Download El agua de mar Consumo Desalinización de energía

El agua de mar Consumo
Desalinización de energía
Papel blanco
11 2011
Libros Blancos del Comité Desalinización WateReuse son documentos vivos. La intención de la Comisión es mejorar el
contenido de las ponencias periódicamente como información nueva y pertinente sobre los temas que se disponga. Se anima
a los miembros de la comunidad de partes interesadas de desalinización a presentar sus observaciones constructivas para
[email protected] y compartir su experiencia y / o estudios de casos para su consideración para su inclusión en
la próxima emisión de los libros blancos.
COMITÉ DESALACIÓN
WateReuse ASOCIACIÓN
El agua de mar Consumo Desalinización
Poder Libro Blanco
I
Introducción
Prácticamente todo lo que hacemos afecta nuestra capacidad para aprovechar y gastar energía. Un
ejemplo simple, en pequeña escala es la energía gastada por nuestro cuerpo para luchar contra el efecto
de la gravedad en forma de sales y las impurezas se eliminan de nuestro cuerpo. En una escala mucho
más grande, es necesaria energía para satisfacer las necesidades de la sociedad, que incluyen la
obtención, transporte, tratamiento y distribución de agua potable.
El acceso a fuentes limpias, seguras y confiables de agua potable es un objetivo básico en el mundo
actual. Medida que la sociedad se ha desarrollado, también lo ha hecho nuestra capacidad para
transportar agua a grandes distancias para cumplir con ese objetivo fundamental, así como la capacidad
de medir la calidad del agua para asegurarse de que es segura para beber. En gran medida, el
advenimiento de técnicas analíticas para medir contaminantes, virus y agentes patógenos en el agua
allanó el camino para la Agencia de Protección Ambiental (EPA) en la década de 1970 para el desarrollo
de normas y regulaciones que requieren agua potable a tratar, o "fabricado", para cumplir las normas en
beneficio y protección de la salud pública. Reglas y regulaciones han evolucionado desde la década de
1970, en consonancia con nuestra comprensión de los contaminantes y la capacidad para medirlos. Esta
"evolución" de las normas condujo los EE.UU. EPA para identificar la filtración por membrana - incluyendo
la desalación por ósmosis inversa - como una tecnología de tratamiento de agua potable para satisfacer
las cada vez más difíciles desafíos de calidad del agua.
Hoy en día, casi todos los de suministro de agua potable es tratada de alguna forma o manera, impulsado
por una serie de factores que se asocian principalmente con el descubrimiento de nuevos contaminantes:
los métodos de prueba avanzados; percepción pública; riesgos para la salud verificables; y el desarrollo de
mejores / nuevo los estándares de calidad de agua. La extensión del tratamiento de agua - y la energía y
la potencia necesaria para satisfacer esas necesidades - pueden variar considerablemente, como se
esperaba, debido a la accesibilidad y la calidad inicial de un suministro de agua cruda.
Desalinización de agua marina, como cualquier otro proceso de tecnología de tratamiento de agua o de
separación, requiere el uso de energía para producir agua. Como una tecnología de tratamiento de agua
potable, sin embargo, desalinización de agua marina requiere más energía que la mayoría de los otros
métodos de tratamiento de agua. A menudo, sin embargo, el consumo de energía asociado con la
desalinización de agua marina es exagerada o incorrectamente representado, sobre todo en comparación
con otras tecnologías de tratamiento o alternativas que garanticen seguridad, servicio publico fiable.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 1
Este artículo revisa y resume los requisitos de energía asociados con la desalinización de agua de mar,
las medidas utilizadas para comparar y compensar el consumo de energía desalinización de agua marina
con otras alternativas de abastecimiento de agua, y las oportunidades de futuro reducen la demanda de
energía.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 2
II
Tratada Agua Consumo de energía
A. Proyecto de Agua - Requisitos de energía
Cada suministro de agua potable requiere energía, y hay cuatro áreas principales que consumen energía.
Estos son: 1
1. La extracción de agua de origen y la entrega a la planta de tratamiento (podrían ser
importados o cerca);
2. El proceso de tratamiento / purificación;
3. Distribución de agua potable; y
4. Gestión de residuos, el tratamiento y la descarga
Consumo energético asociados a la calefacción y refrigeración de edificios y espacios de trabajo (HVAC),
iluminación de estacionamiento u otros artículos misceláneos son generalmente muy pequeña (en
comparación con el costo total de energía) y muy similar para las instalaciones de agua potable
comparables de un tamaño similar.
