האם ידעתם כי כ-45% מעלויות התפעול של מתקנים בתעשיית המים הם עלויות האנרגיה שהתהליכים צורכים ? על פי הערכות 3.5%-4% מכלל החשמל שנצרך בעולם עושה את דרכו לתעשיית המים.
כשאנחנו מדברים על תעשיית מים אנחנו מתכוונים לתשתיות שאיבה, הולכה והפצה של מים כמו גם מתקני התפלה ומתקני טיהור והולכה של שפכים. להלן סקירה קצרה של סוגי המתקנים והתשתיות בתעשיית המים בדגש על צריכת האנרגיה. התייעלות אנרגטית בתעשיית המים, זה הזמן לפעול.
מי שתייה
הפקה, טיפול (טיהור) ואספקה של מי שתייה כרוכה בשימוש במשאבות שאחראיות על כ-80% מהאנרגיה הנצרכת. כמות האנרגיה תלויה בכמה גורמים ובהם האיכות הראשונית של המים, מרחק ההפצה והתוואי הגיאוגרפי של הרשת (למשל, הובלת מים לאזורים גבוהים דורש יותר שימוש במשאבות מאשר לאזורים נמוכים, שם הזרימה יכולה להתבסס בעיקר על כוח הכבידה).
בגלל שמרבית צרכני מי השתייה מרוכזים בערים, כ-70% מהאנרגיה שנצרכת בתחום מי השתייה נצרכת באספקת המים בתוך הערים עצמן.
מים להשקיה
ענף החקלאות צורך כ-70% מכלל המים המתוקים בתעשיית המים בכל רחבי העולם. במערכות השקיה מירב האנרגיה נצרכת כדי להניע משאבות (חשמליות או כאלה המופעלות על ידי מנוע דיזל).
שפכים
טיפול בשפכים כרוך במספר תהליכים שכל אחד מהם עשוי להיות עתיר אנרגיה. מערכות מתקדמות לטיהור שפכים כוללות שלושה שלבים: סילוק מוצקים, טיפול לסילוק תרכובות אורגניות וניקוי המים מחומרי דשן כמו זרחן או חנקן ומוצקים כלואים אחרים. השלב השני של הניקוי הביולוגי הוא זה שצורך בערך 50% מהאנרגיה, אנרגיה נוספת נצרכת על ידי משאבות במערכת.
טיפול בבוצה
כיוון שבוצה כוללת שיעור גבוה של מוצקים, המשאבות שמשמשות לסילוק וטיפול בבוצה נדרשות לעבוד בהספקים גדולים יותר, ולכן גם צורכות יותר אנרגיה.
התפלה
מבחינת צריכת אנרגיה, התפלה היא הסגמנט שבאופן יחסי צורך את האנרגיה הרבה ביותר בתעשיית המים. אמנם התפלה אחראית היום רק ל-1% מכלל צריכת המים המתוקים, אך היא אחראית על 5% מכלל האנרגיה שצורכת התעשייה. גם בהתפלה עיקר צריכת האנרגיה היא בשל שימוש נרחב במשאבות – העברת המים מגובה פני הים אל גובה המתקן בלחץ גבוה ומשאבות שמבצעות אוסמוזה הפוכה – אלו תהליכים שצורכים הרבה אנרגיה.
הפחתה של 15% עד 2040
הבשורות הטובות הן שבמקרים רבים ניתן לבצע התייעלות אנרגטית בתעשיית המים ומומחים מסכימים שעד שנת 2040 ניתן יהיה להפחית ב-15% את צריכת החשמל לאורך כל הענף. את הרצון לצמצם את התלות באנרגיה ולהתייעל אנרגטית מרגישים גם מגורמים בתוך תעשיית המים, שמבינים שעלות האנרגיה מכרסמת ברווחיות שלהם.
גם חקיקה ורגולציה של מדינות שמקדמות מדיניות ירוקה, דוגלת בהפחתת פליטת תרכובות פחמניות (שהן תוצר לוואי של יצור חשמל). דוגמה לכך אפשר לראות במדיניות של האיחוד האירופאי שהעמיד יעדי פליטה לעסקים ובכלל זה לעסקים בתעשיית המים והשפכים. לכן, בהחלט מדובר בחזון אפשרי ויעד ריאלי.
