Nachhaltige Wasserlösungen erzeugen Energie mit neuer Technologie für Regelventile

Dec 11, 2023

Für 2,2 Millionen Menschen in Houston sind die Auswirkungen des Stromausfalls Ende 2022 noch frisch im Gedächtnis. Da es plötzlich an sauberem Wasser mangelte, feuerten die Menschen überall ihre Öfen an, um Wasser zu kochen. Stromausfälle sind keine Überraschung mehr. Im Jahr 2021 kam es in Houston zu einem ähnlichen Netzausfall, bei dem 4,5 Millionen Menschen von Wasser-, Strom-, Wärme- und Nahrungsmittelknappheit betroffen waren und mehr als 240 Menschen starben. Stromausfälle kommen häufig vor. Nicht nur für die Texaner sind die Stromnetze auf der ganzen Welt überlastet und unzuverlässig.

Für viele führen Gedanken über sauberes Wasser und zuverlässige Stromversorgung zu anderen Bedenken. Die unglückliche Kombination aus unzuverlässigen Stromquellen und unvorhersehbarem Wetter, einschließlich Stürmen, Dürren, Überschwemmungen, Waldbränden und anderen Klimastörungen, hält Energieversorger, Ingenieure und Ersthelfer nachts wach. Sie alle führen zu Wasserknappheit, verunreinigtem Wasser und massiven Ausfällen der Wasserinfrastruktur.

Es ist möglich, große Fortschritte bei der Entwicklung von Programmen zu machen, die all diese Probleme gleichzeitig angehen. Hier ist eine Lösung, die mehrere Funktionen erfüllt.

Die Lösung liegt an der Schnittstelle von Wasser und Energie in einem System, das eine zuverlässige Versorgung mit sicherem, sauberem Trinkwasser bietet und gleichzeitig effizienter, produktiver und nachhaltiger ist. Wassersparen, Dekarbonisierung, Minimierung von Störungen und die Generierung von Geld für Reinvestitionen und die Modernisierung der Infrastruktur können jetzt mit einer einfachen Installation durchgeführt werden, die größtenteils von der Regierung finanziert werden könnte.

Wasser ist Kraft – es verbraucht Energie und erzeugt sie gleichzeitig. Der Prozess des Pumpens, Aufbereitens und Verteilens des amerikanischen Wassers und Abwassers macht 6 % des Energieverbrauchs des Landes aus, verursacht 5 % der Kohlenstoffemissionen und 40 % des Budgets eines Versorgungsunternehmens. Die gesamte Energie wird für den Antrieb von Pumpen, die Wasseraufbereitung und die Wasserverteilung an die Verbraucher verbraucht. Da die Stromkosten steigen, belasten die Kosten dieser Prozesse die Industrie und ihre Anwender stark.

Selbst wenn Wasserversorger Umweltschutzbemühungen einleiten, schränkt eine mangelhafte Infrastruktur ihre Wirksamkeit ein. Die Vereinigten Staaten verlieren 17 % ihres aufbereiteten Wassers, sogenanntes Non-Revenue Water (NRW), durch kaputte Verteilungssysteme. Die Weltbank schätzt, dass durch defekte Verteilungsleitungen jährlich 8,6 Billionen Gallonen NRW freigesetzt werden.

Globale Wasserverteilungssysteme verdeutlichen die Vernetzung der Energie- und Wasserressourcen. Der Branchenbegriff, der diese Vernetzung beschreibt, ist die Verbindung von Wasser und Energie.

Wasserverteilungsnetze sind für ihren Betrieb auf Netzstrom angewiesen, der reich an fossilen Brennstoffen ist, und sie tragen direkt zur Wasserknappheit bei, da sie beim Aufbereiten, Pumpen und Bereitstellen von Wasser an ihre Nutzer unnötigen Kohlenstoff in die Atmosphäre abgeben.

Im Wasser- und Abwassersektor gibt es Innovationen. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler, Unternehmer und Wasserinnovatoren zusammengearbeitet, um einige der dringendsten Herausforderungen für die Branche anzugehen.

Da die Energiekosten steigen, wirken sich Klimawandel und Wasserverlust zunehmend auf Wasser- und Abwassersysteme aus.

Durch die Energierückgewinnung, die Regelventile mit Mikro-Hydro-Technologie integriert, ist die Wasserverteilung selbst die Lösung für jede dieser enormen Herausforderungen. Jüngste Fortschritte in der Mikro-Wasserturbinentechnologie ermöglichen Wasserinnovatoren, den von Steuerventilen erzeugten Druckverlust zu nutzen. Durch die Nutzung bestehender Durchfluss- und Druckunterschiede gewinnt diese Lösung verschwendete Energie aus Druckleitungen zurück, um beträchtliche Strommengen in das lokale Netz einzuspeisen. Mit diesem erzeugten Strom können Sie Geld sparen, das in den Betrieb reinvestiert werden kann, Wasser sparen und den CO2-Ausstoß reduzieren. Es liefert auch das, was die Branche im Zuge ihrer Modernisierung am meisten benötigt: Echtzeitdaten über Durchfluss und Druck, die für die Kontrolle von Wasserverlusten unerlässlich sind. Jetzt können Wasserversorger Druckdaten analysieren, um Probleme innerhalb bestimmter Verteilungszonen (bezirksgesteuerte Bereiche) zu identifizieren, bevor es zu Lecks und Hauptunterbrechungen kommt.

