Las soluciones hídricas sostenibles generan energía con nueva tecnología para válvulas de control

Jan 25, 2024

Para 2,2 millones de personas en Houston, los impactos de la pérdida de energía de finales de 2022 todavía están frescos en sus mentes. De repente, ante la falta de agua potable, la gente de todas partes encendió sus estufas para hervir agua. Los cortes de energía ya no son una sorpresa. Hubo una falla de red similar 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 sólo una preocupación para los tejanos, las redes eléctricas de todo el mundo están estresadas y son poco confiables.

Para muchos, los pensamientos sobre el agua potable y la energía confiable generan otras preocupaciones. La desafortunada combinación de fuentes de energía poco confiables y un clima impredecible, incluidas tormentas, sequías, inundaciones, incendios forestales y otras perturbaciones climáticas, mantiene despiertos a los administradores de servicios públicos, ingenieros y socorristas por la noche. Todos ellos provocan escasez de agua, agua contaminada y fallos colosales en la infraestructura hídrica.

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

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

El agua es energía: 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 distribuirla 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 deficiente limita su eficacia. Estados Unidos pierde el 17% de su agua tratada, llamada agua no contabilizada (NRW), debido a sistemas de distribución fracturados. El Banco Mundial estima que las líneas de distribución rotas liberan 8,6 billones de galones de ANR al año.

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

Las redes de distribución de agua dependen para su funcionamiento de energía eléctrica rica en combustibles fósiles y contribuyen directamente a la escasez de agua debido al carbono innecesario que añaden a la atmósfera en el proceso de tratamiento, bombeo y entrega de agua a sus usuarios.

Se están produciendo innovaciones 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 para la industria.

A medida que aumentan los costos de la energía, el cambio climático y la pérdida de agua impactan 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 considerables 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 la industria más necesita a medida que se moderniza: datos en tiempo real sobre el flujo y la presión que son esenciales para el control de la pérdida de agua. Ahora, los proveedores de agua pueden analizar los datos de presión para identificar problemas dentro de zonas de distribución específicas (áreas medidas por 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 EE. UU. y 5,7 millones en todo el mundo. La implementación de sistemas de recuperación de energía microhidráulica en conductos en los EE. UU. compensaría 290 millones de toneladas métricas de CO2 anualmente en los EE. UU. y 1,75 gigatoneladas en todo el mundo.

Hay algunas buenas noticias. Para las empresas de agua de EE. UU. que se centran en la descarbonización, hay financiación federal disponible. 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 las empresas de agua. La financiación 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 programas de pérdida de agua y pagar todo ello 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 todo Estados Unidos, las plantas de generación microhidroeléctrica integradas ya están produciendo energía renovable, aliviando los costos de energía y rastreando los datos de presión y flujo de distribución. Simplemente reemplazar las válvulas reguladoras de presión o válvulas de control tradicionales con sistemas de recuperación de energía proporciona a estas entidades los controles necesarios con las características adicionales de producción de energía y datos de zonas de presión para detectar líneas de distribución defectuosas.

El Distrito de Servicios Públicos de Hillsboro (PUD) presta servicios a 112.000 residentes fuera de Portland, Oregón. El distrito sirve a la ciudad de Hillsboro, que estableció el objetivo de sostenibilidad de reducir el consumo de energía de los pies cuadrados de la ciudad en un 60%. Tomando en serio este objetivo, 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 en funcionamiento sin incidentes desde julio de 2020. Genera 200.000 kilovatios-hora (kWh) de electricidad al año y genera ahorros por valor de un millón de dólares durante la vida del proyecto. También elimina más de 1700 toneladas de carbono, proporcionando datos hidráulicos, producción de energía y datos 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 gestiona la presión del agua y controla el flujo en una 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 lleva más de 18 meses funcionando sin incidencias. Se está planificando un segundo proyecto para alimentar una estación de carga de vehículos eléctricos en una escuela secundaria local, todo gracias a la presión desperdiciada en la distribución de agua.

Ahora es 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. Un 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 de 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 esfuerzos para comercializar nuevos productos en los mercados de energía y agua. Para obtener más información, visite inpipeenergy.com.