Der Energieverbrauch macht einen Großteil der Betriebskosten von Kläranlagen aus. Der Einsatz neuer Technologien und erneuerbarer Energien zur Verbesserung der Energieeffizienz und zur Reduzierung des Energieverbrauchs in der Wasserversorgung und Wasseraufbereitung steht im Fokus vieler Kläranlagen weltweit. Heute stellen wir Ihnen die Anwendung von Solarenergie in mehreren Kläranlagen in den USA vor.

Washington Suburban Sanitation Commission, Seneca und Western Branch Kläranlage, Germantown & Upper Marlboro, Maryland

Die Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) hat zwei unabhängige 2-MW-Solar-Photovoltaik-Kraftwerke errichtet, die jeweils den jährlichen netzgekoppelten Strombezug von ca. 3278 MWh/Jahr kompensieren können. Beide Photovoltaik-Stromerzeugungsanlagen werden auf Freiflächen oberirdisch neben der Kläranlage errichtet. Als EPC-Vertragspartner wurde Standard Solar ausgewählt, und Washington Gas Energy Services (WGES) war Eigentümer und PPA-Anbieter. AECOM unterstützt WSSC bei der Überprüfung der Konstruktionsunterlagen von EPC-Lieferanten, um die hohe Qualität des Systems sicherzustellen.

AECOM hat auch Umweltgenehmigungsdokumente beim Maryland Department of Environment (MDE) eingereicht, um sicherzustellen, dass die Photovoltaikanlage den lokalen Umweltvorschriften entspricht. Beide Systeme werden an den Kunden des 13.2kV/480V-Abwärtswandlers angeschlossen und befinden sich zwischen dem Transformator und eventuellen Relais oder Leistungsschaltern, die die Kläranlage schützen. Aufgrund der Wahl der Kopplungspunkte und der Solarstromerzeugung, die manchmal (wenn auch selten) den Stromverbrauch vor Ort übersteigt, wurden neue Relais installiert, um zu verhindern, dass der Strom ins Netz zurückkehrt. Die Verbindungsstrategie der Kläranlage Blue Plains von DC Water unterscheidet sich stark von der von WSSC und erfordert mehrere Verbindungsmethoden, hauptsächlich angesichts der Tatsache, dass zwei Hauptstromeinspeisungen von Versorgungsunternehmen zu drei Hauptstromzählern und entsprechenden Mittelspannungskreisen verzweigen.

Kläranlage Hill Canyon, Thousand Oaks, Kalifornien

Die Hill Canyon Kläranlage wurde 1961 mit einer täglichen Verarbeitungskapazität von ca. 38,000 Tonnen gebaut und ist für ihr ausgezeichnetes Umweltmanagement bekannt. Die Kläranlage ist mit einer dreistufigen Aufbereitungseinrichtung ausgestattet und das gereinigte Abwasser kann als Regenwasser wiederverwendet werden. 65 % des Stromverbrauchs vor Ort werden von einem 500 Kilowatt Blockheizkraftwerk und einer 584 Kilowatt DC (500 Kilowatt AC) Photovoltaik-Solaranlage erzeugt. Die Solar-Photovoltaik-Anlage wird in einem Überlaufbecken als Trockenbett aus Biofeststoffen installiert, wie in Abbildung 8 dargestellt den Kanal, um das Eindringen von Wasser zu minimieren. Das System ist so konzipiert, dass nur die vertikalen Pfeileranker auf der vorhandenen Betonbeckenbodenplatte installiert werden müssen, wodurch der Bauaufwand für herkömmliche Pfähle oder Fundamente reduziert wird. Die Photovoltaik-Solaranlage wurde Anfang 2007 installiert und kann 15 % des aktuellen Netzbezugs kompensieren.

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

Täglich fließen etwa 2.2 Millionen Gallonen (ca. 8330 m3) Abwasser von 9,200 Benutzern in die Moorpark Water Reclamation Facility. Der strategische Plan 2011-2016 von Ventura County enthielt fünf „Schlüsselbereiche“, darunter „Umwelt, Landnutzung und Infrastruktur“. Die wichtigsten strategischen Ziele in diesem speziellen Bereich sind: „Durch eigenständigen Betrieb, Regionalplanung und öffentlich-private Zusammenarbeit kostengünstige Maßnahmen zur Energieeinsparung und Emissionsminderung umsetzen.“

Im Jahr 2010 arbeitete Ventura County Water District No. 1 mit AECOM zusammen, um Photovoltaikanlagen zu untersuchen. Im Juli 2011 erhielt die Region einen 1.13-MW-Fonds für die Leistung von Photovoltaik-Projekten in der Moorpark Waste Reclamation Facility. Die Region hat einen langen Request for Proposal (RFP)-Prozess durchlaufen. Anfang 2012 erhielt RECSolar schließlich die Genehmigung für das Projekt, mit der Planung und dem Bau der Photovoltaikanlage zu beginnen. Die Photovoltaikanlage wurde im November 2012 in Betrieb genommen und erhielt eine Parallelbetriebsgenehmigung.