Los sistemas hidráulicos asociados con el transporte de agua requiere bombas de distinta capacidad y
presión entre cada una de las cuatro áreas de alto consumo de energía previamente descritos. Para fines
ilustrativos, factores individuales que influyen en estas áreas están contenidos en la Figura 1. Obsérvese
que el porcentaje real de contribución de la energía al total puede variar y es discutido más adelante en
este documento.
Figura 1
Áreas que contribuyen al consumo de energía para proyectos
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 3
de agua2
1 Análisis de la intensidad energética de los suministros de agua para el Distrito Municipal de
Agua de la Cuenca Oeste. 2 Gráfico: Dietrich Consulting Group, LLC.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 4
En general, los costos de energía asociados con cambios de elevación, la distancia de tuberías, y los
requisitos de presión se pueden estimar fácilmente (números de área 1, 3 y 4). La comprensión de la
energía asociada con el tratamiento / purificación tales como el proceso de desalinización de agua de mar
- zona número 2 identificado anteriormente - es fundamental y el tema principal de este artículo.
B. Desalinización Energía - Conductor osmótica
Dentro de la "Fenceline" de una planta de desalinización de agua de mar, alimentar a la salinidad del
agua tiene el impacto más significativo en el consumo de energía. ¿Por qué? En comparación con el agua
salobre u otros suministros de aguas superficiales alternativa, el agua de mar contiene una mayor
cantidad de sales disueltas. El proceso de desalinización debe superar la presión osmótica para invertir el
flujo, forzando el agua de la "salada" lado de alimentación de una membrana a fluir al agua "purificada"
(también conocido como permeado, o agua del producto) lado de la membrana (Figura 2) ; por lo tanto,
"revertir la desalación por ósmosis".
Figura 2
La producción de agua potable mediante la
aplicación de presión3
A, el suministro de agua superficial no agua de mar fresca no puede requerir tratamiento de
desalinización si la salinidad ya está dentro de las pautas secundarias de calidad del agua de la EPA. Sin
embargo, en un número creciente de empresas de servicios públicos, la desalación de agua salobre se
utiliza para la reducción selectiva de parámetros deseados (y en algunos casos, incluso la eliminación de
TDS a para la compatibilidad del sistema de distribución existente). El agua dulce superficial - al igual que
el agua de mar - se asocia a que contiene virus y agentes patógenos. Por lo tanto, la microfiltración (MF)
o ultrafiltración (UF) son alternativas basadas en la membrana para medios granulares convencionales u
otros procesos de tratamiento similares para cumplir con las normas EPA de los EE.UU. potable de
calidad del agua si no se necesita la desalinización. Debido a esto, MF y UF son utilizados con frecuencia
como de baja presión alternativas de tratamiento previo de la membrana para la eliminación de especies
no iónicos tales como materia o virus en suspensión y agentes patógenos.
Tabla 1 (abajo) contiene la gama de presiones típicas asociadas con la salinidad del agua de
alimentación. Como tal, es claro ver que a medida que aumenta la salinidad del agua de alimentación,
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 5
también lo hace la necesidad de un aumento en la presión de alimentación de la membrana (y la energía
asociada) hasta que la limitación práctica de 1,200 psi (82,7 bar) para el agua potable
3 Asociación de Desalación Sudeste (SEDA): www.southeastdesalting.com.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 6
se alcanza la producción; momento en el que la recuperación real de agua de alimentación es
típicamente disminuyó a permanecer dentro de las limitaciones de presión de diseño.
Mesa 1
Fuente
Asociada
salinidad, (mg/L)
Rango de presión típica, psi
(bar)
Superficie (Fresh) Agua
(MF / UF)
<500
15 - 30 (1 - 2)
El agua salobre (RO)
Salobre a salina (RO /
SWRO)
500 - 3500
3500 - 18000
50 - 150 (3,4 - 10,3)
150-650 (10,3-44,8)
El agua de mar, rango típico5
18000 - 36000
 EE.UU
18000 - de 45.000
 medio este
650 - 1200 (44.8 - 82,7)
Fuente y Calidad del Agua Requisitos de presión4
La viscosidad del agua cambia con la temperatura. Un cambio de un grado centígrado en la temperatura
de los resultados de agua de alimentación en una tasa de 3% de cambio (aumento / disminución) de
throughput6 membrana. Throughput, o flujo, se describe la capacidad hidráulica del agua producida por la
membrana de desalinización. Por lo tanto, para lograr un valor de producción equivalente o rendimiento, se
aplica más presión (en incrementos variables), la capacidad de ósmosis inversa adicional se pone en
línea, o disminuye la producción. La influencia relativa que se alimentan temperatura del agua tiene sobre
requerida osmosis el agua de mar inversa (SWRO) presiones, a la salinidad del agua de mar promedio fijo
de 34.000 mg / L (34 partes por mil, ppt) y una recuperación SWRO del 50%, se ilustra en la Figura 3 .
