Potrošnja energije čini veliki dio operativnih troškova uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Kako koristiti nove tehnologije i obnovljivu energiju za poboljšanje energetske učinkovitosti i smanjenje potrošnje energije u procesu vodoopskrbe i pročišćavanja vode postalo je u fokusu mnogih uređaja za pročišćavanje otpadnih voda u svijetu. Danas ćemo vam predstaviti primjenu solarne energije u nekoliko kanalizacijskih postrojenja u Sjedinjenim Državama.

Washington Suburban Sanitation Commission, Seneca and Western Branch Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda, Germantown & Upper Marlboro, Maryland

Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) uspostavila je dvije neovisne solarne fotonaponske elektrane od 2 MW, od kojih svaka može nadoknaditi godišnju kupnju električne energije priključene na mrežu od približno 3278 MWh godišnje. Oba fotonaponska sustava za proizvodnju električne energije izgrađena su na otvorenim površinama iznad zemlje, pored postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda. Standard Solar odabran je kao EPC izvođač, a Washington Gas Energy Services (WGES) bio je vlasnik i pružatelj usluge PPA. AECOM pomaže WSSC-u u pregledu projektne dokumentacije EPC dobavljača kako bi se osigurala visoka kvaliteta sustava.

AECOM je također dostavio dokumente o ekološkoj dozvoli Odjelu za okoliš Marylanda (MDE) kako bi osigurao da solarni fotonaponski sustav bude u skladu s lokalnim propisima o zaštiti okoliša. Oba sustava su spojena na klijenta 13.2kV/ 480V step-down uređaja i smještena između transformatora i svih releja ili prekidača koji štite postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda. Zbog izbora točaka međusobnog povezivanja i proizvodnje solarne energije koja ponekad (iako rijetko) premašuje potrošnju energije na licu mjesta, ugrađeni su novi releji kako bi se spriječilo vraćanje izlazne energije u mrežu. Strategija međusobnog povezivanja postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda DC Water-a uvelike se razlikuje od one WSSC-a i zahtijeva više metoda međusobnog povezivanja, uglavnom s obzirom na to da postoje dva glavna dovoda električne energije koji se granaju na tri glavna električna brojila i odgovarajuće srednjenaponske krugove.

Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda Hill Canyon, Thousand Oaks, Kalifornija

Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda Hill Canyon izgrađeno je 1961. godine, s dnevnim kapacitetom prerade od približno 38,000 tona, a poznato je po izvrsnom upravljanju okolišem. Kanalizacijsko postrojenje opremljeno je trostupanjskim uređajem za pročišćavanje, a pročišćena otpadna voda može se ponovno upotrijebiti kao regenerirana voda. 65% potrošnje energije na licu mjesta proizvodi kogeneracijska jedinica od 500 kilovata i solarni fotonaponski sustav od 584 kilovata DC (500 kilovata AC). Solarni fotonaponski sustav ugrađen je u preljevni rezervoar kao podloga za sušenje biokrutina, kao što je prikazano na slici 8. Ove modularne komponente ugrađene su na jednoosni tragač iznad najviše razine vode, a svi električni uređaji su instalirani s jedne strane kanal kako bi se minimizirao prodor vode. Sustav je dizajniran tako da samo treba ugraditi vertikalna sidra za stupove na postojeću betonsku donju ploču bazena, smanjujući količinu konstrukcije koja je potrebna za tradicionalno postavljanje pilota ili temelje. Solarni fotonaponski sustav instaliran je početkom 2007. i može nadoknaditi 15% trenutne kupnje mreže.

