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Energy Efficiency and the Water- Energy Nexus: Water Utilities Perspectives

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Academic year: 2021

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(1)Energy Efficiency and the WaterEnergy Nexus: Water Utilities Perspectives Rabi H. Mohtar. WEF Nexus Research Group Texas A&M University. Cutting Losses: WOPs in support of Energy Efficiency and Water Loss Reduction.

(2) Mission 1. Water-Energy-Food Nexus platform 2. Green Water accounting: scalable thermodynamic modeling tools for improved accounting of water resources 3. Feasibility of non-traditional water to help bridge the water gap. Global Service Learning at home and abroad 2.

(3) Global Population. 3.

(4) Global Urbanization. 4.

(5) Growing Megacities.

(6) Water Stress.

(7) Energy Architecture Performance Index.

(8) Energy Poverty.

(9) Climate Change.

(10) Global Water Infrastructure.

(11) Global Hotspots Water Scarcity Food Security Expanding Cities Water Security. Growing Demand Population Growth Economic Dev.

(12) Urban Agriculture: Unintended Consequences?.

(13) Water Demand Projections in Texas.

(14) Holistic Approach Needed. (Mohtar and Daher, 2012).

(15) Water-Energy-Food Nexus.

(16) Water-Energy-Food Nexus Platform wefnexustool.org. For more information wefnexus.tamu.edu.

(17) 17.

(18) Case Studies.

(19) Water Utilities 2050 Water for Public/Rec Water for Urban Agriculture. Water for Energy Production. Water for Drinking. Water Utility Allocations 2050 Spatial, Temporal, Quality, End-Use. Water for Hygiene. Water for Industry.

(20) Challenges! • • • • • • • •. Increasing demand/higher capacity Responding to expansion needs/growing cities Energy needs, availability, and accessibility Water sources, losses and associated costs Resilience and adaptation to risks Trade-offs for different projected growth tracks? One-solution-fit-all? or localized solutions? Dynamic Spatial-Temporal management?.

(21) Trade‐ Offs Affecting Water Supply and Sanitation Decisions. Source Environment Directorate, OECD, Paris, France.

(22) Framework: WEF Nexus Approach CO2. Energy Mix Diesel, NG, Wind, solar, Geothermal…. Population Growth Urbanization Climate Change. Water Choices Public Conservation Awareness. Utility Network Governance. Desalination, surface water, ground water, Treated water. Investment ROI Availability/ accessibility.

(23) Supporting Policy Making. Assessment Platform Environmental. Policy Alternatives. Economic. Social.

(24) Next Steps?. Others?.

(25) Thanks!. 25.

(26) Los costes energéticos suponen, de media, un 7 % de los costes operativos. (AEAS, 2014). Etapa del Ciclo. kWh/m3 (Promedio). Desaladoras. 4,162. ETAPs. 0,074. Bombeos (Ab). 0,602. Bombeos (San). 0,385. EDARs. 0,555. Ciclo completo (promedio). 0,965 1.

(27) Consumo energético anual en el hogar. IDAE e INE (2012). ESPAÑA. Consumo Porcentaje Coste (Euros) Calefacción…………………………..……. 4.656. 47 %. 420. Electrodomésticos.…………………... 1.922. 19 %. 350. ACS. Calentamiento agua.…………. 1.872. 19 %. 180. Cocina………………………………………. 733. 7%. 110. Iluminación…………………………….... 406. 4. 80. En espera (Standby)………………….. 228. 2. 45. Consumo servicios Ciclo Integral.. 180. Refrigeración……………………….…... 79. TOTAL… (Kwh/hogar).…..…………... 9.897 Kwh. CARBURANTES VEHÍCULO………….. 7.650 Kwh. 32 1. 15. 100 %. 1.200. 77 % s/c.e.hogar. 1.400.