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 7
4 Dietrich Consulting Group, LLC.
5 Los rangos pueden variar ampliamente y son específicos del sitio. Sólo para fines ilustrativos.
6 Esto se corrige de otro documento publicado "Una Investigación del costo marginal de desalinización de agua marina en
California"; Fryer, James; 18 de marzo 2010, R4RD.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 8
Figura 37
Efecto de la temperatura del agua de alimentación de
energía de bombeo
El ejemplo de la Figura 3 es para agua de mar con una salinidad de 34 000 mg / L. Debido a que la
salinidad es variable alrededor de la costa de Estados Unidos (y en todo el resto del mundo), la presión de
accionamiento requerida y la energía asociada necesaria para producir el mismo rendimiento (flujo) para
diferentes salinidades varían en consecuencia. Una "regla de oro" general es que la presión de
conducción neta necesaria para producir una cantidad equivalente de permeado aumentará (o
disminución) en alrededor de 11 psi (0,76 bar) por cada 1.000 mg / L (1 ppt) cambio incremental en el
agua de alimentación salinidad. Figura 4 ilustra cómo la salinidad varía alrededor de la costa de Estados
Unidos.
De acuerdo con la Administración Oceánica y Atmosférica Nacional (NOAA), la 3-Zona Media Anual
Salinidad Digital Geografía en la Figura 4 se ha desarrollado utilizando la tecnología de sistema de
información geográfica (SIG), y son las salinidades medias anuales se encuentran en ciertos estuarios a
lo largo de la costa de Estados Unidos . Las áreas asignadas incluyen todo el Atlántico, Golfo de México y
las costas del Pacífico de los Estados Unidos.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página 9
7 Fuente: Dietrich Consulting Group, LLC.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
10
Figura 4
Zonas costeras de salinidad de los
Estados Unidos8III
Componentes de potencia Contribuir del
proceso de desalinización
Figura 1 contiene las áreas individuales de un proyecto de abastecimiento de agua que contribuyen a la
energía total. El impacto, alcance y porcentaje de cada una de estas áreas se ilustra además por romper
cada área individualmente para fines de discusión.
Debido a que el proceso de tratamiento de desalinización de agua marina se asocia típicamente con ser el
más intensivo de energía, es un punto de partida. Las áreas restantes identificados en la Figura 1 se
discuten a continuación. Es importante tener en cuenta que los costes de consumo de energía utilizadas
en todo este documento son en relación con cada proceso de tratamiento. La suma de los componentes
con respecto a la cantidad de agua producida también se llama power9 específico. En este trabajo se
analiza cada uno de los componentes individuales del proceso de tratamiento de agua, que se suman al
total.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
11
8 Coastal Geoespacial de la NOAA Datos del proyecto;
http://coastalgeospatial.noaa.gov. 9 33000 mg / L de la salinidad del agua de
alimentación; 25 deg. C; 9 flujo GFD.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
12
El proceso de tratamiento de desalinización de agua marina incluye:
-
El tratamiento previo, o pre-filtración;
SWRO desalación (membrana); y
Post-tratamiento de permeado
Pretratamiento
Membranas de ósmosis inversa están sujetos a ensuciamiento o taponamiento en la superficie de la
membrana. Esto puede disminuir la capacidad de producción permeado de la membrana o requerir un
aumento de la presión de operación (y la energía subsiguiente) para superar el efecto de ensuciamiento.
Como resultado, prácticamente todos los instalación de desalinización de membrana en el mundo
(incluyendo SWRO) requiere agua de mar adecuadamente pretratado. El equipo de pretratamiento
utilizado en instalaciones SWRO es similar a lo que puedes encontrar en cualquier otro centro de
tratamiento de agua potable en otros lugares e incorpora, de forma individual o en combinación: floculación
/ sedimentación para eliminar material en suspensión; flotación por aire disuelto (DAF) para eliminar el
potencial de biomasa de algas o hidrocarburos potenciales; filtración granular medios (GMF); y / o de baja
presión UF o MF para eliminar las partículas en suspensión. Las necesidades energéticas de
pretratamiento son comparables a cualquier otra planta de tratamiento de aguas superficiales, y van desde
0,9 a 1,5 KWh / kgal (293 - 489 kWh / AF). Cuando se compara con los costes energéticos asociados con
el resto de una típica instalación de SWRO, cuentas de pretratamiento para 8 a 12% del total.