Okrug vodovoda okruga Ventura, Moorpark Reclaimed Water Plant, Moorpark, Kalifornija

Otprilike 2.2 milijuna galona (otprilike 8330 m3) kanalizacije od 9,200 korisnika slijeva se u Moorpark Water Reclamation Facility svaki dan. Strateški plan okruga Ventura za 2011.-2016. detaljno je naveo pet “ključnih područja”, uključujući “okoliš, korištenje zemljišta i infrastrukturu”. Sljedeći su ključni strateški ciljevi u ovom specifičnom području: „Provedba isplativih mjera za uštedu energije i smanjenje emisija kroz neovisno djelovanje, regionalno planiranje i javno/privatnu suradnju.”

U 2010., Ventura County Water District br. 1 surađivao je s AECOM-om na istraživanju fotonaponskih sustava. U srpnju 2011. regija je dobila 1.13 MW nagradni fond za fotonaponske projektne performanse u Moorpark Waste Reclamation Facility. Regija je prošla kroz dugi proces zahtjeva za prijedlogom (RFP). Konačno, početkom 2012. godine RECSolar je dobio ovlaštenje za projekt za početak projektiranja i izgradnje fotonaponskog sustava. Fotonaponski sustav pušten je u uporabu u studenom 2012. godine i dobio dozvolu za paralelni rad.

Trenutni solarni fotonaponski sustav može proizvesti oko 2.3 milijuna kilovat-sati električne energije svake godine, što može gotovo nadoknaditi 80% električne energije koju elektrana kupi iz mreže. Kao što je prikazano na slici 9, jednoosni sustav praćenja stvara 20% više električne energije od tradicionalnog fiksnog sustava nagiba, tako da je ukupna proizvodnja električne energije poboljšana. Treba napomenuti da kada je os u smjeru sjever-jug, a niz bitova na otvorenom prostoru, jednoosni sustav praćenja ima najveću učinkovitost. Pogon za reciklažu otpada Mookpark koristi susjedno poljoprivredno zemljište kako bi osigurao najbolje mjesto za fotonaponske sustave. Temelj sustava za praćenje postavljen je na široku prirubnu gredu ispod zemlje, što uvelike smanjuje troškove i vrijeme izgradnje. Tijekom cijelog životnog ciklusa projekta, regija će uštedjeti oko 4.5 milijuna USD.

Općinska uprava za komunalne usluge okruga Camden, New Jersey

U 2010., općinska uprava za komunalne usluge okruga Camden (CCMUA) postavila je sebi hrabar cilj korištenja 100% obnovljive energije koja je jeftinija od lokalne struje za obradu 60 milijuna galona proizvedenih dnevno (oko 220,000 m³) kanalizacije. CCMUA shvaća da solarni fotonaponski sustavi imaju takav potencijal. Međutim, CCMUA postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda uglavnom se sastoji od otvorenih reakcijskih spremnika, a tradicionalni krovni solarni nizovi ne mogu formirati određenu ljestvicu za opskrbu energijom.

Unatoč tome, CCMUA je još uvijek otvoren natječaj. G. Helio Sage, koji je sudjelovao na natječaju, izrazio je uvjerenje da će se kroz neke dodatne projekte iznad otvorenog taložnika postaviti fotonaponski sustav sličan solarnoj garaži. Budući da projekt ima smisla samo ako CCMUA može postići trenutne uštede energije, dizajn sheme mora biti ne samo robustan, već i isplativ.

U srpnju 2012. Solarni centar CCMUA pokrenuo je solarni fotonaponski sustav za proizvodnju energije od 1.8 MW, koji se sastoji od više od 7,200 solarnih panela i pokriva otvoreni bazen od 7 hektara. Inovacija dizajna leži u ugradnji sustava nadstrešnica visine 8-9 stopa, koji neće ometati korištenje, rad ili održavanje bazena druge opreme.

Solarna fotonaponska konstrukcija je antikorozivna (slana voda, ugljična kiselina i sumporovodik) dizajn i modificirana nadstrešnica nadstrešnice koju proizvodi Schletter (poznati dobavljač fotonaponskih sustava nosača, uključujući nadstrešnice). Prema PPA, CCMUA nema kapitalne izdatke i nije odgovoran za bilo kakve troškove rada i održavanja. Jedina financijska odgovornost CCMUA-e je plaćanje fiksne cijene za solarnu energiju tijekom 15 godina. CCMUA procjenjuje da će to uštedjeti milijune dolara u troškovima energije.

