Spotřeba energie tvoří velkou část provozních nákladů čistíren odpadních vod. Jak využít nové technologie a obnovitelnou energii ke zlepšení energetické účinnosti a snížení spotřeby energie v procesu zásobování vodou a úpravy vody se stalo středem zájmu mnoha čistíren odpadních vod na světě. Dnes vám představíme využití solární energie v několika čistírnách odpadních vod ve Spojených státech amerických.

Předměstská hygienická komise ve Washingtonu, čistírna odpadních vod Seneca a Western Branch, Germantown a Upper Marlboro, Maryland

Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) zřídila dvě nezávislé 2 MW solární fotovoltaické elektrárny, z nichž každá může kompenzovat roční nákup elektrické energie připojené k síti ve výši přibližně 3278 MWh/rok. Oba fotovoltaické systémy na výrobu elektřiny jsou vybudovány na otevřených plochách nad zemí vedle čističky odpadních vod. Společnost Standard Solar byla vybrána jako dodavatel EPC a vlastníkem a poskytovatelem PPA byl Washington Gas Energy Services (WGES). AECOM pomáhá WSSC při revizi návrhových dokumentů dodavatelů EPC, aby byla zajištěna vysoká kvalita systému.

AECOM také předložil dokumenty o povolení k ochraně životního prostředí ministerstvu životního prostředí Maryland (MDE), aby zajistil, že solární fotovoltaický systém bude v souladu s místními předpisy pro životní prostředí. Oba systémy jsou připojeny ke klientovi snižovacího zařízení 13.2 kV/480 V a jsou umístěny mezi transformátorem a případnými relé nebo jističi, které chrání čistírnu odpadních vod. Kvůli volbě propojovacích bodů a výrobě solární energie, která někdy (i když zřídka) překračuje spotřebu energie na místě, byla instalována nová relé, aby se zabránilo návratu výkonu do sítě. Strategie propojení zařízení čistírny odpadních vod Blue Plains společnosti DC Water je velmi odlišná od strategie WSSC a vyžaduje více způsobů propojení, zejména s ohledem na to, že existují dva hlavní napájecí zdroje rozvětvené na tři hlavní elektroměry a odpovídající obvody vysokého napětí.

Čistírna odpadních vod Hill Canyon, Thousand Oaks, Kalifornie

Čistírna odpadních vod Hill Canyon byla postavena v roce 1961, s denní zpracovatelskou kapacitou přibližně 38,000 65 tun a je známá svým vynikajícím ekologickým managementem. Čistírna je vybavena třístupňovým čistícím zařízením a vyčištěnou odpadní vodu lze znovu použít jako regenerovanou. 500 % spotřeby energie na místě vyrábí 584kilowattová kogenerační jednotka a 500kilowattový stejnosměrný (8kilowatt AC) solární fotovoltaický systém. Solární fotovoltaický systém je instalován v přepadové nádrži jako sušící lože biopevných látek, jak je znázorněno na obrázku 2007. Tyto modulární komponenty jsou instalovány na jednoosém sledovači nad nejvyšší hladinou vody a všechna elektrická zařízení jsou instalována na jedné straně kanál, aby se minimalizovalo pronikání vody. Systém je navržen tak, aby bylo potřeba pouze instalovat kotvy svislého mola na stávající betonovou spodní desku bazénu, čímž se snižuje množství konstrukce potřebné pro tradiční piloty nebo základy. Solární fotovoltaický systém byl instalován na začátku roku 15 a může kompenzovat XNUMX % současných nákupů sítě.

Ventura County Waterworks District, Moorpark Reclaimed Water Plant, Moorpark, California

Přibližně 2.2 milionu galonů (přibližně 8330 m3) odpadních vod od 9,200 2011 uživatelů proudí každý den do zařízení na rekultivaci vody Moorpark. Strategický plán okresu Ventura na období 2016–XNUMX podrobně popsal pět „klíčových oblastí“, včetně „životního prostředí, využití půdy a infrastruktury“. V této specifické oblasti jsou klíčové strategické cíle: „Implementovat nákladově efektivní opatření na úsporu energie a snižování emisí prostřednictvím nezávislého provozu, regionálního plánování a spolupráce veřejného a soukromého sektoru.“

