Jak sprostać globalnym wyzwaniom związanym z zaopatrzeniem w wodę?

Wraz ze wzrostem liczby ludności i oczekiwań dotyczących wyższego standardu życia rośnie zapotrzebowanie na wodę w domach oraz do produkcji żywności i innych wyrobów. Organizacja Narodów Zjednoczonych przewiduje wzrost globalnego zapotrzebowania na wodę do roku 2050 o 55%. Jednak zasoby wody słodkiej są ograniczone, a woda gruntowa, która stanowi źródło wody pitnej dla co najmniej połowy ludności świata, jest zużywana znacznie szybciej niż jest uzupełniana. Rosnące zapotrzebowanie na wodę prowadzi też do zwiększonego zużycia energii, które ma negatywny wpływ na klimat.

Polska również boryka się z problemem związanym z ilością i jakością wody. Głównym źródłem dostaw wody są opady atmosferyczne, dostarczające nam 97% całkowitego zasilania. Miejsca zagrożone deficytem w naszym kraju to obszary silnie uprzemysłowione i o dużym zagęszczeniu ludności. Kolejnym wyzwaniem, oprócz ilości wody jest jej jakość. Do zanieczyszczenia wód przyczyniły się zrzuty ścieków komunalnych oraz przemysłowych, a także wypłukiwanie nawozów sztucznych z gleby.

Energooszczędna infrastruktura wodno-kanalizacyjna

Jak zauważają eksperci Danfoss, globalne wyzwania związane z wodą i zmianami klimatu to trudny temat, ale odpowiednie rozwiązania są już gotowe i widać rosnące zainteresowanie ograniczeniem strat z tytułu wycieków i zwiększeniem wydajności energetycznej. Jednym z obszarów, gdzie należy szukać oszczędności wody i energii jest infrastruktura wodna i kanalizacyjna, która jest największym odbiorcą energii elektrycznej w miastach i zwykle odpowiada za 25-40% jej całkowitego zużycia. Wiele europejskich miast już znalazło na to sposób. Przykładowo firma Danfoss pomogła Danii stać się jednym z pionierskich krajów w dziedzinie ekonomicznej gospodarki wodą i energią. Rozwojowi gospodarczemu kraju o 80% od 1980 roku towarzyszył spadek zużycia wody o prawie 40% przy zachowaniu zużycia energii na niezmienionym poziomie. Przyczyniły się do tego usystematyzowana gospodarka wodna i innowacyjne technologie. Na przykład w duńskim mieście Aarhus lokalne przedsiębiorstwo wodociągowe przekształciło zwykłą oczyszczalnię ścieków w kompleks połączony z elektrociepłownią, dostarczającą nadwyżkę energii. Zakład wytwarza o 90% więcej energii niż zużywa. Nadwyżka ciepła trafia do dzielnicowego systemu ciepłowniczego, redukując emisję dwutlenku węgla. Jest to możliwe dzięki optymalizacji zaawansowanych procesów oraz wykorzystaniu ponad 140 przetwornic częstotliwości do regulacji wydajnością w niemal wszystkich urządzeniach rotacyjnych (pompy, dmuchawy, wentylatory). Przy optymalnym wykonaniu pozwala to także uzyskać maksymalną ilość osadów ściekowych i mułów węglowych. W komorze fermentacyjnej następuje ich przekształcenie w gaz wykorzystywany do wytwarzania zarówno energii elektrycznej, jak i ciepła.

O ile wiemy, w żadnym innym kraju nie udało się wykorzystać oczyszczalni ścieków do wytwarzania tak dużej ilości dodatkowej energii na bazie zwykłych ścieków domowych. To oznacza, że po zwiększeniu skali można uniknąć olbrzymiego zużycia energii przez przedsiębiorstwa wodociągowe i kanalizacyjne, zamieniając największego pojedynczego odbiorcę elektryczności w miastach w podmiot energetycznie neutralny, powiedział Krzysztof Kubicki, koordynator rozwoju sprzedaży w sektorze Wodno Ściekowym firmy Danfoss Poland.

W Polsce, oprócz ograniczenia zużycia wody, rozbudowuje się i modernizuje oczyszczalnie ścieków, tak aby uzyskać największą efektywność procesu przy najniższych stratach energii. Stosowane w procesie oczyszczania ścieków przetwornice częstotliwości regulują prędkość silników elektrycznych zarówno w procesach filtracji, napowietrzania oraz pompowania wody. Biogazownie budowane są również przy zakładach produkcyjnych np. w branży browarniczej. W zakładzie produkcyjnym w Poznaniu szacowane oszczędności energii z tytułu odzysku ciepła oraz produkcji energii elektrycznej to 10-15% całego zapotrzebowania obiektu.

