مصرف انرژی بخش بزرگی از هزینه های عملیاتی تصفیه خانه های فاضلاب را تشکیل می دهد. نحوه استفاده از فناوری های جدید و انرژی های تجدیدپذیر برای بهبود بهره وری انرژی و کاهش مصرف انرژی در فرآیند تامین آب و تصفیه آب، مورد توجه بسیاری از تصفیه خانه های فاضلاب در جهان قرار گرفته است. امروز کاربرد انرژی خورشیدی در چندین کارخانه فاضلاب در ایالات متحده را به شما معرفی می کنیم.

کمیسیون بهداشت حومه واشنگتن، کارخانه تصفیه فاضلاب Seneca and Western Branch، Germantown و Upper Marlboro، Maryland

کمیسیون بهداشت حومه واشنگتن (WSSC) دو نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی مستقل 2 مگاواتی ایجاد کرده است که هر کدام می توانند خرید برق سالانه 3278 مگاوات ساعتی برق متصل به شبکه را جبران کنند. هر دو سیستم تولید برق فتوولتائیک در مناطق باز بالای زمین، در کنار تصفیه خانه فاضلاب ساخته شده اند. استاندارد سولار به عنوان پیمانکار EPC انتخاب شد و خدمات انرژی گاز واشنگتن (WGES) مالک و ارائه دهنده PPA بود. AECOM به WSSC در بررسی اسناد طراحی تامین کنندگان EPC برای اطمینان از کیفیت بالای سیستم کمک می کند.

AECOM همچنین اسناد مجوز زیست محیطی را به وزارت محیط زیست مریلند (MDE) ارسال کرد تا اطمینان حاصل شود که سیستم فتوولتائیک خورشیدی با مقررات محیطی محلی مطابقت دارد. هر دو سیستم به مشتری دستگاه کاهنده 13.2 کیلو ولت / 480 ولت متصل هستند و بین ترانسفورماتور و هر رله یا قطع کننده مداری که از تصفیه خانه فاضلاب محافظت می کند قرار دارد. با توجه به انتخاب نقاط اتصال و تولید برق خورشیدی که گاهی اوقات (البته به ندرت) از مصرف برق در محل فراتر می رود، رله های جدیدی برای جلوگیری از بازگشت توان خروجی به شبکه نصب شده است. استراتژی اتصال تاسیسات تصفیه خانه فاضلاب آبی دشت آبی DC واتر بسیار متفاوت از WSSC است و نیازمند روش‌های اتصال چندگانه است، عمدتاً با توجه به اینکه دو فیدر برق شهری انشعاب به سه کنتور برق اصلی و مدارهای ولتاژ متوسط ​​مربوطه وجود دارد.

کارخانه تصفیه فاضلاب Hill Canyon، Thousand Oaks، کالیفرنیا

تصفیه خانه فاضلاب هیل کانیون در سال 1961 با ظرفیت پردازش روزانه تقریباً 38,000 تن ساخته شد و به دلیل مدیریت عالی زیست محیطی شناخته شده است. کارخانه فاضلاب مجهز به دستگاه تصفیه سه مرحله ای است و پساب تصفیه شده را می توان به عنوان آب بازیافتی مورد استفاده مجدد قرار داد. 65 درصد برق مصرفی در محل توسط یک واحد تولید همزمان 500 کیلووات و یک سیستم فتوولتائیک خورشیدی 584 کیلووات DC (500 کیلووات AC) تولید می شود. سیستم فتوولتائیک خورشیدی همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است در یک مخزن سرریز به عنوان بستر خشک کن بیوسولیدها نصب شده است. کانال برای به حداقل رساندن نفوذ آب این سیستم به گونه ای طراحی شده است که فقط نیاز به نصب لنگرهای پایه عمودی بر روی صفحه بتنی زیر استخر موجود دارد و میزان ساخت و ساز مورد نیاز برای شمع بندی یا پی های سنتی را کاهش می دهد. سیستم فتوولتائیک خورشیدی در اوایل سال 2007 نصب شد و می تواند 15 درصد از خریدهای فعلی شبکه را جبران کند.

منطقه آبرسانی شهرستان ونتورا، کارخانه آبی اصلاح شده مورپارک، مورپارک، کالیفرنیا

تقریباً 2.2 میلیون گالن (تقریباً 8330 متر مکعب) فاضلاب از 3 کاربر هر روز به تأسیسات احیای آب مورپارک سرازیر می شود. برنامه استراتژیک 9,200-2011 شهرستان ونتورا پنج “منطقه کلیدی” شامل “محیط زیست، کاربری زمین و زیرساخت” را به تفصیل شرح داد. اهداف استراتژیک کلیدی در این زمینه خاص به شرح زیر است: «اجرای اقدامات مقرون‌به‌صرفه صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار از طریق عملیات مستقل، برنامه‌ریزی منطقه‌ای و همکاری عمومی/خصوصی».

