نویسنده : محمد ابراهيم رئيسي – پژوهشگر اقتصاد و محیط زیست- افزايش جمعيت و بدنبال آن افزايش تقاضا براي آب شرب در جهان، ايجاد شبكه اي گسترده براي انتقال و تصفيه آب با رعايت استانداردهاي كيفي به منظور تامين آن را ضروري كرده است. صنعت آب و فاضلاب انرژي بالایی را براي تصفيه و توزيع آب و جمع آوري و تصفيه فاضلاب مصرف میکند.
با توجه به گسترش مفهوم پايداري در جهان و نگاه يكپارچه آن به مسايل اقتصادي، اجتماعي و محيط زيستي به طور همزمان و همچنين مسايل مرتبط با تغييرات اقليمي، اين صنعت در سالهاي اخير تلاش خود را بر بهبود پايداري سيستم ها و كاهش انتشار گازهاي گلخانه اي متمركز كرده است.
افزايش هزينه هاي انرژي نيز سبب سرعت بخشيدن به اين اقدامات شده است. در دنيا روش هاي زيادي براي بهبود پايداري تامين آب مورد بررسي قرار گرفته است. اين روش ها را ميتوان به دودسته اصلی طبقه بندي كرد.
دسته اول بر كاهش مصرف آب متمركز است. روش هايي مثل استفاده مجدد از آب خاكستري، طرح هاي كاهش نشت و مديريت فشار آب و طرحهاي جمع آوري آب باران كه با مديريت عرضه و تقاضاي آب كاهش مصرف انرژي را نيز به دنبال دارند.
دسته دوم متمركز بر بازيابي انرژي از سيستم هاي آب و فاضلاب هستند. روش‌هايي چون توليد بيوگاز از روش هضم بي هوازي تصفيه فاضلاب و توليد برق در مكان هايي از شبكه كه امكان استفاده از فشار آب وجود دارد كه سبب خواهد شد تا مصرف كل انرژي كاهش يابند.
آناليز انرژي اين شبکه‌ها نشان داده است که افزايش فشار با افزايش نشتي ارتباط مستقيم دارد. لذا نصب شيرهاي فشارشكن در بسياري از شبکه‌هاي توزيع آب انجام میگیرد. اين شيرها فشار و در نتيجه حجم نشت را کاهش مي دهند. از طرف ديگر بازيابي انرژي در شبکه‌هاي توزيع آب تحت فشار ميتواند مورد توجه قرار گيرد. بهره‌گيري از پتانسيل ارتفاعي موجود در خطوط اصلي انتقال آب ثقلي به صورت توليد انرژي برقابي مي تواند رهيافت مناسبي جهت مديريت فشار آب در شبکه و استفاده بهينه از جريان عبوري، قلمداد گردد.
يکي از روش هاي کارآمد در مديريت بهره‌برداري از شبکه‌هاي آبرساني شهري، کنترل فشار مازاد موجود در برخي از نقاط اين سامانه‌ها است.
در اين شبکه‌ها، به منظور جلوگيری از فشار اضافي وارد بر تجهيزات پايين‌دست، اغلب از شيرهای کنترل فشار استفاده ميشود. با وجود بارآبي اضافي (فشار مازاد آب) ميتوان با استفاده از توربين يا “پمپ به عنوان توربين”[1] از پتانسيلهای موجود در توليد برق استفاده کرد. استفاده از اين روش علاوه بر فراهم كردن امکان استفاده از یک منبع انرژی پاک، انرژي از سيستم بازيافت شده و ردپای کربن را در سيستم‌هاي آبرساني كاهش ميدهد كه نهايتا به توسعه سیستم‌های پایدارتر در صنعت آب کمک مي‌کند. اين فرايند در چارچوب همبست آب-انرژي نيز قابل بررسي است.
از منظر محيط زيستي، استفاده از اين منابع انرژي تجديدپذير باعث کاهش انتشار گازهاي گلخانه اي در مقايسه با انرژي‌هاي تجديد ناپذير مي شود. بنابراين، اين سيستم هاي بازيابي مي توانند تقاضاي سيستم براي مصارف انرژي در تأسيسات خود را تأمين کنند و انرژي مازاد توليدي را نيز به شبكه تزريق نمود.