Es handelt sich um ein Frühwarnsystem für Betreiber. In den USA gibt es schätzungsweise 2 Millionen Regelventile und weltweit 5,7 Millionen. Der Einsatz von leitungsgebundenen Mikrowasserkraft-Energierückgewinnungssystemen in den USA würde jährlich 290 Millionen Tonnen CO2 in den USA und 1,75 Gigatonnen weltweit ausgleichen.

Es gibt gute Neuigkeiten. Für US-amerikanische Wasserversorger, die sich auf die Dekarbonisierung konzentrieren, stehen Bundesmittel zur Verfügung. Die Environmental Protection Agency (EPA), das Energieministerium (DOE) und der Internal Revenue Service (IRS) verfügen alle über Mittel, die Städten und Wasserversorgern zugute kommen. Die Finanzierung aus Programmen wie dem Inflation Reduction Act beinhaltet jetzt eine Direktzahlungsoption für steuerbefreite Unternehmen. Dadurch können Versorgungsunternehmen jetzt Wasserverlustprogramme finanzieren und alles aus Bundesmitteln finanzieren, wenn sie mit der Energieerzeugung aus Energierückgewinnungssystemen kombiniert werden.

Produkte zur Energieerzeugung sind bewährte Technologien. Überall in den USA erzeugen leitungsgebundene Mikrowasserkraftwerke bereits erneuerbare Energie, senken die Energiekosten und verfolgen Verteilungsfluss- und Druckdaten. Durch den einfachen Austausch herkömmlicher Druckregelventile oder Steuerventile durch Energierückgewinnungssysteme erhalten diese Unternehmen die erforderlichen Steuerungen mit den zusätzlichen Funktionen der Energieproduktion und Druckzonendaten, um fehlerhafte Verteilungsleitungen zu erkennen.

Der Hillsboro Public Utility District (PUD) versorgt 112.000 Einwohner außerhalb von Portland, Oregon. Der Bezirk dient der Stadt Hillsboro, die sich das Nachhaltigkeitsziel gesetzt hat, den Energieverbrauch der Stadt um 60 % zu senken. Der Bezirk nahm dieses Ziel ernst und arbeitete mit einem Energieversorger zusammen, um in einer seiner Druckreduzierungsanlagen ein Energierückgewinnungssystem zu installieren. Dieses Projekt ist seit Juli 2020 ohne Zwischenfälle in Betrieb. Es erzeugt 200.000 Kilowattstunden (kWh) Strom pro Jahr und bringt über die Projektlaufzeit Einsparungen in Höhe von einer Million Dollar. Es eliminiert außerdem mehr als 1.700 Tonnen Kohlenstoff und liefert hydraulische Daten, Daten zur Energieproduktion und Kohlenstoffreduzierung in Echtzeit, um Betriebs-, NRW- und Nachhaltigkeitsziele zu verfolgen.

In Mount Vernon, Washington, installierte das Skagit PUD ein Energierückgewinnungssystem an seiner Division Street Pump Station, wo es den Wasserdruck verwaltet und den Durchfluss in einer Anlage steuert. Mit dem System wandelt die Station nun überschüssigen Druck in erneuerbare Energie um, um den teuren, mit fossilen Brennstoffen angereicherten Strom aus der Pumplast dieser Anlage auszugleichen. Dieses Projekt läuft seit mehr als 18 Monaten ohne Zwischenfälle. Ein zweites Projekt ist in Planung, um eine Ladestation für Elektrofahrzeuge an einer örtlichen Highschool mit Strom zu versorgen, und zwar vollständig aus dem ansonsten verschwendeten Druck bei der Wasserverteilung.

Jetzt ist es für amerikanische Versorgungsunternehmen an der Zeit, in die Zukunft zu blicken und die Technologien zur Überbrückung der Wasser-Energie-Verbindung zu nutzen. Eine kleine Investition in die Modernisierung des Steuerventils eines Verteilungssystems könnte der Schlüssel zur Bekämpfung des Klimawandels, hoher Energiekosten, Wasserverluste und der Modernisierung einer sich schnell verschlechternden Infrastruktur sein.

Gregg Semler ist der Gründer und CEO von InPipe Energy. Als erfahrener Unternehmer mit umfangreicher Erfahrung in den Bereichen saubere Energie und Wasser gründete er sein Unternehmen im Jahr 2016, nachdem er eine ungenutzte Chance erkannte, aus einer Druckwasserinfrastruktur eine neue Quelle erneuerbarer Energie zu schaffen, die sich weltweit positiv auf das Klima auswirken könnte. Seit 2000 leitet Semler die Bemühungen zur Kommerzialisierung neuer Produkte auf den Energie- und Wassermärkten. Weitere Informationen finden Sie unter inpipeenergy.com.