Proceso SWRO
El agua de mar RO consumo de energía de la membrana está relacionada con la salinidad específica del
sitio y la temperatura (como se discutió anteriormente) y otras características específicas del diseño, tales
como las tasas de carga hidráulicos (flujo) y el porcentaje de agua de alimentación recuperado. Los
dispositivos de alto consumo de energía primaria son las bombas necesarias para lograr la presión de
alimentación necesaria para facilitar el proceso de ósmosis inversa. La gama de presiones que figuran en
la Tabla 2 es típico de los Estados Unidos. En otras partes del mundo - por ejemplo, en el Medio Oriente,
donde la salinidad puede ser significativamente mayor - la energía neta requerida (incluyendo energía
recuperada) aumentará de 15 a 20% por encima de los valores contenidos en la tabla 2. Para aplicaciones
de salinidad más bajos, hay una disminución asociada en la demanda de energía. Zonas costeras caleta
bajo la influencia del río u otro escurrimiento de las aguas superficiales requerirán, como mínimo, de 15 a
20% menos de energía.
Cualquier procesos o prácticas que pueden reducir el consumo de energía, por definición, disminuir los
costos asociados con la operación de una planta de ósmosis inversa (o cualquier planta, para el caso).
Por esta razón - y debido a la posibilidad de recuperar la potencia necesaria para el proceso de ósmosis
inversa - sistemas de recuperación de energía son casi siempre una parte del equipo mecánico
incorporado en el proceso de desalación. El principio detrás de un dispositivo de recuperación de energía
es utilizar la energía del concentrado, que es aproximadamente 1 a 2% menor que la energía de presión
de alimentación, y la transferencia de esta energía de nuevo en el sistema para causar una disminución
neta en el consumo de energía total.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
13
Dispositivos de recuperación de energía ofrecen mejoraron significativamente la eficiencia en
comparación con el equipo utilizado hace décadas. Los dispositivos de recuperación de energía pueden
operar a una eficiencia del 85 al 95% y recapturar hidráulicamente una parte de la potencia consumida
por la bomba de alta presión SWRO.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
14
Ingenieros, diseñadores y operadores también pagan una seria consideración a los ahorros de energía
con variadores de frecuencia ajustable (AFD). Por ejemplo, una bahía superior costera experimentar una
gama relativamente amplia de la salinidad de 20000 mg / L a 32.000 mg / L (como en la Bahía de Tampa,
FL), debe cumplir con una diferencia de presión de agua de alimentación SWRO de hasta 400 psig (27,6
bar) para desalinizar el agua de mar. Un AFD permite el funcionamiento de una bomba en un número
prácticamente "infinita" de las curvas de velocidad en función de las condiciones de operación requeridas,
en lugar de "quemar" el exceso de presión (y el costo de energía) que pueden no ser necesarios durante
ciertos momentos en los que la salinidad es inferior, y aún así permitir la producción de el volumen
requerido de agua. En última instancia, la elección de los dispositivos y / o AFDs de recuperación de
energía es específico del sitio y depende de la configuración del sistema de membranas, los requisitos de
presión, y el presupuesto.
El Proyecto de Colaboración Desalinización Asequible (ADC)
El ADC es una organización sin fines de lucro integrada por agencias gubernamentales y estatales tales
como el Departamento de California de Recursos Hídricos de la Comisión de Energía de California,
Ciudad de Santa Cruz / Soquel Creek Water District, Distrito Metropolitano de Agua del Sur de California,
Distrito de Agua Marin Municipal, Municipal Distrito de Agua del Condado de Orange, Naval Instalaciones
Centro de Servicios de Ingeniería, Autoridad del Agua del Condado de San Diego, los Laboratorios
Nacionales Sandia, y el Distrito Municipal de Agua de la Cuenca Oeste. Los miembros de la organización
también incluyen fabricantes de equipos líderes y consultorías tecnológicas de ingeniería con experiencia
de desalinización de agua de mar. El trabajo realizado por la ADC a ayudar a los profesionales de la
industria del agua en la comprensión de la energía asociada con la desalinización, así como los costes
asociados a los procesos de desalación, es significativo. El ADC estableció el uso de energía más bajo y
los costos que se obtiene mediante la aplicación de la tecnología de desalinización y equipos modernos.
La ADC ha logrado desde sus objetivos, incluyendo la demostración de muy bajo consumo de energía
para el proceso de desalinización, y suspendió las pruebas en 2010.