مصرف انرژي در شبکه‌هاي تامين آب، سهم 7 درصد از مصرف انرژي جهان را دارد. در كشور آمريكا، مصرف انرژي در سيستم هاي توزيع آب بين 0/18 تا 0/32 کيلووات ساعت بر متر مکعب برآورد شده است.
علاوه بر تامين انرژي براي مصرف در سيستم داخلي، از نظر اقتصادي مزاياي فروش انرژي و ايجاد درآمد مي تواند در برخي موارد کاملاً قابل توجه باشد (اگرچه اين توليد در طول زمان نامنظم است زيرا به جريان بستگي دارد، که به عنوان تابع مصرف در شبکه‌هاي آب متفاوت است).
براساس آخرين آمارهاي جمع آوري شده توسط مديريت انرژي شركت مهندسي آب و فاضلاب كشور، در سال 1399 كل انرژي مصرفي بخش آب و فاضلاب در كشور 7/2 میلیارد كيلووات ساعت بوده كه سهم بخش آب از اين مقدار معادل 6/9 ميليارد كيلووات ساعت است. در اين شرايط اجراي طرحهاي پيش‌گفته از جمله روش “بازيابي انرژي از طريق احداث نيروگاه برروی خطوط انتقال آب” براي پايداري شبكه آب در ايران نيز قابل بررسي و اجرا است.
احداث نيروگاه برروی خطوط انتقال آب داراي آثار مثبت قابل ملاحظه‌اي از جمله تجديدپذير بودن انرژی برق آبي، بهره‌برداری از ظرفيت‌های کمتر جريان آب، پراکندگي مناسب شبکه های انتقال آب در مناطق مختلف، پايين بودن قيمت تمام شده انرژی، کوتاهي زمان ساخت، سادگي فنّاوری و قابليت سرمايه‌گذاری بخش خصوصي و کاهش مشکلات اجتماعي و محيطزيستي از طريق کاهش توليد گازهای گلخانه‌ای ميباشد.
با توجه به آنكه بيش از 94% از برق كشور از منابع سوخت فسيلي تهيه ميشود، ميتوان صرفه‌جويي در مصرف سوخت و به تبع آن كاهش انتشار گازهاي گلخانه اي را از جمله مهمترين مزيت توليد برق از بازيابي فشار داخل شبكه‌ها و خطوط انتقال آب از طريق انواع نيروگاه هاي برقابي كوچك[2] برشمرد.
استفاده از اين روش بهره‌وری انرژی سیستم‌های تامین آب را از طریق بازیافت انرژی در مراحل مختلف فرآیند تامین آب و تبديل آن به انرژي الكتريكي افزايش ميدهد. همچنين چنین فرآیندی وابستگی سيستم‌هاي تامين آب را به برق شبکه محلی كم كرده و هزینه های عملیاتی سیستم را کاهش می دهد.
احداث نيروگاه هاي برقابي در شبکه‌هاي آبرسانی استفاده گسترده ای در دنيا دارد. در سوئیس 90 نیروگاه برقابي کوچک در شبکه آبرسانی شهري نصب شده است. اين نيروگاه ها متشكل از 470 نيروگاه بر روي خطوط لوله آب شرب و 51 نيروگاه بر روي خطوط انتقال فاضلاب تصفيه شده است كه ظرفيت نصب آنها در مجموع 62 مگاوات با انرژي توليدي 277 گيگاوات ساعت در سال است.
دولت ترکیه نيز سیاست انرژی خود را بر اساس حداکثر کردن پتانسیل انرژی آبی قرار داده است. در راستاي اجرايي كردن اين سياست بهره‌برداري از پتانسیل انرژی آبی قابل توجهی نیز كه در سیستم‌های تامین آب موجود وجود دارد، در برنامه كار قرار دارد.
مناسب ترین مکان برای تولید برق آبی در سیستم های تامین آب، خطوط تامین آب هستند که قبل از تصفیه‌خانه یا شبکه توزیع آب قرار دارند. در خطوط آبرسانی، فشار اضافی با ایجاد جت آب در مخزن کاهش فشار تخلیه می شود. اما فشار اضافی را می توان با نصب یک توربین آبی از سیستم خارج کرد و با استفاده از برق آن را به انرژی مفید تبدیل کرد.