Die aktuelle Photovoltaikanlage kann jährlich rund 2.3 Millionen Kilowattstunden Strom erzeugen, was fast 80 % des Strombezugs des Wasserwerks aus dem Netz ausgleichen kann. Wie in Abbildung 9 gezeigt, erzeugt das einachsige Nachführsystem 20 % mehr Strom als das herkömmliche System mit fester Neigung, sodass die Gesamtstromproduktion verbessert wurde. Es sollte beachtet werden, dass das einachsige Nachführsystem die höchste Effizienz hat, wenn sich die Achse in Nord-Süd-Richtung befindet und sich das Bit-Array im offenen Bereich befindet. Die Abfallrecyclinganlage Mookpark nutzt angrenzendes Ackerland, um den besten Platz für Photovoltaikanlagen zu bieten. Das Fundament des Nachführsystems wird unterirdisch auf den Breitflanschträger gestapelt, was die Baukosten und -zeit erheblich reduziert. Während des gesamten Lebenszyklus des Projekts spart die Region rund 4.5 Millionen US-Dollar.

Camden County Municipal Public Utilities Administration, New Jersey

Im Jahr 2010 hat sich die Camden County Municipal Utilities Authority (CCMUA) das mutige Ziel gesetzt, 100 % erneuerbare Energie zu verwenden, die billiger als lokaler Strom ist, um die täglich erzeugten 60 Millionen Gallonen (ca. 220,000 m³) Abwasser zu verarbeiten. CCMUA ist sich bewusst, dass Photovoltaik-Solaranlagen ein solches Potenzial haben. Die Kläranlage der CCMUA besteht jedoch hauptsächlich aus offenen Reaktionsbehältern, und herkömmliche Solaranlagen auf dem Dach können keine bestimmte Größe zur Stromversorgung bilden.

Trotzdem ist CCMUA noch offene Ausschreibung. Herr Helio Sage, der an der Ausschreibung teilnahm, äußerte seine Überzeugung, dass durch einige zusätzliche Projekte eine Photovoltaikanlage ähnlich einer Solargarage über dem offenen Klärbecken zum Einsatz kommen wird. Da das Projekt nur dann sinnvoll ist, wenn CCMUA sofortige Energieeinsparungen erzielen kann, muss das Konzept des Systems nicht nur robust, sondern auch kostengünstig sein.

Im Juli 2012 hat das CCMUA Solar Center eine 1.8 MW Photovoltaik-Solarstromerzeugungsanlage in Betrieb genommen, die aus mehr als 7,200 Sonnenkollektoren besteht und einen offenen Pool von 7 Hektar abdeckt. Die Innovation des Designs liegt in der Installation des 8-9 Fuß hohen Überdachungssystems, das die Verwendung, den Betrieb oder die Wartung anderer Gerätepools nicht beeinträchtigt.

Die Solar-Photovoltaik-Struktur ist korrosionsbeständig (Salzwasser, Kohlensäure und Schwefelwasserstoff) und eine modifizierte Carport-Überdachung von Schletter (einem bekannten Anbieter von Photovoltaik-Halterungssystemen, einschließlich Carports). Laut PPA hat CCMUA keine Investitionsausgaben und ist nicht für Betriebs- und Wartungskosten verantwortlich. Die einzige finanzielle Verantwortung der CCMUA besteht darin, für 15 Jahre einen Festpreis für Solarstrom zu zahlen. CCMUA schätzt, dass es Energiekosten in Millionenhöhe einsparen wird.

Es wird geschätzt, dass die Photovoltaikanlage jährlich etwa 2.2 Millionen Kilowattstunden (kWh) Strom erzeugen wird, und die Leistung basierend auf der interaktiven Website von CCMUA wird besser sein. Die Website zeigt die aktuelle und kumulierte Energieproduktion und Umweltattribute an und spiegelt die aktuelle Energieproduktion in Echtzeit wider, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Städtischer Wasserbezirk West Basin, EI Segundo, Kalifornien

West Basin Municipal Water District (West Basin Municipal Water District) ist eine öffentliche Institution, die sich seit 1947 der Innovation verschrieben hat und die 186 Quadratmeilen von West Los Angeles mit Trinkwasser und aufbereitetem Wasser versorgt. West Basin ist das sechstgrößte Wassergebiet in Kalifornien und versorgt fast eine Million Menschen.