در سال 2010، منطقه آبی شهرستان ونتورا شماره 1 با AECOM برای بررسی سیستم های فتوولتائیک همکاری کرد. در جولای 2011، این منطقه یک صندوق جایزه عملکرد پروژه فتوولتائیک 1.13 مگاواتی را در تأسیسات احیای زباله مورپارک دریافت کرد. منطقه یک فرآیند طولانی درخواست برای پیشنهاد (RFP) را پشت سر گذاشته است. سرانجام، در اوایل سال 2012، مجوز پروژه برای شروع طراحی و ساخت سیستم فتوولتائیک به RECsolar اعطا شد. سیستم فتوولتائیک در نوامبر 2012 مورد استفاده قرار گرفت و مجوز عملیات موازی را دریافت کرد.

سیستم فتوولتائیک خورشیدی فعلی می تواند حدود 2.3 میلیون کیلووات ساعت برق در سال تولید کند که تقریباً می تواند 80 درصد برق خریداری شده توسط نیروگاه آب از شبکه را جبران کند. همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است، سیستم ردیابی تک محوری 20 درصد بیشتر از سیستم شیب ثابت سنتی برق تولید می کند، بنابراین تولید برق کلی بهبود یافته است. لازم به ذکر است زمانی که محور در جهت شمال به جنوب و آرایه بیت در ناحیه باز باشد، سیستم ردیابی تک محوره بیشترین بازده را دارد. کارخانه بازیافت زباله موک پارک از زمین های کشاورزی مجاور استفاده می کند تا بهترین مکان را برای سیستم های فتوولتائیک فراهم کند. پایه سیستم ردیابی روی تیر فلنج پهن زیر زمین انباشته شده است که هزینه و زمان ساخت و ساز را بسیار کاهش می دهد. در طول کل چرخه عمر پروژه، منطقه تقریباً 4.5 میلیون دلار صرفه جویی خواهد کرد.

اداره خدمات عمومی شهرداری شهرستان کمدن، نیوجرسی

در سال 2010، سازمان خدمات شهری شهرستان کامدن (CCMUA) هدف جسورانه ای را برای استفاده از 100٪ انرژی تجدیدپذیر که ارزان تر از برق محلی است برای پردازش 60 میلیون گالن تولید شده در روز (حدود 220,000 مترمکعب) فاضلاب تعیین کرد. CCMUA متوجه می شود که سیستم های فتوولتائیک خورشیدی چنین پتانسیلی دارند. با این حال، تصفیه خانه فاضلاب CCMUA عمدتاً از مخازن واکنش باز تشکیل شده است و آرایه های خورشیدی سنتی پشت بام نمی توانند مقیاس خاصی برای تامین برق تشکیل دهند.

با وجود این، CCMUA همچنان مناقصه آزاد است. آقای هلیو سیج که در مناقصه شرکت کرده بود، اظهار داشت که از طریق برخی پروژه های اضافی، یک سیستم فتوولتائیک شبیه به گاراژ خورشیدی در بالای مخزن رسوب باز مستقر خواهد شد. از آنجایی که پروژه تنها زمانی معنا دارد که CCMUA بتواند به صرفه جویی فوری انرژی دست یابد، طراحی طرح نه تنها باید قوی باشد، بلکه مقرون به صرفه باشد.

در جولای 2012، مرکز خورشیدی CCMUA یک سیستم تولید برق فتوولتائیک خورشیدی 1.8 مگاواتی را راه اندازی کرد که از بیش از 7,200 پنل خورشیدی تشکیل شده و یک استخر باز به وسعت 7 هکتار را پوشش می دهد. نوآوری طراحی در نصب سیستم سایبان 8 تا 9 فوتی نهفته است که در استفاده، بهره برداری یا نگهداری دیگر استخرهای تجهیزات تداخلی ایجاد نمی کند.

ساختار فتوولتائیک خورشیدی یک طرح ضد خوردگی (آب نمک، اسید کربنیک و سولفید هیدروژن) و یک سایبان تغییر یافته در کانکس است که توسط Schletter (یک تامین کننده مشهور سیستم های براکت فتوولتائیک، از جمله اسکله های اتومبیل) ساخته شده است. طبق PPA، CCMUA هیچ هزینه سرمایه ای ندارد و مسئولیتی در قبال هزینه های عملیاتی و نگهداری ندارد. تنها مسئولیت مالی CCMUA پرداخت هزینه ثابت برای انرژی خورشیدی به مدت 15 سال است. CCMUA تخمین می زند که میلیون ها دلار در هزینه های انرژی صرفه جویی می کند.

تخمین زده می شود که سیستم فتوولتائیک خورشیدی هر سال حدود 2.2 میلیون کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) برق تولید کند و عملکرد بر اساس وب سایت تعاملی CCMUA بهتر خواهد بود. وب سایت تولید انرژی فعلی و انباشته شده و ویژگی های محیطی را نمایش می دهد و تولید انرژی فعلی را به صورت بلادرنگ منعکس می کند، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

منطقه آبی شهرداری غرب حوضه، EI Segundo، کالیفرنیا

منطقه آب شهری غرب حوضه (منطقه آبی شهرداری غرب حوضه) یک موسسه عمومی است که از سال 1947 به نوآوری اختصاص یافته است و آب آشامیدنی و بازیافتی را به 186 مایل مربع غرب لس آنجلس ارائه می دهد. وست بیسین ششمین منطقه آبی بزرگ در کالیفرنیا است که به یک میلیون نفر خدمات رسانی می کند.