En 2008, tras dos años de extensas pruebas de productos de diversos fabricantes de membrana
"usando" off the shelf "la tecnología moderna, incluidos los convertidores de frecuencia antes
mencionados, el ADC concluyó que la gama de necesidades de energía para el proceso de ósmosis
inversa (incluyendo recuperación de energía) es 6.8 a 8.2 kWh / kgal (2.216 kWh / AF - 2672 kWh / AF)
dependiendo del tipo de las membranas de los fabricantes probados durante el estudio10. La figura 4
muestra cómo los costes de energía varían con el tipo de membrana y se alimentan de recuperación de
agua (%). En la figura, "Energía Total Tratamiento" se calcula de las curvas superior e incluye
estimaciones de energía para el resto del equipo de tratamiento de la planta y componentes.
Cuando se compara con los costes energéticos totales asociados con una instalación de SWRO
moderna, el componente de SWRO (sin incluir el transporte o distribución de agua de alimentación
terminado) oscila entre 65 a 85% del coste total de energía. En consecuencia, dentro de la línea de la
cerca de las instalaciones de desalinización, el proceso de ósmosis inversa en sí consume el mayor
porcentaje de la potencia total.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
15
10 MacHarg, J., Seacord, T., Sesiones, B., "Las pruebas iniciales revelan ADC Tendencias de membrana Performance ",
Desalación y Reutilización del Agua, Vol 18/2, 2008.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
16
Figura 4
SWRO + recuperación de energía - Consumo de energía frente a la recuperación a
las 9 de la DSG11
Publicar Tratamiento acondicionado
La siguiente etapa de tratamiento en un centro de SWRO es post-tratamiento de acondicionamiento del
permeado. Permeado producido por el proceso de desalinización requiere la adición de productos
químicos de acondicionamiento para el almacenamiento en búfer y la estabilización antes de entrar en un
sistema de distribución de agua potable. Buffering y estabilización requiere muy poca energía; la mayor
parte de la potencia se asocia con el bombeo de SWRO permeado suficientemente alta (por ejemplo, 30
pies (10m)) a gotear hacia abajo a través de la piedra caliza (calcita) reactores para el almacenamiento
intermedio o de la energía minutos asociados con un sistema de apagado de la cal. Estos gastos de
energía son menos de 2% del requerimiento total de potencia para una instalación típica de
desalinización de agua de mar.
Otros métodos de tratamiento posterior del agua potable y la energía asociada a dicho tratamiento, son
comunes entre prácticamente todos los otros procesos de tratamiento en los EE.UU.. Estos incluyen
(pero no se limitan a) la desinfección con cloro y / o cloraminación, la fluoración, la adición de inhibidores
de la corrosión, y mezcla.
IV
Áreas restantes que contribuyen al consumo de energía para proyectos de agua
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
17
Cualquier proyecto de abastecimiento de agua también considera cómo la oferta disponible (para ser
tratado o no consumido) se transporta y se bombea a través de tuberías a la zona de tratamiento, y,
después del tratamiento, cómo el agua potable
11 Ibídem; MacHarg, J.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
18
será bombeado y transportado a través de oleoductos para el público. Como se puede imaginar, los
costos de energía asociados con estos dos componentes pueden variar en importancia, dependiendo
de lo lejos que la instalación es de la zona de origen y distribución.
Asociada con Suministro de Energía
Esta área podría ser uno de los componentes más subestimado o pasado por alto de los proyectos de
agua. Tal vez esto se debe a que en las zonas costeras, donde se encuentra una instalación de
desalinización de agua marina al lado del océano, el costo de energía para bombear agua de mar para la
instalación se asocia generalmente con la superación de una corta distancia y la elevación relativamente
corto para llegar a la planta de tratamiento. Muy cercano al océano tiene sentido económico, en todo caso
factible. Sin embargo, al evaluar la ecuación total de energía, tales como comparar un suministro de agua
frente a otro, los costos de energía para la alimentación de los suministros de agua convencionales del
interior a las zonas costeras pueden ser mayores que una instalación de desalinización costera.
Por ejemplo, la mayor parte del agua potable del sur de California proviene del Río Colorado a través
de los sistemas de acueducto y de transporte masivo. Esto implica el bombeo (y re-bombeo) de agua
cruda a través de una amplia variedad de elevaciones (colinas y montañas) para llegar finalmente al
consumidor el sur de California. Los costes de energía asociados con el suministro de esta agua es un
elemento importante del consumo de la californiana típica del sur de la energía - alrededor del 14% al
19% de la demanda total de energía residencial (que incluye aire acondicionado) 12.