מנועים מתקדמים ווסתים במהירות משתנה
המפתח להתייעלות אנרגטית בתעשיית המים נמצא באימוץ כמה פתרונות טכנולוגיים. למשל, מעבר ממנועים ישנים ובזבזניים (מבחינה אנרגטית) למנועים יעילים מהדור הרביעי או החמישי, כמו למשל המנועים מסדרת SynRM של ABB צפוי לייעל אנרגטית את המערכת ולחסוך עד 20% מהוצאות החשמל.
אחד האמצעים הטכנולוגיים שהופך מנוע חשמלי למנוע חשמלי יעיל אנרגטית הוא וסת המהירות. בשונה מווסתי המהירות של הדור הקודם שעבדו בהספק קבוע (שלפעמים גבוה יותר ממה שהתהליך דורש), הדור החדש של המנועים מצויד בווסתי מהירות משתנה (VSD) שמתאימים את מומנט הפיתול בכל רגע נתון רק למה שנדרש בתהליך. באופן זה המנועים מהדור החדש משתמשים בדיוק באנרגיה הדרושה לתהליך.
זה המקום לציין שבעזרת וסתי המהירות המשתנים של ABB מסדרת ACQ580 אפשר גם לשדרג מנועים קיימים ולהפוך אותם ליעילים אנרגטית (ויעילים בכלל) בלי להיכנס להוצאה של החלפת מנוע שלם.
הפתרון של החלפה או שדרוג מנועים רלוונטי לכל הסגמנטים של תעשיית המים שכמעט כולם נדרשים לפתרונות שאיבה כאלה או אחרים. תעשיית המים שעובדת על ביקושים שונים נדרשת פעמים רבות לווסת ולשלוט על קצב הזרימה בצנרת. לפעמים צריך להגביר את הקצב ולפעמים דווקא לעצור אותו.
הדור הקודם של המערכות (שעדיין נמצאות בשימוש נרחב בעולם) השתמש באמצעים מכניים כמו שסתומים ומשנקים לשלוט על קצב הזרימה. אמצעים אלו היו בזבזנים באנרגיה ומורכבים לתפעול (פעמים רבות דורשים כוח אדם ייעודי), באמצעות אימוץ וסתי מהירות משתנה והטמעת אמצעים טכנולוגיים נוספים (כמו סנסורים ומדי ספיקה) ניתן לשלוט בצורה הרבה יותר יעילה ומדויקת גם על קצב הזרימה והספיקה.
מערכות דיגיטליות ואנרגיה מתחדשת
כדי להשיג שליטה הדוקה יותר ופיקוח על כל התהליך, מתקנים ומערכות הפצה בתעשיית המים יכולים להיות מנוטרים ומפוקחים על ידי מערכות שליטה דיגיטליות שמבצעות אופטימיזציה של התהליך באופן אוטומטי.
מערכות אלו גם יכולות לנטר כל שלב בתהליך ולחשב באופן מדויק את טביעת הרגל הפחמנית של המתקן. גם בסגמנט הטכנולוגי הזה ל-ABB יש סדרה של פתרונות מובילים בקטגוריה שעשויים לצמצם, עוד יותר את צריכת האנרגיה.
טרנד חדש ומעניין הוא שימוש בתשתית תעשיית המים כדי לייצר אנרגיה מתחדשת ירוקה שמוזרמת לתהליך ומחליפה את האנרגיה שמיוצרת באופן שמשחרר פליטות פחמניות מזהמות לאוויר. כך שהיום אפשר למצוא פאנלים סולאריים שמתמירים את אור השמש לאנרגיה נקייה כחלק מהארכיטקטורה של המערכת.
אמצעי אחר של אנרגיה מתחדשת שפוגשים בתעשיית המים, בעיקר בקטגוריית הטיפול בבוצה, הוא איסוף הגזים הביולוגיים שנפלטים בתהליך טיפול הבוצה והמרתם לאנרגיה חשמלית נקייה.
נכון להיום השיטה הזו מחזירה לתעשיית הבוצה 4% מהאנרגיה שהיא צורכת, אך הצפי הוא שבשנת 2040 גם תחום זה יתקדם והשיטה תאפשר להשיב כ-55% מהאנרגיה הדרושה לטיפול בבוצה.