V roce 2010 Ventura County Water District No. 1 spolupracoval s AECOM na průzkumu fotovoltaických systémů. V červenci 2011 region obdržel cenu za výkon fotovoltaického projektu o výkonu 1.13 MW v zařízení Moorpark Waste Reclamation Facility. Region prošel dlouhým procesem žádosti o návrh (RFP). Nakonec počátkem roku 2012 získala společnost RECSolar povolení k projektu zahájení návrhu a výstavby fotovoltaického systému. Fotovoltaický systém byl uveden do provozu v listopadu 2012 a získal povolení k paralelnímu provozu.

Současný solární fotovoltaický systém dokáže ročně vyrobit asi 2.3 milionu kilowatthodin elektřiny, což může téměř vyrovnat 80 % elektřiny nakupované vodárnou ze sítě. Jak je znázorněno na obrázku 9, jednoosý sledovací systém generuje o 20 % více elektřiny než tradiční systém s pevným naklápěním, takže celková výroba elektřiny se zlepšila. Je třeba poznamenat, že když je osa ve směru sever-jih a bitové pole je v otevřené oblasti, má jednoosý sledovací systém nejvyšší účinnost. Závod na recyklaci odpadu v Mookparku využívá přilehlou zemědělskou půdu, aby poskytl nejlepší místo pro fotovoltaické systémy. Základ sledovacího systému je uložen na širokém přírubovém nosníku pod zemí, což výrazně snižuje náklady a čas na výstavbu. Během celého životního cyklu projektu ušetří region přibližně 4.5 milionu USD.

Camden County Municipal Public Utilities Administration, New Jersey

V roce 2010 si Camden County Municipal Utilities Authority (CCMUA) stanovil smělý cíl využít 100% obnovitelné energie, která je levnější než místní elektřina, ke zpracování 60 milionů galonů vyprodukovaných za den (asi 220,000 XNUMX m³) odpadních vod. CCMUA si uvědomuje, že solární fotovoltaické systémy takový potenciál mají. Čistírna odpadních vod CCMUA se však skládá hlavně z otevřených reakčních nádrží a tradiční střešní solární pole nemohou tvořit určité měřítko pro dodávku energie.

Navzdory tomu je CCMUA stále otevřené výběrové řízení. Pan Helio Sage, který se výběrového řízení účastnil, vyjádřil přesvědčení, že prostřednictvím některých doplňkových projektů bude nad otevřenou sedimentační nádrží nasazen fotovoltaický systém podobný solární garáži. Protože projekt má smysl pouze tehdy, může-li CCMUA dosáhnout okamžitých úspor energie, návrh schématu musí být nejen robustní, ale také nákladově efektivní.

V červenci 2012 spustilo CCMUA Solar Center 1.8 MW solární fotovoltaický systém výroby energie, který se skládá z více než 7,200 7 solárních panelů a pokrývá otevřený bazén o rozloze 8 akrů. Inovace designu spočívá v instalaci systému 9-XNUMX stop vysokého vrchlíku, který nebude narušovat používání, provoz nebo údržbu jiných bazénů.

Solární fotovoltaická konstrukce je v antikorozním provedení (slaná voda, kyselina uhličitá a sirovodík) a upravený přístřešek pro auto od firmy Schletter (známý dodavatel fotovoltaických konzolových systémů včetně přístřešků pro auta). Podle PPA nemá CCMUA žádné kapitálové výdaje a nenese odpovědnost za žádné náklady na provoz a údržbu. Jedinou finanční odpovědností CCMUA je platit pevnou cenu za solární energii po dobu 15 let. CCMUA odhaduje, že ušetří miliony dolarů na nákladech na energii.

Odhaduje se, že solární fotovoltaický systém vyrobí ročně asi 2.2 milionu kilowatthodin (kWh) elektřiny a výkon podle interaktivního webu CCMUA bude lepší. Web zobrazuje aktuální a akumulovanou produkci energie a environmentální atributy a odráží aktuální produkci energie v reálném čase, jak je znázorněno na obrázku níže.