(28) AHORRO Y OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA Menor consumo energético + Liberalización del mercado eléctrico. APROVECHAMIENTOS ENERGÉT. (PRODUCCION) • • • • • •. Hidráulica Micro y Pico turbinas Cogeneración  Incineración Secados térmicos Fotovoltaica. (microturbines) (co‐generation) (slurry drying) (photovoltaic solar energy). Por ejemplo, el CanalYIIGestión reporta una  generación de entre 150 y 350GWh/año  dependiendo de la pluviometría de los años  2012‐2014. OPTIMIZACIÓN COMPRA ENERGIA. 3.

(29) Coeficiente ANR (Agua No Registrada) (%) 35 30. 32 29. 28. +5,6% (2012‐2014) Retroceso a niveles de 2002. 29 26. 25. 25. 24.6. 24 24.3. 23.8. 23.3. 24.6. 20 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 (AEAS, 2014) Metodología del Estudio de consumos energéticos  Electrodomésticos en Stand‐by frente a ciclo integral del agua (sin doméstico)  Stand‐by supone un 2,3% del consumo total energético de los hogares  El consumo energético está basado en una media de 1,5kWh/m3 y 123m3/año (AEAS, 2014) 4.

(30) EFICIENCIA EN REDES DE DISTRIBUCION  Actuaciones en la Reducción de las pérdidas en la red (Water losses reduction) Cronología Reducción de un 27% del Agua No Registrada (ANR) entre 1990‐2010 (32%‐23,3%) Non‐Revenue Water (NRW) Repunte por déficit de inversión Incremento del 5,6% en 2010‐2012 (retroceso a niveles de 2002, 24,6%) Últimas Tecnologías Sectorización de la red y análisis caudales nocturnos Microsectorización dinámica Detectores acústicos  (Leak Detectors throug acoustic methods) Correladores Inyección de Helio como gas trazador  (tracer gas helium) Georadar Gestión avanzada de presiones   (pressure management) Control del fraude  (Fraud control) Selección, mantenimiento y renovación de contadores  (meter reading) 5.

(31) (Arlandis, F., 2014 en CONAMA, 2014). Bibliografía  Eficiencia Energética y Regulación Económica en los Servicios de Agua Urbana (CEPAL,  2015)   Estudio Multidisciplinar sobre el Nexo Agua‐Energía (Lanza C., 2015)  Encuesta de Indicadores Energéticos (AEAS, 2014)  Análisis de consumos energéticos domésticos (AEAS, 2014)  Gestión energética en el ciclo integral del agua (Arlandis F., en CONAMA, 2014) 6.

(32) WOP entre Companhia de Saneamento  Ambiental de Distrito Federal & Aguas del Norte Presentado por: Ing. Nilce Regina da Silva Superintendência de Gestão Operacional CAESB NilceSilva@caesb.df.gov.br. Ing. Gabriel Sbrugnera Gerente de Logística – Gerencia de Operaciones Aguas del Norte gabriel_sbrugnera@cosaysa.com.ar.

(33) Localización de las partes. Mentor Beneficiario Facilitador.

(34) Las partes en el hermanamiento Operador Beneficiario AGUAS DEL NORTE. Operador Mentor CAESB. 1,079,051. 2,724,321. Cantidad de Conexiones. 282,259. 618,386. Cantidad de Empleados. 852. 2,592. 96 % - 75 %. 98 % - 82 %. Nivel de Micromedición. 23%. 99%. Nivel de Macromedición. en desarrollo. 98%. estimada en 48 %. 27.8%. 75. 237. 15%. 32%. Principales Datos. Población Atendida. Cobertura de Agua - Cloaca. Agua no contabilizada Energía anual consumida GWh / Año Impacto de la Energía en el costo operativo. 3.

(35) El WOP en números hasta la fecha • Inicio en 2009 con visita exploratoria ‐ 6 años desde 2010.  • 18 profesionales involucrados directamente. • Inversión en viajes superior a U$D 50.000 con aporte de las tres  partes (mayoritario de B.I.D). • Cinco Areas de Interés detectadas: • • • • •. Eficiencia Energética Micromedición y Macromedición Modelo de Tarifa Plataformas Informáticas Mejoras en Plantas depuradoras 4.

