持続可能な水ソリューションが制御バルブの新技術でエネルギーを生成

ヒューストンの 220 万人にとって、2022 年後半の停電の影響はまだ記憶に新しいです。突然きれいな水の不足に直面したため、人々はどこでもストーブに火をつけてお湯を沸かしました。停電はもはや驚くべきことではありません。 2021年にヒューストンでも同様の送電網障害が発生し、450万人が水、電力、熱、食糧不足の影響を受け、240人以上が死亡した。停電はよくあることです。テキサス人だけの懸念ではなく、世界中の送電網がストレスを受け、信頼性が低下しています。

多くの人にとって、きれいな水と信頼できる電力について考えると、別の懸念が生じます。信頼性の低い電源と、嵐、干ばつ、洪水、山火事、その他の気候変動を含む予測不可能な天候の不幸な組み合わせにより、電力会社の管理者、エンジニア、初期対応者は夜眠れなくなります。それらはすべて、水不足、汚染水、大規模な水インフラの障害につながります。

これらすべての問題に同時に対処するプログラムを作成することで、大きな進歩を遂げることが可能です。ここでは、複数の機能を備えたソリューションを 1 つ紹介します。

このソリューションは、より効率的で生産性が高く、持続可能でありながら、安全で清潔な飲料水を確実に供給するシステムにおいて水とエネルギーの結びつきに位置します。水を節約し、脱炭素化し、混乱を最小限に抑え、インフラの再投資とアップグレードのための資金を生み出すことは、政府が大部分を資金提供できる簡単な設備で行うことができるようになりました。

水は電力であり、エネルギーを消費すると同時にエネルギーを生成します。アメリカの上下水の汲み上げ、処理、配水のプロセスは、国のエネルギー消費量の 6% を占め、二酸化炭素排出量の 5%、公共事業予算の 40% を占めています。このエネルギーはすべて、ポンプの動力、水を処理し、ユーザーに水を供給するために消費されます。電気料金が上昇するにつれて、これらのプロセスのコストが業界とそのユーザーに大きな負担となります。

水道事業者が保全活動を始めたとしても、インフラが故障するとその効果が制限されます。米国では、分断された配水システムにより、無収水（NRW）と呼ばれる処理水の 17% が失われています。世界銀行は、壊れた配電線から年間 8 兆 6000 億ガロンの無収水が放出されていると推定しています。

世界規模の配水システムは、エネルギーと水資源の相互に関連した性質を浮き彫りにしています。この相互接続性を説明するために使用される業界用語は、水とエネルギーの結びつきです。

配水ネットワークは化石燃料を豊富に含む送電網の運営に依存しており、水を処理、汲み上げ、利用者に届ける過程で不必要な炭素が大気中に追加されるため、水不足に直接的に寄与します。

上下水道部門ではイノベーションが起こっています。近年、学者、起業家、水イノベーターが協力して、業界にとって最も差し迫った課題のいくつかに取り組んできました。

エネルギーコストが上昇するにつれて、気候変動と水の損失は上下水道システムにますます大きな影響を与えています。

制御バルブとマイクロ水力技術を統合したエネルギー回収により、配水自体がこれらの大きな課題のそれぞれに対する解決策となることが可能になります。マイクロ水力タービン技術の最近の進歩により、水のイノベーターは制御バルブから放出される無駄な圧力を活用できるようになりました。このソリューションは、既存の流れと圧力の差を活用することで、加圧されたパイプラインから無駄なエネルギーを回収し、驚くべき量の電力を地域の送電網に戻します。この発電された電力は、運用、水の節約、二酸化炭素排出量の削減に再投資できるコストを節約するために使用できます。また、最新化に伴い業界が最も必要とするもの、つまり水損失の制御に不可欠な流量と圧力に関するリアルタイムデータも提供します。現在、水道事業者は圧力データを分析して、漏水や本管の破損が発生する前に、特定の配水ゾーン (地区メーターエリア) 内の問題を特定できるようになりました。

オペレーター向けの早期警報システムです。米国には推定 200 万個、世界には 570 万個の制御弁が存在します。米国で導管内マイクロ水力発電エネルギー回収システムを導入すると、米国で年間 2 億 9,000 万トンの CO2、世界中で 1.75 ギガトンの CO2 が相殺されます。

良いニュースがあります。脱炭素化に注力している米国の水道事業体には、連邦政府の資金提供が可能です。環境保護庁 (EPA)、エネルギー省 (DOE)、内国歳入庁 (IRS) はすべて、都市や水道事業に役立つ資金を用意しています。インフレ抑制法のようなプログラムからの資金提供には、非課税事業体への直接支払いオプションが含まれるようになりました。その結果、電力会社は現在、水損失プログラムに資金を提供し、エネルギー回収システムからのエネルギー生成と組み合わせることで、連邦政府の資金を通じてすべての費用を支払うことができます。

エネルギー生成製品は実証済みのテクノロジーです。米国全土では、導管内マイクロ水力発電プラントがすでに再生可能エネルギーを生産し、エネルギーコストを軽減し、配水流量と圧力データを追跡しています。従来の圧力調整バルブや制御バルブをエネルギー回収システムに置き換えるだけで、これらの企業は、エネルギー生産と圧力ゾーンデータの追加機能を備えた必要な制御を提供して、配電ラインの障害を検出できます。

ヒルズボロ公共施設地区 (PUD) は、オレゴン州ポートランド郊外の 112,000 人の住民にサービスを提供しています。この地区はヒルズボロ市にサービスを提供しており、ヒルズボロ市は市の平方フィートのエネルギー消費量を 60% 削減するという持続可能性目標を設定しています。この目標を真剣に受け止め、学区はエネルギー供給会社と協力して、減圧施設の 1 つにエネルギー回収システムを設置しました。このプロジェクトは、2020 年 7 月以来、問題なく稼働しています。年間 200,000 キロワット時 (kWh) の電力を生成し、プロジェクトの全期間にわたって 100 万ドル相当の節約をもたらします。また、1,700 トンを超える炭素を削減し、水力データ、エネルギー生産、炭素削減データをリアルタイムで提供して、操業、無収水率、持続可能性の目標を追跡します。

ワシントン州マウントバーノンのスカジット PUD は、ディビジョンストリートポンプステーションにエネルギー回収システムを設置し、1 つの施設内で水圧を管理し流量を制御しています。このシステムにより、ステーションは過剰な圧力を再生可能エネルギーに変換し、この施設のポンプ負荷から高価で化石燃料が豊富な電力を相殺しています。このプロジェクトは 18 か月以上にわたって何の問題もなく稼働しています。 2 つ目のプロジェクトは、地元の高校にある電気自動車の充電ステーションに電力を供給する計画です。これはすべて、配水時の無駄な圧力から電力を供給するものです。

今こそ、アメリカの電力会社が将来に目を向け、水とエネルギーの結びつきを埋める技術を活用するときです。配電システムの制御バルブをアップグレードするための少額の投資が、気候変動、高いエネルギーコスト、水の損失と闘い、急速に老朽化したインフラを更新するための鍵となる可能性があります。

グレッグ・セムラーは、InPipe Energy の創設者兼 CEO です。クリーンエネルギーと水の分野で豊富な経験を持つベテラン起業家である彼は、気候に世界的にプラスの影響を与える可能性がある加圧水インフラから新しい再生可能エネルギー源を生み出す未開発の機会を見出し、2016 年に会社を設立しました。 2000 年以来、セムラーはエネルギーおよび水市場で新製品を商品化する取り組みを主導してきました。詳細については、inpipeenergy.com をご覧ください。