Para un sistema de admisión convencional donde la fuente de alimentación está cerca de la instalación de
SWRO, el consumo de energía estará en el intervalo de 15% a 20% de la potencia total consumida por el
proceso de tratamiento del agua. Figura 5, desarrollado por el ADC, muestra una comparación de los
requerimientos de energía de los diferentes componentes de tratamiento de una instalación de producción
de SWRO 0.3, 10, y 50 millones de galones por día. Un beneficio adicional de la tabla de ADC es el efecto
economías de escala tienen en el precio de la energía.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
19
12 Wilkinson, Robert C, Ph.D., Análisis de la intensidad energética de suministro de agua para el Distrito de Agua de la Cuenca
Oeste Municipal, marzo de 2007.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
20
Figura 5
ADC - Consumo de Energía y Proyecciones13
Asociada con Distribución de Energía
Así como la fuente de agua de alimentación a una instalación de tratamiento de agua tiene un impacto de
energía, también lo hace la energía asociada con el agua potable de bombeo de la instalación de
tratamiento para el consumidor. Terreno local, elevación, impedimentos del subsuelo presión de
suministro (geológico o artificial), se requiere, y la accesibilidad de todo factor en el costo de la energía.
Por ejemplo, la cuenca del Distrito Oeste Municipal de Agua (WBMWD), situada cerca de Los Angeles,
en el sur de California, evaluó un escenario que incorpora tanto el costo de la energía y distribución de
agua importada. La Figura 6 muestra una comparación de los costes. Como la cifra demuestra, el
consumo de energía asociado con la desalinización de agua marina (incluyendo el transporte y
distribución de agua de alimentación) son competitivos con otras fuentes de corriente, alternativas de
suministro.
13 "Asequible Desalinización Perfiles de Estado de la SWRO Arte", www.affordabledesal.com , 27 de marzo 2008.Condiciones de
prueba: (excluyendo Registro ADC): 885 psi de presión de alimentación, 9,0 gfd, recuperación de 48%, 156 mg / L permear TDS,
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
21
0,8 mg / l de boro, alimentar TDS 31742 mg / L, 60 ° F.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
22
Figura 6
Suministro de Agua Energía Comparación Consumo en la Cuenca Oeste14
Residuos Gestión y Servicios de Apoyo
Este componente energético de una instalación de desalinización de agua marina incluye los elementos
restantes que apoyan el buen funcionamiento y operación de la planta de exclusión del proceso de
tratamiento en sí. Por ejemplo, similar a un parque comercial u hogar residencial, servicios de apoyo
típicos incluirían iluminación del edificio y aire acondicionado. Debido a que el tratamiento previo requiere
lavado y limpieza de vez en cuando, y las membranas de ósmosis inversa también requieren una
limpieza periódica, la energía asociada con bombas, calentadores, ventiladores, y los alimentadores
químicos se contabilizan. La Figura 7 muestra una composición típica de energía de la ayuda auxiliar
asociado con una instalación típica de desalinización.
14 Wilkinson, Robert C, Ph.D., Análisis de la intensidad energética de suministro de agua para el Distrito de Agua de la Cuenca
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
23
Oeste Municipal, marzo de 2007.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
24
Figura 715
Auxiliar (instalaciones) Componentes de SWRO
Energía
Estos componentes, cuando se añaden juntos y en comparación con el resto de la instalación,
representan entre el 10 y el 15% del consumo total de energía. Muchos de los servicios atribuidas al
consumo de energía son similares a cualquier otra instalación de agua potable convencional, con la
excepción del sistema (s) limpieza de la membrana. Tenga en cuenta que el valor real puede variar entre
los diferentes instalaciones basadas en las necesidades específicas de la planta y de personal.