(36) Herramientas de trabajo utilizadas • Reuniones Técnicas • Reuniones Gerenciales • Exposiciones • Visitas técnicas • Intercambio de información a distancia • Transferencia de conocimiento. 5.

(37) Resultados hasta la fecha. 6.

(38) PROYECTO 1 – Eficiencia Energética. • Modernización  Electromecánica:. • Primeros pasos en  Telemetría:. 7.

(39) • Control Administrativo de Contratos:. 324 modificaciones de contratos de  suministro en 3 años  . 50 % de reducción en sobrecostos ‐ penalizaciones:. Multas / Factura ( % ) 3,00% 2,50% 2,00% 1,50% 1,00% 0,50% 0,00% 1. 2. 3. 4. 5. 1 2 3 4 5. Año 2010 2011 2012 2013 2014. Multas % 2,67% 2,75% 2,27% 1,72% 1,00% objetivo. 8.

(40) • Variación de Velocidad Pozos  y en Rebombeos Cloacales.  Ejemplo:. Consumos Rebombeo San Javier - KWh anuales 250000 200000. 36 %. 150000 KWh 100000. Sin embargo:. 50000 0 2013 2. 1 2012. • El consumo de energía sigue  subiendo para cubrir el déficit  de agua: Es el desafío ‐ requiere  importante inversión que  acompañe. Kw Total - Por Año 76000000 74000000 72000000 70000000 68000000 66000000. Kw Total. 64000000 62000000 60000000 Año 2010 Año 2011 Año 2012 Año 2013 Año 2014. 9.

(41) PROYECTO 2 – Micromedición y Macromedición • Control de Consumos y Pérdidas Localidad de San Lorenzo – Prueba  Piloto: •Se completó la micromedición al 100 % •Se instalaron macromedidores al 80 % •Tareas técnico-administrativas varias. •Resultados: Reducción de consumos en los usuarios hasta el 35 % (promedio general 13 %) Reducción de Agua no Contabilizada pendiente (actual entre 47 % y 49 %). 10.

(42) • Una decisión estratégica recomendada por CAESB fue la utilización de  medidores: . . Capacidad Y (para caudales máx. 1,5 m3/h ) – Clase B ‐ en  consumos hasta 100 m3 / mes. Capacidad A (para caudales máx. 3,0 m3/h ) – Clase C - en consumos de 101 a 250 m3 / mes.. • Entonces se gestionaron y consiguieron 10.000 micromedidores de  Clase C para las siguientes etapas de instalación y recambio.. 11.

(43) PROYECTO 3 – Tarifas asociadas a Micromedición • Rediseño del Modelo de Tarifa para estimular la reducción de  consumos – en etapa de análisis: Precio por m3 Residencial - promedio Rangos de Consumo USD 0.800 USD 0.700 USD 0.600 USD 0.500 USD 0.400 USD 0.300 USD 0.200 USD 0.100 USD 0.000. Propuesta Actual. 0 a 10 m3. 11 a 20 m3. 21 a 50 m3. 51 a 100 101 a 500 501 m3 y m3 m3 más. 12.

(44) PROYECTO 4 – Plataformas Informáticas – G.I.S. • Se redefinieron en Aguas del Norte las Normas para graficar,  racionalizar y resguardar la información. • Se inició el proceso de redibujar y georeferenciar la  información. • Se comenzó a utilizar la herramienta Q ‐ GIS que utilizó  CAESB en su etapa intermedia de desarrollo. • Un concepto a tener en cuenta es el desarrollo de  plataformas propias a muy bajo costo. PROYECTO 5 – Tecnología en Plantas Depuradoras • A desarrollar entre 2015 y 2016 – Reactores UASB.. 13.

(45) Debate • Desafíos urgentes  Es necesario intensificar el ritmo de visitas, para mantener la  motivación en alto. Es imprescindible asegurar las partidas presupuestarias anuales,  para evitar demoras en los viajes. W.O.P. debería ser además un facilitador de acceso al  financiamiento para los Proyectos.. 14.

