Eficiência energética em sistemas de distribuição de água : análise de estudos de casos na RMSP

Orientador: Prof. Dr. Herlander da Mata Fernandes Lima Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Energia, Santo André, 2020. O fornecimento de água potável é um serviço essencial para qualquer município e por se tratar de sistema de alta complexidade, possui grande demanda por energia elétrica, constituindo gastos significativos às companhias de saneamento. Só a SABESP (Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo) é responsável pelo consumo de 0,55% da energia elétrica no Brasil. Sendo assim, há a necessidade de criação e aprimoramento de projetos de eficiência energética no setor devido ao fato da eficiência energética e o desempenho hidráulico dos sistemas de distribuição de água estarem relacionados. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a relação entre o consumo de energia elétrica, a redução de perdas e a regularidade da distribuição de água em setores de abastecimento sob regime de gestão de demanda noturna e em setor de abastecimento com estratégia de performance, considerando a economia financeira e os fatores que influenciam a eficiência energética na operação da distribuição de água potável, por meio de casos práticos de sistemas de distribuição de água geridos pela SABESP na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). O estudo forneceu fortes evidências dos impactos significativos da variação da demanda (vazão fornecida mais perdas) nos indicadores relacionados à energia. O ajuste da operação de bombeamento de acordo com o perfil e comportamento socioeconômico da população reduz o tempo de bombeamento e, portanto, o consumo de energia. O consumo específico de energia com base no total de água injetada no sistema reduziu em média de 0,41 kWh/m³ no início dos estudos para um nível médio de 0,35 kWh/m³ no final do estudo; já o consumo específico de energia da água distribuída reduziu em média, nos setores estudados, de 0,71 kWh/m³ para 0,61 kWh/m³ no final do estudo; a demanda efetiva de água atual requer menos energia que a quantidade gasta nas estações elevatórias de água. Tanto o volume total de água injetada no sistema de distribuição de água quanto o volume de água entregue aos clientes foram usados para estimar o consumo específico de energia e destacar a oportunidade remanescente de economia de energia; as perdas de água diminuíram continuamente após a implementação das medidas apresentadas, de um volume médio anual de 111.375 m³ para 92.631 m³. A média do índice de perdas totais no início do estudo era de 365 L/lig.dia, reduzindo para 240 L/lig.dia no final do estudo, o que significa uma redução de 35%; as reclamações de clientes reduziram em 31%. Quando refere-se especificamente aos resultados obtidos pela implantação da estratégia de performance, tem-se que: o consumo específico de energia da água injetada no sistema, apresentou redução de 20%; já com relação ao consumo específico de energia da água distribuída, houve redução de 37%; o índice de perdas reduziu 53% após a implantação da estratégia de performance; com relação às reclamações de falta d¿água, houve redução de 61% após a implantação. Esses resultados mostram a efetividade da gestão de demanda e da estratégia de performance na melhoria da eficiência energética. The supply of drinking water is an essential service for any municipality and because it is a highly complex system, it has great demand for electricity, constituting significant expenses for the sanitation companies. Only SABESP (Basic Sanitation Company of the State of São Paulo) is responsible for the consumption of 0.55% of electricity in Brazil. Therefore, there is a need to create and improve energy efficiency projects in the sector due to the fact that energy efficiency and the hydraulic performance of water distribution systems are related. The present work aims to evaluate the relationship between electricity consumption, leakage reduction and regularity of water distribution in supply sectors under night demand management regime and in supply sectors with performance strategy, considering the financial savings and factors that influence energy efficiency in the operation of drinking water distribution, through practical cases of water distribution systems managed by SABESP in the Metropolitan Region of São Paulo (MRSP).The study provided strong evidence of the significant impacts of demand variation (flow provided plus losses) on energy-related indicators. Adjusting the pumping operation according to the population's socioeconomic profile and behavior reduces the pumping time and, therefore, electricity consumption. The specific consumption of electricity based on the total water injected into the system reduced by an average of 0.41 kWh/m³ at the beginning of the studies to an average level of 0.35 kWh/m³ at the end of the study; the specific electricity consumption of the distributed water, on the other hand, reduced, on average, in the sectors studied, from 0.71 kWh/m³ to 0.61 kWh/m³ at the end of the study; the actual demand for current water requires less electricity than the amount spent on water pumping stations. Both the total volume of water injected into the water distribution system and the volume of water delivered to customers were used to estimate specific electricity consumption and highlight the remaining opportunity for electricity savings; water leakages decreased continuously after the implementation of the measures presented, from an average annual volume of 111,375 m³ to 92,631 m³. The average total leakage index at the beginning of the study was 365 L/connection/day, reducing to 240 L/connection/day at the end of the study, which means a reduction of 35%; customer complaints decreased by 31%. When it refers specifically to the results obtained by the implementation of the performance strategy, we have that: the specific electricity consumption of the water injected in the system, presented a reduction of 20%; regarding the specific electricity consumption of the water distributed, there was a reduction of 37%; the loss rate decreased 53% after the implementation of the performance strategy; regarding complaints of lack of water, there was a reduction of 61% after implementation. These results show the effectiveness of demand management and the performance strategy in improving energy efficiency.