Des solutions d'eau durables génèrent de l'énergie avec une nouvelle technologie pour les vannes de régulation

Pour 2,2 millions de personnes à Houston, les impacts de la coupure de courant fin 2022 sont encore frais dans leur esprit. Soudainement confrontés au manque d'eau potable, partout les gens allumèrent leurs poêles pour faire bouillir de l'eau. Les pannes de courant ne sont plus surprenantes. Il y a eu une panne de réseau similaire à Houston en 2021 où 4,5 millions de personnes ont été touchées par des pénuries d'eau, d'électricité, de chauffage et de nourriture et plus de 240 sont mortes. Les pannes de courant sont fréquentes. Pas seulement une préoccupation pour les Texans, les réseaux électriques du monde entier sont stressés et peu fiables.

Pour beaucoup, les réflexions sur l'eau potable et la fiabilité de l'électricité conduisent à d'autres préoccupations. La malheureuse combinaison de sources d'énergie peu fiables et de conditions météorologiques imprévisibles, notamment les tempêtes, les sécheresses, les inondations, les incendies de forêt et d'autres perturbations climatiques, empêche les gestionnaires des services publics, les ingénieurs et les premiers intervenants de dormir la nuit. Ils entraînent tous des pénuries d'eau, de l'eau contaminée et des défaillances colossales des infrastructures d'approvisionnement en eau.

Il est possible de faire de grands progrès dans la création de programmes qui s'attaquent à tous ces problèmes en même temps. Voici une solution qui remplit plusieurs fonctions.

La solution se situe au carrefour de l'eau et de l'énergie dans un système qui fournit un approvisionnement fiable en eau potable sûre et propre tout en étant plus efficace, productif et durable. Économiser l'eau, décarboner, minimiser les perturbations et générer de l'argent pour réinvestir et moderniser les infrastructures peuvent désormais être réalisés avec une installation simple qui pourrait être financée en grande partie par le gouvernement.

L'eau, c'est de l'énergie, elle consomme de l'énergie et en crée en même temps. Le processus de pompage, de traitement et de distribution de l'eau et des eaux usées aux États-Unis représente 6 % de la consommation d'énergie du pays, contribuant à 5 % de ses émissions de carbone et à 40 % du budget d'un service public. Toute cette énergie est consommée pour alimenter les pompes, traiter l'eau et distribuer l'eau aux usagers. À mesure que les coûts de l'électricité augmentent, le coût de ces processus pèse lourdement sur l'industrie et ses utilisateurs.

Même lorsque les fournisseurs d'eau lancent des efforts de conservation, une infrastructure défaillante limite leur efficacité. Les États-Unis perdent 17 % de leur eau traitée, appelée eau non facturée (NRW), dans des systèmes de distribution fracturés. La Banque mondiale estime que les lignes de distribution brisées libèrent 8,6 billions de gallons de NRW par an.

Les systèmes mondiaux de distribution d'eau mettent en évidence la nature interconnectée des ressources énergétiques et hydriques. Le terme industriel utilisé pour décrire cette interconnectivité est le lien entre l'eau et l'énergie.

Les réseaux de distribution d'eau dépendent d'un réseau électrique riche en combustibles fossiles pour fonctionner, et ils contribuent directement à la rareté de l'eau en raison du carbone inutile qu'ils ajoutent à l'atmosphère lors du traitement, du pompage et de la distribution de l'eau à leurs utilisateurs.

Il y a de l'innovation dans les secteurs de l'eau et des eaux usées. Ces dernières années, des universitaires, des entrepreneurs et des innovateurs de l'eau ont travaillé ensemble pour relever certains des défis les plus urgents pour l'industrie.

À mesure que les coûts de l'énergie augmentent, le changement climatique et la perte d'eau affectent de plus en plus les systèmes d'approvisionnement en eau et de traitement des eaux usées.

La récupération d'énergie qui intègre des vannes de régulation avec la technologie micro-hydraulique permet à la distribution d'eau elle-même d'être la solution à chacun de ces énormes défis. Les progrès récents de la technologie des micro-turbines hydroélectriques permettent aux innovateurs de l'eau de tirer parti de la pression perdue émise par les vannes de régulation. En tirant parti des différentiels de débit et de pression existants, cette solution récupère l'énergie gaspillée des pipelines sous pression pour renvoyer des quantités remarquables d'électricité au réseau local. Cette électricité générée peut être utilisée pour économiser de l'argent qui peut être réinvesti dans les opérations, économiser de l'eau et réduire les émissions de carbone. Il fournit également ce dont l'industrie a le plus besoin à mesure qu'elle se modernise : des données en temps réel sur le débit et la pression qui sont essentielles au contrôle des pertes d'eau. Désormais, les fournisseurs d'eau peuvent analyser les données de pression pour identifier les problèmes dans des zones de distribution spécifiques (zones de district mesurées) avant qu'ils ne subissent des fuites et des ruptures principales.