(46) Debate • Factores de éxito o fracaso: El esfuerzo, empuje y motivación de los Profesionales  involucrados mantiene activas las iniciativas. Pero decae con el tiempo cuando las tareas diarias nos absorben  de nuevo.  Entonces es necesario manenter el ritmo de los intercambios para  darle continuidad.. 15.

(47) • Enseñanzas obtenidas “… buscar la eficiencia de manera aislada no funciona bien, no  debe ser la razón sino la consecuencia de buenas prácticas en la  operación, mantenimiento y gestión de los recursos  disponibles…” REDUCCION DE CONSUMOS. MEJORA DE PROCESOS. 16.

(48) • Beneficios y oportunidades “…el contacto permanente y la creación de vínculos profesionales  nos permite acortar camino en decisiones técnicas o  estratégicas…”. Ejemplo: Asesoría para el Reemplazo tecnológico de bombas de lodos: Costo > unos pocos emails. 17.

(49) “... la Motivación de Gerentes y Técnicos, aumenta el  compromiso con el servicio brindado y con su propio trabajo…”. 18.

(50) Próximas etapas • Debemos continuar con el hermanamiento.  • Los siguientes pasos necesarios 2016 ‐ 2017:  Consolidar los proyectos en curso.  Identificar nuevas áreas de interés a desarrollar (generación a través de  biogas / pérdidas en redes, etc.)  Una de las áreas importantes para Aguas del Norte es el Fortalecimiento  Institucional Empresario.. • Trabajar en el desarrollo de Proyectos y la búsqueda de  financiamiento para concretarlos. 19.

(51) ¡Gracias!. 20.

(52) WOP between Lilongwe Water Board  (mentee) & E‐Thekwini Water and  Sanitation (mentor) NRW PRESENTATION Presented by Teddy, position, EWS Speedy, position, EWS Verson Kafodya, Zone Manager, LWB.

(53) Presentation Outline • Location of Partners • NRW at LWB • Short‐term NRW Actions undertaken under WOP • Results • Discussion • Medium Term Action to be undertaken. 2.

(54) Location of Partners. Mentor Mentee Facilitator.

(55) Location of Partners cont…. 4.

(56) NRW at LWB • NRW at LWB is at 35 % • It is estimated that apparent losses = physical losses • Main causes:  • • • • • •. Leakages on transmission mains (old infrastructure) Burst on transmission mains Leakage on distribution mains (old infrastructure) Overflows (not often, but important) Faulty meters Illegal connections Unbilled connections (new connection taking time to be billed) Faulty meter. 5.

(57) Short‐term Actions under WOP • Implementation of 10 point NRW Action Plan • • • • •. Use of PRV’s to reduce pressure Lowering of exposed pipes Replacement of faulty meters Reduction of unbilled customers (new connections) Reduced response time to bursts and leakages (bursts being isolated within  30 minutes and reported leakages maintained within 2 days). • Development of NRW strategy • Distribution of educational materials that encourage customers to report leakages, illegal  connections and bursts • Illegal connection amnesty was run for one month (January 2015). • Incentivizing of illegal connection reports • Preventive maintenance started (replacement and servicing of air valves) 6.

(58) Results of the  Short‐term Actions • PRV was installed at Area 18 DMA (bursts reduced from 1 a day to 1 in 2  weeks) • Over 40 km of exposed pipes were lowered • Over 500 faulty meters were replaced • Over 900 unbilled connections are now billed • Over 50 customers reported their illegal connections and are now billed • Customers are now reporting illegal connections or suspected illegal  connections . 7.

(59) Results of the  Short‐term Actions cont.. • Four community outreach meetings were carried out • • • • •. With Government institutions Commercial customers Institutional customers and  Block Leader from LIA and WUA  Grouping called ‘Friends of LWB’ is formed from these meetings. • Service Level Standards & Customer Service Charter have been drafted • Government has approved University of MW to carry out Customer  Survey (discussions are at advanced stage) • Requirements for new billing system developed (advert to be out soon). 8.

(60) Discussions • Challenges • • • • • •. Shortage of financial resources Illegal connections Vandalism Poor workmanship of contractors and staff Poor quality of materials Shortage of data for decision making. Vandalism. • Lessons learnt • Development of NRW budget • Use of service contracts to reduce NRW. Illegal connections 9.