V
Los costos de energía enrollada para instalaciones de desalinización de agua de mar
Aunque la aplicación básica de la tecnología de membranas es la misma entre las plantas de
desalinización de agua de mar, publicado informes sobre el total de (enrollado) consumo de energía de
SWRO instalaciones varían significativamente. Esto se debe a proyectos SWRO están diseñados
específicamente para el entorno local, lo que representa los costos de energía asociados con los cambios
en la salinidad de alimentación de agua y la temperatura, cambios en la elevación, el costo local de
energía y combustible, grado de tratamiento previo, la distancia a alimentar la fuente de suministro de
agua, y el punto de distribución. El gráfico en la Figura 8 contiene una serie de costes para los distintos
componentes de una instalación de ósmosis inversa, con base en los costos reales en las instalaciones
de SWRO operacionales. La energía "slice" es del 28% al 50%, que puede acercarse (o superar) la
recuperación de capital. Se proporciona un rango debido a que los componentes técnicos específicos de
factoring en el rango variará por el proyecto, y el costo de recuperación de capital es impulsado por
muchos factores tales como el interés, el costo de bonos, plazos de pago, y otros esquemas de
financiamiento.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
25
15 Dietrich Consulting Group, LLC.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
26
Figura 8
Rango típico de SWRO de costos del Fondo como porcentaje del total16
VI
Comparación de costos de energía con Otros Suministro de agua Alternativas
La desalinización de agua de mar no es más que una consideración en la cartera de alternativas de
abastecimiento de agua que una utilidad que pueda tener para elegir. Suministro de agua subterránea
fresca puede ser abundante en ciertas áreas de la Florida, pero su disponibilidad está llegando a ser muy
limitada en las zonas costeras y del interior. Un ejemplo de esto ocurrió en la región de Tampa Bay en la
década de 1990, en las extracciones de agua subterránea permitidos tuvieron que ser reducido de 192
mgd a 90 mgd para reducir los impactos ambientales relacionados con los retiros. Después de décadas
de ciclos de sequía repetitivos, la alternativa a la sequía prueba elegida por la utilidad maestro local
(Tampa Bay Water) fue la planta de desalinización de agua de mar.
Para fines de comparación, el uso de energía de diversas alternativas de abastecimiento de agua está
contenida en la Tabla 2. Por ejemplo, una planta de ósmosis inversa a lo largo del Golfo de México
consume la misma cantidad de energía como el agua de California importado, incluso antes de que se
trata el agua de California. Este es sólo un simple ejemplo ilustrativo de la competitividad energética de
SWRO desalinización, aunque debe tenerse en cuenta en el contexto adecuado. Dicho esto, SWRO lo
largo de la costa del Pacífico es competitivo, aunque el consumo de energía precisa sólo puede ser
comparado vez se definen características específicas del sitio.
16 Gráfico proporcionada por Dietrich Consulting
Group, LLC.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
14
Tabla 2
Energía El uso de diferentes alternativas de
suministro de agua
(1 kWh / KGAL = 325,8 kWh / AF)
Suministro Alternativo17
Consumo de energía, Range
kWh / kgal
kWh / AF
Proyecto de Agua del Estado (California)
Suministro de agua cruda a los puntos de tratamiento
9,0-10,6
El tratamiento convencional
0,8 - 1,5
Proyecto de Agua del Estado (California) - Total 09.08 a 12.01
Importado Río Colorado (California)
Suministro de agua cruda a los puntos de tratamiento
6,0-8,0
El tratamiento convencional
0,8 - 1,5
Importado Río Colorado (California) - Total
06.08 a
09.05
El agua recuperada para Indirecto Potable Reutilización
Tratamiento de aguas residuales
2.0 - 4.0
El tratamiento terciario para la reutilización potable indirecta
5,0-7,5
El agua reciclada para su reutilización potable indirecta - Total
7,0-11,5
Desalinización de agua salobre
3,0-5,0
Desalinización del agua del océano Pacífico
10.0 - 14.0
9.1 - 13.2
Desalinización del Golfo de México Agua
VII
2930 - 3450
260 - 490
3190 - 3940
1950 - 2600
260 - 490
2210 - 3090
650 - 1300
1630 - 2440
2280 - 3740
980 - 1630
3260 - 4560
2970 - 4300
Retos y Percepciones: ¿Es la relativa Consumo de energía realmente excesivo?
No, el consumo de energía en relación no es excesivo. Ganancias anuales documentados en la eficiencia
SWRO sin duda ayudan. De hecho, el costo potencia total para producir agua de mar desalinizada para
una familia de cuatro18 es equivalente al consumo de energía de alrededor de un refrigerador doméstico.
Teniendo en cuenta los problemas de huella de carbono, el impacto de la desalación de agua de mar es
relativamente modesta; Por ejemplo, el persona promedio, a través del proceso natural de la respiración,
produce aproximadamente 2.3 libras (1 kg) de dióxido de carbono por day19. Del mismo modo, la cantidad
de dióxido de carbono generado por 3-4 minutos de ejercicio moderado (por ejemplo, subir las escaleras
en vez del ascensor) es equivalente a las emisiones de CO2 de una planta SWRO producir un galón de
agua para un individuo a beber todo el day20 .
