la industria y sus usuarios.

Incluso cuando los proveedores de agua inician esfuerzos de conservación, la infraestructura defectuosa limita su eficacia. Estados Unidos pierde el 17% de su agua tratada, llamada agua no facturada (NRW), debido a sistemas de distribución fracturados. El Banco Mundial estima que las líneas de distribución rotas liberan 8,6 billones de galones de NRW al año.

Los sistemas globales de distribución de agua destacan la naturaleza interconectada de los recursos energéticos y hídricos. El término industrial utilizado para describir esta interconectividad es el nexo de agua y energía.

Las redes de distribución de agua dependen de la energía de la red rica en combustibles fósiles para operar y contribuyen directamente a la escasez de agua debido al carbono innecesario que agregan a la atmósfera en el proceso de tratamiento, bombeo y suministro de agua a sus usuarios.

Hay innovación en los sectores del agua y las aguas residuales. En los últimos años, académicos, empresarios e innovadores del agua han trabajado juntos para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de la industria.

A medida que aumentan los costos de la energía, el cambio climático y la pérdida de agua afectan cada vez más los sistemas de agua y aguas residuales.

La recuperación de energía que integra válvulas de control con tecnología microhidráulica permite que la propia distribución de agua sea la solución para cada uno de estos enormes desafíos. Los avances recientes en la tecnología de microturbinas hidráulicas permiten a los innovadores del agua aprovechar la presión desperdiciada emitida por las válvulas de control. Al aprovechar los diferenciales de flujo y presión existentes, esta solución recupera la energía desperdiciada de las tuberías presurizadas para devolver cantidades notables de electricidad a la red local. Esta electricidad generada se puede utilizar para ahorrar dinero que se puede reinvertir en operaciones, ahorrar agua y reducir las emisiones de carbono. También proporciona lo que más necesita la industria a medida que se moderniza: datos en tiempo real sobre el flujo y la presión que son esenciales para el control de pérdidas de agua. Ahora, los proveedores de agua pueden analizar los datos de presión para identificar problemas dentro de zonas de distribución específicas (áreas de medición del distrito) antes de que experimenten fugas y roturas principales.

Es un sistema de alerta temprana para los operadores. Se estima que hay 2 millones de válvulas de control en los EE. UU. y 5,7 millones en todo el mundo. El despliegue de sistemas de recuperación de energía microhidroeléctrica en conducto en los EE. UU. compensaría 290 millones de toneladas métricas de CO2 al año en los EE. UU. y 1,75 gigatoneladas en todo el mundo.

Hay algunas buenas noticias. Para las empresas de servicios públicos de agua de EE. UU. que se centran en la descarbonización, hay fondos federales disponibles. La Agencia de Protección Ambiental (EPA), el Departamento de Energía (DOE) y el Servicio de Impuestos Internos (IRS) tienen fondos disponibles que benefician a las ciudades y los servicios públicos de agua. El financiamiento de programas como la Ley de Reducción de la Inflación ahora incluye una opción de pago directo para entidades exentas de impuestos. Como resultado, las empresas de servicios públicos ahora pueden proporcionar fondos para los programas de pérdida de agua y pagarlos a través de fondos federales cuando se combinan con la generación de energía a partir de sistemas de recuperación de energía.

Los productos de generación de energía son tecnología probada. En los EE. UU., las plantas de generación microhidroeléctrica en conducto ya están produciendo energía renovable, aliviando los costos de energía y rastreando el flujo de distribución y los datos de presión. El simple hecho de reemplazar las válvulas reguladoras de presión tradicionales o las válvulas de control con sistemas de recuperación de energía proporciona a estas entidades los controles necesarios con las funciones adicionales de producción de energía y datos de zona de presión para detectar líneas de distribución defectuosas.

El Distrito de Servicios Públicos de Hillsboro (PUD) sirve a 112,000 residentes fuera de Portland, Oregón. El distrito sirve a la ciudad de Hillsboro, que estableció una meta de sustentabilidad para reducir el consumo de energía por pie cuadrado de la ciudad en un 60 %. Tomando este objetivo en serio, el distrito se asoció con un proveedor de energía para instalar un sistema de recuperación de energía en una de sus instalaciones de reducción de presión. Este proyecto ha estado funcionando sin incidentes desde julio de 2020. Genera 200 000 kilovatios-hora (kWh) de electricidad por año y genera un ahorro de un millón de dólares durante la vida útil del proyecto. También elimina más de 1700 toneladas de carbono, proporcionando datos hidráulicos, de producción de energía y de reducción de carbono en tiempo real para realizar un seguimiento de las operaciones, el NRW y los objetivos de sostenibilidad.

En Mount Vernon, Washington, Skagit PUD instaló un sistema de recuperación de energía en su estación de bombeo de Division Street, donde administra la presión del agua y controla el flujo en una sola instalación. Con el sistema, la estación ahora convierte el exceso de presión en energía renovable para compensar la costosa electricidad rica en combustibles fósiles de la carga de bombeo en esta instalación. Este proyecto ha estado funcionando durante más de 18 meses sin incidentes. Se está planificando un segundo proyecto para alimentar una estación de carga de vehículos eléctricos en una escuela secundaria local, todo a partir de la presión que de otro modo se desperdiciaría en la distribución de agua.

Ha llegado el momento de que las empresas de servicios públicos estadounidenses miren hacia el futuro y aprovechen las tecnologías que unen el nexo agua-energía. Una pequeña inversión para mejorar la válvula de control de un sistema de distribución podría ser la clave para combatir el cambio climático, los altos costos de energía, la pérdida de agua y mejorar una infraestructura que se deteriora rápidamente.

Gregg Semler es el fundador y director ejecutivo de InPipe Energy. Emprendedor veterano con amplia experiencia en los sectores de agua y energía limpia, fundó su empresa en 2016 después de ver una oportunidad sin explotar para crear una nueva fuente de energía renovable a partir de infraestructura de agua a presión que podría tener un impacto global positivo en el clima. Desde el año 2000, Semler ha liderado los esfuerzos para comercializar nuevos productos en los mercados de energía y agua. Para obtener más información, visite inpipeenergy.com.