West Basin Municipal Water District, EI Segundo, Kalifornie

West Basin Municipal Water District (West Basin Municipal Water District) je veřejná instituce věnující se inovacím od roku 1947, která poskytuje pitnou a regenerovanou vodu do 186 čtverečních mil západního Los Angeles. West Basin je šestá největší vodní plocha v Kalifornii, která slouží téměř jednomu milionu lidí.

V roce 2006 se West Basin rozhodl nainstalovat solární fotovoltaické systémy na výrobu energie na svých zařízeních s regenerovanou vodou v naději, že získá dlouhodobé finanční a ekologické výhody. V listopadu 2006 pomohla Sun Power West Basin nainstalovat a dokončit fotovoltaické pole, které se skládá z 2,848 564 modulů a generuje 783,000 kilowattů stejnosměrného proudu. Systém je instalován v horní části podzemního zásobníku na zpracování betonu v areálu. Solární fotovoltaický systém výroby elektrické energie West Basin může každý rok vygenerovat asi 10 2006 kilowatthodin čisté obnovitelné energie a zároveň snížit náklady na veřejná zařízení o více než 2014 %. Od instalace fotovoltaického systému v roce 5.97 byl kumulativní energetický výkon k lednu XNUMX XNUMX gigawattů (GWh). Obrázek níže ukazuje fotovoltaický systém ve West Basin.

Rancho California Water District, Santa Rosa Reclaimed Water Plant, Murrieta, California

Od svého založení v roce 1965 poskytuje Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) služby pitné vody, čištění odpadních vod a opětovného využití vody do oblastí v okruhu 150 čtverečních mil. Obslužnou oblastí je Temecula/RanchoCalifornia, včetně Temecula City, částí Murrieta City a dalších oblastí v Riverside County.

RCWD má výhledovou vizi a je vysoce citlivý na životní prostředí a strategické náklady. Tváří v tvář rostoucím nákladům na veřejná zařízení a ročním nákladům na energii ve výši více než 5 milionů amerických dolarů zvažovali solární fotovoltaickou výrobu energie jako alternativu. Před zvažováním solárních fotovoltaických systémů vyhodnotilo představenstvo RCWD řadu možností obnovitelné energie, včetně větrné energie, přečerpávacích nádrží atd.

V lednu 2007, na základě Kalifornského programu solární energie, obdržela společnost RCWD ocenění za výkon – pouze 0.34 USD za kilowatthodinu elektřiny během pěti let pod jurisdikcí místních veřejných služeb. RCWD uplatňuje PPA prostřednictvím SunPower, bez kapitálových výdajů. RCWD musí platit pouze za elektřinu vyrobenou fotovoltaickým systémem. Fotovoltaický systém je financován, vlastněn a provozován společností SunPower.

Od instalace 1.1 MW DC fotovoltaického systému RCWD v roce 2009 se tato oblast těší mnoha výhodám. Například zařízení Santa Rosa Water Reclamation Facility (Santa Rosa Water Reclamation Facility) může ročně ušetřit 152,000 30 USD na nákladech, což kompenzuje přibližně 73 % energetických potřeb elektrárny. Kromě toho, protože společnost RCWD volí kredity za obnovitelné zdroje energie (REC) související s jejím fotovoltaickým systémem, může v příštích 30 letech snížit více než XNUMX milionů liber škodlivých uhlíkových emisí a má pozitivní dopad na trh na životní prostředí.

Očekává se, že solární fotovoltaický systém ušetří regionu v příštích 6.8 letech až 20 milionu amerických dolarů na nákladech na elektřinu. Solární fotovoltaický systém instalovaný v závodě RCWD Santa Rosa je systém sledování náklonu. Ve srovnání s tradičním systémem pevného naklápění je jeho návratnost výroby energie asi o 25 % vyšší. Proto je podobný jednoosému fotovoltaickému systému a pevný Oproti naklápěcímu systému se také výrazně zlepšila hospodárnost. Kromě toho systém šikmého sledování vyžaduje větší plochu, aby se zabránilo ucpání stínu řádek po řádku, a musí být orientován v přímé linii. Systém šikmého sledování má svá omezení. Podobně jako u jednoosého sledovacího systému musí být postaven v otevřené a neomezené obdélníkové oblasti.