Además, los requerimientos de energía de los procesos de tratamiento de agua convencionales están
aumentando. La razón es que fo la mayor superficie de las fuentes de agua, el proceso de tratamiento
típico es química Además, la coagulación y sedimentación, seguido de filtración y desinfección. En el
caso de las aguas subterráneas (también) los sistemas,
17 http://www.affordabledesal.com/home/news/WConPurJan07.pdf
18 Familia de cuatro consumir 400 gpd en 0,0144 kWh / gal con un consumo de energía anual total para la producción de agua =
2.102 kW / año; frente a 16 pies cúbicos. refrigerador con el consumo de 725
(http://www.energysavers.gov/your_home/appliances/index.cfm/mytopic=10040) xa conservador 33% el tiempo de funcionamiento
= 2.117 kW / año.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
15
19 Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Considerada parte del ciclo "Las emisiones naturales" y no cuenta
para la generación de gases de efecto invernadero.
20 Cálculo basado en 600 libras. CO2 generado por MWh, que es un reconocido, conservador valor equivalente representante de
un proveedor de energía en el sur de California; Instalación de 50 MGD SWRO; 35 MWh de energía necesaria para la instalación
de ósmosis inversa; 120 gpd consumida por 3,2-persona de los hogares; y la tasa de respiración se duplicó durante el tiempo de
ejercicio.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
16
El tratamiento puede consistir de solamente la desinfección con cloro. Los pozos que se encuentran
bajo la influencia de las aguas superficiales deben cumplir superficie criterio de tratamiento de agua.
Todos los métodos de tratamiento deben cumplir con ciertas técnicas de tratamiento, los objetivos de
calidad del agua, y el criterio de eliminación de contaminantes. Como resultado, la futura aplicación de
la nueva normativa de agua potable aumentará el uso de mayores procesos de consumo de energía,
como el ozono y la membrana filtration.21
En 2002, la Legislatura de California aprobó el Proyecto de Ley 2717 (Hertzberg, Capítulo 957), que
solicitó al Departamento de Recursos Hidráulicos (DWR) para convocar el Grupo de Trabajo de
Desalinización de Agua de California a mirar en las oportunidades potenciales y los obstáculos para el uso
de agua de mar y la desalación de agua salobre, y examinar el papel que, en su caso, el Estado debe
desempeñar en el fomento de la utilización de technology22 desalinización. Un hallazgo principal del
Grupo de Trabajo es que económica y ambientalmente desalinización de agua marina aceptable debe ser
considerada como parte de una cartera equilibrada de agua para ayudar a satisfacer las necesidades de
abastecimiento de agua y ambientales existentes y futuras de California. Una de las conclusiones
relacionadas con la energía significativa del informe es que el correocapacidad de generación nergy del
Estado no sería un obstáculo para la ejecución de proyectos de desalinización actualmente propuestos. De
hecho, la aplicación de la tecnología de membranas SWRO 2002, más de media docena propuesta
instalaciones SWRO (por un total de más de 350 mgd23) Sumaría alrededor de 0,4% a carga de potencia
pico del Estado.
Desde el momento de ese informe, y teniendo en cuenta los avances de la tecnología de membranas
SWRO actuales y el aumento de la eficiencia del dispositivo de recuperación de energía, la adición se
reduciría a 0,35% o menos.
El consumo de energía SWRO puede ser relativamente alta en comparación con muchos otros métodos
de tratamiento de agua. Sin embargo, cuando se considera la ecuación total de agua / energía, incluyendo
la fuente de entrada, ubicación, distancia, y la calidad, los números de poder pueden llegar a ser muy
competitivo y tal vez incluso atractivo. El beneficio añadido de utilizar un método de tratamiento de aguas
del estado de la técnica, la producción de agua potable más alta calidad disponible, sin duda ayuda.
Además, otros (alternativas) el suministro de agua 1) pueden estar disminuyendo; 2) son cada vez más
deteriorada y requieren más tratamiento; y 3) las regulaciones son cada vez más estrictas, que, a su vez,
está requiriendo más tratamiento de las aguas superficiales no deteriorados.
A medida que la cantidad de energía necesaria disminuye con el aumento de la eficiencia de la
membrana y nuevos productos, los requisitos de alimentación de SWRO continuarán abordar el coste
energético de las fuentes existentes de suministro convencional, en particular las fuentes existentes
que requieren tratamiento adicional para cumplir con las normas y reglamentos de agua potable.
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
17
21 Burton, Franklin L., 1996, Agua y Aguas Residuales Industrias: Características y Oportunidades de Gestión de la Energía,
Instituto de Investigación de Energía Eléctrica Informe de RC-106941.
22 California Task Force Desalinización: "Desalinización del agua: Conclusiones y Recomendaciones", de
octubre de 2003. 23 http://www.water.ca.gov/desalination/pud_pdf/Desal_Handbook.pdf
El agua de mar Consumo Desalinización
de energía
Página
18