(61) Medium Term PIP • In the Medium Term, LWB would like to; • • • • • •. Replace 30 km of aging distribution pipes Replace 20 km of frequently bursting 300 mm AC transmission mains Replace 500 industrial, institutional and commercial meters Replace 10,000 domestic meters Procure leak detection equipment Test and replace malfunctioning source meters. 10.

(62) Next Steps • In its 2015/16 budget LWB has set aside funds to implement some  NRW activities  i.e.  • • • •. Customer surveys (USD10,000 ) Pipe replacement (USD 20,000),  Procurement of domestic meters (USD500,000)  Procurement of bulk meters (USD90,000). • LWB is seeking USD 13,670,000 to fund its MPIP  for the next 2 years  (2016/17) of which part will be for NRW reduction.. 11.

(63) Hard at work. 12.

(64) Thanks!. 13.

(65) WOP between Provincial Waterworks  Authority of Thailand  & Water Corporation of  Australia Presented by Yolanda B. Gomez Partnership Coordinator, WaterLinks.

(66) Location of Partners. Mentor Mentee Facilitator.

(67) The Partners • Mentee • Provincial Waterworks Authority (PWA), Chiang Rai & Udon Thani • Provides water supply to 0.5 M people • Impacted by a changing climate regime : water quality issues ,   water losses, high energy inputs • Mentor • Water Corporation of Perth, Australia • Provides water and wastewater services to more than 2M people in  West Australia • Facilitator • WaterLinks. • Funder: ADB and USAID. 3.

(68) The WOP • Duration: 21 months • Costs: US$80,000  • Thematic: water quality management, NRW management and energy  efficiency • Approach: diagnostic visit of mentors; reciprocal visits; training on water quality  management, energy efficiency and NRW management as  part of the mentor  visits • Objectives • Improve water quality management practices ( high turbidity and manganese levels)  • Improve NRW through a water meter replacement program • Introduce energy efficiency management  in water service provision. All Within the context of building a climate resilient water service provider. 4.

(69) Results : At the technical Level: •Developed and adopted a new protocol for water quality management  that addressed high turbidity and manganese levels •Developed and implemented a water meter replacement program to  address NRW management •Introduced energy efficiency program to achieve energy efficient  operations  •Trained a total of 100 PWA personnel on water quality management and  energy efficiency  •Formed an Energy Efficiency Core Team to carry out provincial‐wide EE  training 5.

(70) Discussion Challenges:  • Need  to allow for changes and  adjustments of workplan during the  WOP implementation taking into account obtaining situation •Agreed timeframe, resources, commitment and cooperation •Realistic outputs or achievements •Language difficulties •Management style  and structures (in the recipient)  do not promote  innovation and allow operators to take initiative. 6.

(71) Discussion. Success factors: • Commitment and willingness of mentee to carry out the recommendations of  the mentors • Support from PWA leadership in all WOP‐related activities, both financial and  in‐kind support • Mentor and facilitator having a dedicated  staff who speaks Thai who were  involved in during the duration of the WOP • Presence of a national coordinator to help facilitate the WOP Lessons learned: • High level support from mentees is needed to ensure WOP success • Availability of funds to carry out mentors recommendation (i.e.  Acquisition  of equipment and chemicals , improving water laboratory • Benefits and opportunities PWA as mentor for neighboring country  7.

(72) Next Steps • PWA adoption and implementation  of the new water quality  management protocol  and conduct of training to cover all  provinces • Replication of the water meter replacement program in other  provinces and development of standard criteria for meter  replacement • Conduct of energy audit in other provinces and conduct of training on  energy efficiency and formation of  Energy Efficiency Group within  PWA • Sharing of results of  WOP within PWA and neighboring country (Lao  PDR). 8.

(73) [Photo of the  WOP partners at  work (optional)]. 9.

(74) Thank you. 10.

(75) WOP entre EMASESA& Tirta Raharja. Presentado por Graciano Carpes Hortal EMASESA.