در شهر ادرمیت ترکیه 12 مخزن کاهش فشار در امتداد خطوط آبرسانی شهر وجود دارد كه دارای پتانسیل توليد انرژی الکتریکی 4/08 گیگاوات ساعت در سال است که حدودا معادل 560000 یورو در سال منفعت اقتصادی دارد.
بررسي جنبه هاي اقتصادي و مالي توليد برق در صنعت آب
ايران نيز پتانسيل زيادي براي استفاده از اين منبع توليد برق وجود دارد كه بيشتر فعاليتهاي انجام شده برروي خطوط انتقال آب شهري تا قبل از محدوده تصفيه خانه ها ميباشد. اما با اين وجود تلاش هاي عملياتي بسيار محدودي در داخل شهرها براي استفاده از اين پتانسيل شده است.
توجيه پذيري اقتصادي احداث نيروگاه هاي برقابي در خطوط انتقال آب سوال اساسي است كه بايد به آن پاسخ داده شود. منافع اقتصادي اين نيروگاه ها كاهش مصرف سوختهاي فسيلي،كاهش هزينه هاي انتشار آلاينده هاي محيط زيستي و گازهاي گلخانه اي از ديدگاه جامعه است. از اين نگاه با توجه هزينه هاي فرصت بالاي سوخت در كشور و قيمت بالاي برق توليدي نيروگاه هاي حرارتي (درحال حاضر تنها سوخت مصرفي برق نيروگاه هاي حرارتي هزينه هاي در حدود 7 تا 10 سنت با توجه به قيمت سوخت گاز،گازوييل و نفت كوره براي كشور به همراه دارد).
به اين موارد بايد هزينه هاي كاهش انتشار گازهاي آلاينده و گلخانه اي معادل 1 سنت را به ازا هر كيلووات ساعت برق به آن افزود. همه اينها سبب ميشود تا هزينه توليد برق از اين نيروگاه ها كه در حدود 2 سنت است، كاملا داراي توجيه اقتصادي باشد.
از ديدگاه مالي نيز حمايت هاي به عمل آمده از برق تجديدپذير در قالب خريد تضميني برق، ماده 12 قانون رفع موانع توليد و امكان فروش برق در بورس در قالب تابلو سبز برق بورس فرصت مناسب را براي جلب سرمايه گذاران پديد می آورد.
يك سرمايه گذاري كم ريسك در نيروگاه هاي برقابي در خطوط انتقال آب بين تصفيه خانه ها و مخازن آب شهري به سبب تامين دايم و مطمئن آب شرب (اين امر ريسك هاي سرمايه گذاري را به سبب نبود آب براي توليد برق از بين میبرد) با دسترسي آسان به محل سايت براي احداث و بهره برداري و سودآوري قابل توجه میشود.
در حال حاضر مطالعات انجام شده در شهر تهران نشان ميدهد كه از خطوط انتقال بين تصفيه خانه هاي شهر تهران و مخازن آن امكان توليد برق با نيروگاه هاي زير 10 مگاوات وجود دارد. پتانسيل هاي بسيار مطلوب اقتصادي و مالي در اين شهر حداقل در حدود 17/3 مگاوات با توليد ساليانه در حدود 130 گيگاوات ساعت است. استفاده از اين پتانسيل در تهران بايد در دستور كار وزارت نيرو قرار گرفته و مطالعات مشابهي براي ساير شهرهاي كشور به منظور ايجاد شبکه آبرساني با رويكرد پايدار در نظر گرفته شود.
[1] Pump As Turbin(PAT)
[2] اتحاديه اروپا نیروگاه‌های آبی کوچك (SHP) را به عنوان نیروگاه های برق آبی با ظرفیت حداکثر 10 مگاوات تعریف می کند نیروگاه‌های برقآبی کوچک خود به نيروگاههاي مینی، میکرو و پیکو تقسیم می‌شوند. برقابي‌هاي مینی معمولا ظرفیت تولید کمتر از 1000 کیلووات دارند، میکروها ظرفیت تولید کمتر از 100 کیلووات و پيكوها ظرفيت توليد كمتر از 5 كيلووات دارند.