Regulacja przepływu to ogromna oszczędność, jednak najwyższa sprawność urządzeń to dodatkowy benefit przekładający się bezpośrednio na niższe koszty eksploatacji obiektu. W dzisiejszych czasach oczyszczalnia ścieków często jest producentem energii, a nie jej odbiorcą. Produkcja biogazu umożliwia uzyskiwanie darmowej  energii elektrycznej i cieplnej. Danfoss w Polsce dostarcza technologię do producentów biogazowni, a także uczestniczy w badaniach nowoczesnych procesów spalania, które umożliwią coraz lepsze wykorzystanie odpadów do produkcji energii elektrycznej, dodaje Krzysztof Kubicki.

Ograniczenie wycieków

Wielki potencjał w redukcji strat wody tkwi w rurociągach z powodu wycieków. Zdaniem międzynarodowej firmy konsultingowej McKinsey powodują one stratę 167 mld USD rocznie w miastach na całym świecie. Organizacja Narodów Zjednoczonych podkreśla, że w miejskich sieciach dystrybucyjnych wycieki rzędu 50% nie są niczym wyjątkowym. Zwykle jednak można je ograniczyć o 30-40% przy użyciu technologii, takich jak przetwornice częstotliwości i czujniki, które kontrolują ciśnienie w rurociągach, aby zapobiec wydostawaniu się wody przez otwory. Zazwyczaj napędy oszczędzają jednocześnie 20-50% energii.

Wytwarzanie wody pitnej

Pomijając oszczędzanie wody i energii w krajach i miastach, innowacyjne rozwiązania pomagają także wytwarzać wodę pitną w odległych lokalizacjach, np. na wyspach, platformach wiertniczych i statkach wycieczkowych. Firma Danfoss uczestniczy w procesie efektywnej przemiany wody morskiej w pitną za pomocą zaawansowanych pomp wysokiego ciśnienia i urządzeń do odzyskiwania energii do systemów odsalania. Rozwiązania te pozwalają zaoszczędzić do 50% energii, co jest istotne z punktu widzenia wdrożenia, gdyż zużycie energii stanowi co najmniej 70% łącznych kosztów obsługi systemów odsalania.

Przykłady wdrożonych rozwiązań Danfoss z zakresu oszczędzania wody na świecie:

• Regionalny organ zajmujący się eksploatacją wody w hrabstwie Benton w stanie Waszyngton w USA posiada ogromną infrastrukturę wodną dostarczającą 24 miliony galonów wody pitnej dziennie do szesnastu miast i innych jednostek. Aby być efektywnym pod względem kosztów i zużycia energii dostawcą wody, organ ten przez całą dobę używa pomp o regulowanej prędkości z przetwornicami częstotliwości firmy Danfoss.
• W Sao Paulo w Brazylii panuje niedobór wody z powodu braku deszczu. Państwowa spółka Sabesp zarządza systemem zasilania Cantareira, który dostarcza wodę dla 11 milionów mieszkańców miasta. Danfoss pomaga spółce Sabesp wydajnie przepompowywać wodę, która znajduje się poniżej poziomu ujęcia w zbiorniku.
• Miejskie przedsiębiorstwo w Kazaniu w Rosji obsługuje ponad 2000 km sieci wodociągowej i kanalizacyjnej. Sprzęt pompujący wyposażono w przetwornice częstotliwości firmy Danfoss, co zapewnia niezawodną dostawę wody mieszkańcom, a także ograniczenie kosztów energii.
• Ponad 2,5 miliona hektarów ziemi uprawnej w Rumunii mogłoby korzystać z irygacji, jednak dotychczas nawadnianych jest jedynie 0,5 miliona hektarów, a tylko 15% systemów odpowiada współczesnym standardom. Wspólnie z partnerami Danfoss pomaga rozpowszechnić efektywne rozwiązania z zakresu irygacji, które pozwalają oszczędzać zarówno wodę, jak i energię.
• Na Seszelach na Oceanie Indyjskim nie ma wody gruntowej, a ponieważ wiele z tych wysp bazuje na turystyce, konieczne jest tam dostarczanie dużych ilości wody. To zadanie powierzono pompom wysokociśnieniowym firmy Danfoss, które są zintegrowane z systemami odsalania i przekształcają słoną wodę morską w czystą wodę pitną.

źródło i zdjęcia: Danfoss