(76) Localización de las partes . Mentor Beneficiario Facilitador.

(77) Las partes en el hermanamiento  • Operador beneficiario • Tirta Raharja, Bandung • Nº de empleados: 319 • Retos clave, contexto • Operador mentor • Emasesa, Sevilla • Nº de empleados: 807 • Primer operador de agua español en realizar un WOP. • Tercera parte (facilitador o donante si se aplica). • ADB, Filipinas • Tipo de apoyo: Facilitar la interacción entre operadores de agua y dar  apoyo financiero. . 3.

(78) • Duración: Noviembre 2010 a Noviembre 2012 • Costes: 50.000 USD • Tema: Control de ANC, de fugas, de agua no facturada, de contadores y de metrología. • Objetivos: • Apadrinar a una empresa operadora o servicio municipal de agua de algún país asiático en el camino de mejora de sus servicios, estableciendo unas bases de cooperación para elaborar un Diagnóstico y un Plan de Trabajo sobre un determinado tema. • Obtener referencias para una futura colaboración con otra entidad multinacional o para una futura oferta al ADB.. 4.

(79) Resultados 1/2 • En el diagnóstico inicial se identificó la reducción de pérdidas de agua como principal objetivo de mejora. • PDAM Tirta Raharja y EMASESA desarrollaron conjuntamente un plan de trabajo con el fin de conseguir ese objetivo. • El plan incluía tanto formación clásica presencial, así como el desarrollo de una zona piloto. Se identifico desde el inicio que el apoyo activo de EMASESA en todas las actividades era de suma importancia.. 5.

(80) Resultados 2/2 • Contadores de agua: Sustitución de medidores de la clase B por la clase C, para una mejor precisión en la facturación. • Aumentó un 10.65% la precisión de la facturación.. • Reducción de Agua no Contabilizada: Puesta en marcha de dos Áreas de Medición de Distrito (DMA) e introducción de un nuevo software para balance de agua. • Reducción de la NRW del 38% al 22% en DMA 1 (Cingcin Permata Indah) y del 64% al 48% en DMA 2 (Banjaran Kota). • Establecimiento de una nueva unidad dedicada exclusivamente al control de fugas de agua.. 6.

(81) • General • Profesionalización del personal del operador beneficiario. • Contadores de agua: Sustitución de medidores de la clase B por la clase C, para una mejor precisión en la facturación. Como resultado de la sustitución, aumentó un 10.65% la precisión de la facturación.. 7.

(82) Debate • Principales desafíos  • Financiación: Inicialmente no había presupuesto disponible para el desarrollo del proyecto piloto (DMA). • Comunicación: Dificultades para comunicarse en Indonesio/Inglés/Español. • Confianza: Hubo que superar ciertas barreras antes de ganar la confianza de ambas partes.. • Factores de éxito • La flexibilidad del mentor • Disposición a cambiar (de la alta dirección de las operaciones) • Centrarse en el aprendizaje. 8.

(83) • Enseñanzas aprendidas Descubrimos que nuestros procesos no son tan diferentes y que podemos aprender unos de otros. Lo más importante es ser capaz de superar los obstáculos culturales, en lugar de las diferencias en los negocios. Al final del día todos nos ocupamos del agua.. • Beneficios y oportunidades Emasesa consiguió con este primer WOP darse a conocer entre los operadores de agua de esta región.. 9.

(84) Próximas etapas • Hubo una extensión del hermanamiento que aun hoy dura (han sido 5 los WOP en los que EMASESA ha participado como mentor) • Los operadores locales de se están convirtiendo en mentores de otros WOP SUR-SUR. • El empleo de una forma de trabajo planificada, siguiendo un plan predeterminado se esá empleando en otros proyectos. Esta prácica mejora los resultados obtenidos. • La detección de necesidades está permitiendo definir con mayor precisión los aspectos que necesitan inversiones. • Toda esta información va a permitir desarrollar planes de inversión futuros.. 10.

(85) 11.

(86) ¡Gracias!. 12.

(87)

Referencias

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