Im Jahr 2006 beschloss West Basin, in seinen aufbereiteten Wasseranlagen solare Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme zu installieren, in der Hoffnung, langfristige finanzielle und ökologische Vorteile zu erzielen. Im November 2006 half Sun Power West Basin bei der Installation und Fertigstellung der Photovoltaikanlage, die aus 2,848 Modulen besteht und 564 Kilowatt Gleichstrom erzeugt. Das System wird auf der Oberseite des unterirdischen Betonverarbeitungslagertanks im Bereich installiert. Das photovoltaische Solarstromerzeugungssystem von West Basin kann jedes Jahr rund 783,000 Kilowattstunden saubere erneuerbare Energie erzeugen und gleichzeitig die Kosten für öffentliche Einrichtungen um mehr als 10 % senken. Seit der Installation der Photovoltaikanlage im Jahr 2006 betrug die kumulierte Energieleistung per Januar 2014 5.97 Gigawatt (GWh). Das Bild unten zeigt die Photovoltaikanlage in West Basin.

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

Seit seiner Gründung im Jahr 1965 bietet der Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) Trinkwasser-, Abwasseraufbereitungs- und Wasserwiederverwendungsdienste für Gebiete in einem Umkreis von 150 Quadratmeilen an. Das Versorgungsgebiet ist Temecula/RanchoCalifornia, einschließlich Temecula City, Teilen von Murrieta City und anderen Gebieten in Riverside County.

RCWD hat eine zukunftsweisende Vision und ist sehr sensibel für Umwelt und strategische Kosten. Angesichts steigender Kosten für öffentliche Einrichtungen und jährlichen Energiekosten von mehr als 5 Millionen US-Dollar sahen sie als Alternative die solare Photovoltaik-Stromerzeugung an. Vor der Prüfung von Photovoltaik-Solaranlagen hat der RCWD-Vorstand eine Reihe von erneuerbaren Energieoptionen bewertet, darunter Windkraft, Pumpspeicherbecken usw.

Im Januar 2007 erhielt RCWD im Rahmen des California Solar Energy Program eine Leistungsprämie in Höhe von nur 0.34 US-Dollar pro Kilowattstunde Strom innerhalb von fünf Jahren unter der Zuständigkeit des örtlichen öffentlichen Versorgungsunternehmens. RCWD übt PPA über SunPower ohne Kapitalaufwand aus. RCWD muss lediglich den Strom aus der Photovoltaikanlage bezahlen. Die Photovoltaikanlage wird finanziert, besitzt und wird von SunPower betrieben.

Seit der Installation der 1.1 MW DC-Photovoltaikanlage von RCWD im Jahr 2009 profitiert das Gebiet von vielen Vorteilen. Beispielsweise kann die Santa Rosa Water Reclamation Facility (Santa Rosa Water Reclamation Facility) Kosten in Höhe von 152,000 US-Dollar pro Jahr einsparen und damit etwa 30 % des Energiebedarfs der Anlage ausgleichen. Darüber hinaus kann RCWD, da RCWD Renewable Energy Credits (RECs) im Zusammenhang mit seinem Photovoltaiksystem wählt, in den nächsten 73 Jahren mehr als 30 Millionen Pfund schädlicher COXNUMX-Emissionen reduzieren und hat einen positiven Einfluss auf die Umwelt.

Die Photovoltaikanlage soll in den nächsten 6.8 Jahren bis zu 20 Millionen US-Dollar an Stromkosten für die Region einsparen. Die in der Anlage RCWD Santa Rosa installierte Photovoltaikanlage ist ein Tilt-Tracking-System. Verglichen mit dem traditionellen System mit fester Neigung ist die Energieertragsrate um etwa 25 % höher. Daher ist es ähnlich wie bei der einachsigen Photovoltaik-Anlage und fest montiert. Gegenüber dem Neige-System ist auch die Wirtschaftlichkeit deutlich verbessert. Außerdem benötigt das Schrägverfolgungssystem eine größere Fläche, um eine zeilenweise Überdeckung des Schattens zu vermeiden, und muss in einer geraden Linie ausgerichtet werden. Das Schrägverfolgungssystem hat seine Grenzen. Ähnlich wie das einachsige Nachführsystem muss es in einem offenen und uneingeschränkten rechteckigen Bereich gebaut werden.