در سال 2006، West Basin تصمیم گرفت سیستم های تولید برق فتوولتائیک خورشیدی را بر روی تاسیسات آب بازیافتی خود نصب کند، به این امید که منافع مالی و زیست محیطی بلندمدت به دست آورد. در نوامبر 2006، Sun Power به West Basin کمک کرد تا آرایه فتوولتائیک را که از 2,848 ماژول تشکیل شده و 564 کیلووات جریان مستقیم تولید می‌کند، نصب و تکمیل کند. این سیستم در بالای مخزن ذخیره سازی بتن زیرزمینی در منطقه نصب شده است. سیستم تولید برق فتوولتائیک خورشیدی West Basin می تواند سالانه حدود 783,000 کیلووات ساعت انرژی تجدیدپذیر پاک تولید کند و در عین حال هزینه تاسیسات عمومی را تا بیش از 10 درصد کاهش دهد. از زمان نصب سیستم فتوولتائیک در سال 2006، خروجی انرژی تجمعی تا ژانویه 2014 5.97 گیگاوات (گیگاوات ساعت) بود. تصویر زیر سیستم فتوولتائیک در غرب حوضه را نشان می دهد.

منطقه آبی رانچو کالیفرنیا، کارخانه آب احیا شده سانتا روزا، موریتا، کالیفرنیا

از زمان تأسیس خود در سال 1965، منطقه آبی رانچو کالیفرنیا (Rancho California Water District, RCWD) خدمات تصفیه آب آشامیدنی، تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد از آب را به مناطقی در شعاع 150 مایل مربع ارائه کرده است. منطقه خدماتی Temecula/RanchoCalifornia است، از جمله شهر Temecula، بخش‌هایی از شهر موریتا و سایر مناطق در شهرستان ریورساید.

RCWD چشم اندازی آینده نگر دارد و نسبت به محیط زیست و هزینه های استراتژیک بسیار حساس است. در مواجهه با افزایش هزینه های تاسیسات عمومی و هزینه های انرژی سالانه بیش از 5 میلیون دلار آمریکا، آنها تولید برق فتوولتائیک خورشیدی را به عنوان یک جایگزین در نظر گرفتند. قبل از در نظر گرفتن سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی، هیئت مدیره RCWD مجموعه‌ای از گزینه‌های انرژی تجدیدپذیر از جمله نیروی باد، مخازن ذخیره‌سازی پمپ شده و غیره را ارزیابی کرد.

در ژانویه 2007، تحت صلاحیت برنامه انرژی خورشیدی کالیفرنیا، RCWD یک جایزه عملکرد فقط 0.34 دلار به ازای هر کیلووات ساعت برق در مدت پنج سال تحت صلاحیت شرکت عمومی محلی دریافت کرد. RCWD PPA را از طریق SunPower، بدون هزینه سرمایه انجام می دهد. RCWD فقط باید هزینه برق تولید شده توسط سیستم فتوولتائیک را بپردازد. سیستم فتوولتائیک توسط SunPower تامین مالی، مالکیت و بهره برداری می شود.

از زمان نصب سیستم فتوولتائیک 1.1 مگاواتی DC RCWD در سال 2009، این منطقه از مزایای بسیاری برخوردار بوده است. به عنوان مثال، تأسیسات احیای آب سانتا روزا (تاسیسات احیای آب سانتا روزا) می تواند 152,000 دلار آمریکا در هزینه ها در سال صرفه جویی کند و تقریباً 30 درصد از نیاز انرژی کارخانه را جبران کند. علاوه بر این، از آنجایی که RCWD اعتبارات انرژی های تجدیدپذیر (REC) مربوط به سیستم فتوولتائیک خود را انتخاب می کند، می تواند بیش از 73 میلیون پوند از انتشار کربن مضر را در 30 سال آینده کاهش دهد و تأثیر مثبتی بر محیط زیست بر بازار بگذارد.

انتظار می رود که سیستم فتوولتائیک خورشیدی تا 6.8 سال آینده تا 20 میلیون دلار در هزینه برق منطقه صرفه جویی کند. سیستم فتوولتائیک خورشیدی نصب شده در کارخانه RCWD Santa Rosa یک سیستم ردیابی شیب است. در مقایسه با سیستم شیب ثابت سنتی، نرخ بازگشت تولید انرژی آن حدود 25 درصد بیشتر است. بنابراین، شبیه به سیستم فتوولتائیک تک محوره و ثابت است در مقایسه با سیستم شیب، مقرون به صرفه بودن نیز به طور قابل توجهی بهبود یافته است. علاوه بر این، سیستم ردیابی مایل به مساحت بزرگتری برای جلوگیری از مسدود شدن سایه خط به خط نیاز دارد و باید در یک خط مستقیم جهت گیری شود. سیستم ردیابی مایل محدودیت هایی دارد. مشابه سیستم ردیابی تک محوری، باید در یک منطقه مستطیل شکل باز و نامحدود ساخته شود.