Il s'agit d'un système d'alerte précoce pour les opérateurs. Il existe environ 2 millions de vannes de régulation aux États-Unis et 5,7 millions dans le monde. Le déploiement de systèmes de récupération d'énergie micro-hydroélectriques dans les conduites aux États-Unis compenserait 290 millions de tonnes métriques de CO2 par an aux États-Unis et 1,75 gigatonne dans le monde.

Il y a quelques bonnes nouvelles. Pour les services d'eau américains qui se concentrent sur la décarbonisation, un financement fédéral est disponible. L'Agence de protection de l'environnement (EPA), le Département de l'énergie (DOE) et l'Internal Revenue Service (IRS) ont tous des fonds disponibles qui profitent aux villes et aux services d'eau. Le financement de programmes tels que la loi sur la réduction de l'inflation comprend désormais une option de paiement direct pour les entités exonérées d'impôt. En conséquence, les services publics peuvent désormais financer les programmes de perte d'eau et payer le tout grâce à un financement fédéral lorsqu'il est combiné à la production d'énergie à partir de systèmes de récupération d'énergie.

Les produits de production d'énergie sont une technologie éprouvée. Partout aux États-Unis, des microcentrales hydroélectriques en conduit produisent déjà de l'énergie renouvelable, ce qui réduit les coûts énergétiques et suit les données de débit et de pression de distribution. Le simple remplacement des vannes de régulation de pression traditionnelles ou des vannes de régulation par des systèmes de récupération d'énergie fournit à ces entités les contrôles nécessaires avec les fonctionnalités supplémentaires de production d'énergie et de données de zone de pression pour détecter les lignes de distribution défectueuses.

Hillsboro Public Utility District (PUD) dessert 112 000 résidents à l'extérieur de Portland, Oregon. Le quartier dessert la ville de Hillsboro, qui s'est fixé comme objectif de durabilité de réduire de 60 % la consommation d'énergie au pied carré de la ville. Prenant cet objectif au sérieux, le district s'est associé à un fournisseur d'énergie pour installer un système de récupération d'énergie dans l'une de ses installations de réduction de pression. Ce projet est opérationnel sans incident depuis juillet 2020. Il génère 200 000 kilowattheures (kWh) d'électricité par an et génère des économies d'un million de dollars sur la durée de vie du projet. Il élimine également plus de 1 700 tonnes de carbone, fournissant des données hydrauliques, de production d'énergie et de réduction de carbone en temps réel pour suivre les opérations, NRW et les objectifs de durabilité.

À Mount Vernon, Washington, le PUD de Skagit a installé un système de récupération d'énergie à sa station de pompage de Division Street où il gère la pression de l'eau et contrôle le débit dans une seule installation. Avec le système, la station convertit désormais la surpression en énergie renouvelable pour compenser l'électricité riche en combustibles fossiles chère de la charge de pompage de cette installation. Ce projet est opérationnel depuis plus de 18 mois sans incident. Un deuxième projet est prévu pour alimenter une borne de recharge de véhicules électriques dans une école secondaire locale, le tout à partir de la pression autrement gaspillée dans la distribution de l'eau.

Il est maintenant temps pour les services publics américains de se tourner vers l'avenir et de tirer parti des technologies qui comblent le lien eau-énergie. Un petit investissement pour moderniser la vanne de régulation d'un système de distribution pourrait être la clé pour lutter contre le changement climatique, les coûts énergétiques élevés, la perte d'eau et la modernisation d'une infrastructure qui se détériore rapidement.

Gregg Semler est le fondateur et PDG d'InPipe Energy. Entrepreneur chevronné possédant une vaste expérience dans les secteurs de l'énergie propre et de l'eau, il a fondé son entreprise en 2016 après avoir vu une opportunité inexploitée de créer une nouvelle source d'énergie renouvelable à partir d'une infrastructure d'eau sous pression qui pourrait avoir un impact global positif sur le climat. Depuis 2000, Semler a mené des efforts pour commercialiser de nouveaux produits sur les marchés de l'énergie et de l'eau. Pour plus d'informations, visitez inpipeenergy.com.