エネルギー効率は世界の水渇きを満たすのに役立ちます

国連は、20億人以上が安全な飲料水にアクセスできず、40億人以上が安全な衛生サービスにアクセスできないと推定しています。 2023 年世界水の日は、国連の 6 番目の持続可能な開発目標「すべての人にとって水と衛生の利用可能性と持続可能な管理を確保する」を達成するために私たちが取るべき措置を考える機会です。

水と廃水処理の経済性を考慮する価値があります。 これらの部門は現在非常にエネルギーを大量に消費しており、世界の総電力の約 4% を消費しています。 エネルギー消費量が多いとコストが高くなります。 平均して、エネルギーコストは上水コストの 45% を占めます。

したがって、上下水処理のエネルギー効率を高めることが、これらの必需品をより多くの人々に届けるための鍵となります。 同時に、エネルギー使用量の削減により、この部門の二酸化炭素排出量と運営コストが削減され、全員が恩恵を受けます。

水処理から輸送、廃水処理、淡水化に至るまで、この分野のすべてのプロセスはポンプに依存しています。 幸いなことに、同じ出力を供給するためにポンプのモーターに必要な電力量を大幅に削減する技術が利用可能です。

既存のモーターと新しいモーターの両方に可変速ドライブ (VSD) を取り付けることができます。 これにより、モーターの速度とトルクがプロセスの要件に正確に適合するように調整され、エネルギー効率が向上します。

駆動装置がなければ、モーターは常にフルスピードで動作し、流速はスロットルによって制御されます。これは、片足でアクセルを踏み続け、ブレーキを使用して速度を制御することで車を運転するようなものです。 ドライブを使用すると、モーターは必要な速度で正確に動作しますが、通常はフルスピードよりはるかに低くなります。 これにより、エネルギー効率が大幅に向上し、多くの場合最大 30 パーセント、場合によってはそれ以上の向上が可能になります。

上下水道施設でも、最も効率的なモーターを選択することでエネルギー効率を向上させることができます。 多くの国では、国際電気標準会議 (IEC) が定めたモーター効率クラスを使用しています。 これらのクラスの範囲は IE1 から IE4 までです。 IE 番号が IE3 から IE4 に増加するごとに、エネルギー損失が 20% 減少することを意味し、モーターの効率が向上することを意味します。

2023 年 7 月から、EU エコデザイン規制により、新規設置およびアップグレードの多くのタイプのモーターに対して IE4 の最低効率が要求されます。 これにより、ヨーロッパは IE4 の効率性を必要とする世界で最初の地域となり、他の地域も必ずそれに続くことになります。

同期リラクタンス (SynRM) モーター テクノロジーは、IE5 効率を達成することでさらに一歩前進しました。 これらは、VSD とのパッケージ ソリューションとして機能するように設計されており、古いモーターよりも効率が大幅に向上しています。 たとえば、既存の IE2 モーターを SynRM モーター ドライブ パッケージに置き換えると、エネルギー損失が最大 50% 削減されます。

ABB の効率的なモーターは、古いモデルのドロップイン交換用に設計されているため、通常はアップグレードが簡単です。 さらに、エネルギーの節約により、迅速な投資収益率が得られます。 通常、数年ではなく数か月単位で行われます。

ドイツのボホルトにある下水処理場のオペレーターは、施設の効率を向上させて二酸化炭素排出量を削減することを目指していました。 彼らはポンプが電力使用量を削減する最良の機会であると判断し、モーターを IE5 SynRM モーター ドライブ パッケージに置き換えました。

改修中に、ポンプの羽根車の形状も改良され、機械効率が向上しました。 同工場は今でも毎日 108,000 立方メートルの廃水を浄化していますが、現在ではエネルギー使用量が 40% 削減されています。

ドイツの他の場所、ヴュルテンベルクの水処理施設では、飲料水を軟水化する役割を担っています。 このプロセスにはエネルギーを大量に消費するコンプレッサーが必要ですが、この施設では VSD と組み合わせた IE5 SynRM モーターを使用してコンプレッサーに電力を供給しています。 他のエネルギー節約策と組み合わせることで、この工場はわずか 1 年でエネルギー使用量を 32% 削減しました。

一方、エジプトのシナイ島にある世界最大の下水処理施設も、大胆な効率目標を設定しました。 Bahr El Bakar 工場では、20 個の高効率 IE4 モーターを使用しており、それぞれが VSD とペアになっています。 農業廃水を処理して毎日 5,600,000 立方メートルの処理水を生成します。 これらのモーターにより、工場での電力使用量が削減されるだけでなく、ポンプの信頼性も向上します。