Procjenjuje se da će solarni fotonaponski sustav proizvesti oko 2.2 milijuna kilovat-sati (kWh) električne energije svake godine, a performanse temeljene na interaktivnoj web stranici CCMUA bit će bolje. Web stranica prikazuje trenutnu i akumuliranu proizvodnju energije i ekološke atribute te odražava trenutnu proizvodnju energije u stvarnom vremenu, kao što je prikazano na donjoj slici.

Općinski vodni okrug West Basin, EI Segundo, Kalifornija

West Basin Municipal Water District (West Basin Municipal Water District) javna je ustanova posvećena inovacijama od 1947. godine, pružajući pitku i obnovljenu vodu na 186 četvornih milja zapadnog Los Angelesa. West Basin je šesto najveće vodeno područje u Kaliforniji, koje opslužuje gotovo milijun ljudi.

Godine 2006. West Basin je odlučio instalirati solarne fotonaponske sustave za proizvodnju električne energije na svoje obnovljene vode, nadajući se da će dobiti dugoročne financijske i ekološke koristi. U studenom 2006. Sun Power je pomogao West Basinu instalirati i dovršiti fotonaponski niz, koji se sastoji od 2,848 modula i generira 564 kilovata istosmjerne struje. Sustav je instaliran na vrhu podzemnog spremnika za preradu betona u tom području. Solarni fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije West Basina može proizvesti oko 783,000 kilovat-sati čiste obnovljive energije svake godine, dok smanjuje troškove javnih objekata za više od 10%. Od postavljanja fotonaponskog sustava 2006. godine, kumulativna proizvodnja energije u siječnju 2014. iznosila je 5.97 gigawata (GWh). Slika ispod prikazuje fotonaponski sustav u West Basinu.

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

Od svog osnutka 1965. godine, Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) pruža usluge pitke vode, pročišćavanja otpadnih voda i ponovne upotrebe vode za područja u radijusu od 150 četvornih milja. Područje usluge je Temecula/RanchoCalifornia, uključujući Temecula City, dijelove Murrieta Cityja i druga područja u okrugu Riverside.

RCWD ima viziju usmjerenu prema budućnosti i vrlo je osjetljiv na okoliš i strateške troškove. Suočeni s rastućim troškovima javnih objekata i godišnjim troškovima energije od više od 5 milijuna američkih dolara, razmatrali su proizvodnju solarne fotonaponske energije kao alternativu. Prije razmatranja solarnih fotonaponskih sustava, upravni odbor RCWD-a procijenio je niz opcija za obnovljivu energiju, uključujući energiju vjetra, pumpne rezervoare itd.

U siječnju 2007., vođen Kalifornijskim programom za solarnu energiju, RCWD je primio nagradu od samo 0.34 dolara po kilovatsatu električne energije unutar pet godina pod jurisdikcijom lokalnog javnog poduzeća. RCWD provodi PPA kroz SunPower, bez kapitalnih izdataka. RCWD treba platiti samo električnu energiju koju proizvodi fotonaponski sustav. Fotonaponski sustav financira, posjeduje i njime upravlja SunPower.

Od instaliranja RCWD-ovog fotonaponskog sustava od 1.1 MW DC 2009. godine, ovo područje uživa mnoge prednosti. Na primjer, Santa Rosa Water Reclamation Facility (Santa Rosa Water Reclamation Facility) može uštedjeti 152,000 US$ u troškovima godišnje, nadoknađujući približno 30% energetskih potreba postrojenja. Osim toga, budući da RCWD odabire kredite za obnovljivu energiju (REC) povezane s njegovim fotonaponskim sustavom, može smanjiti više od 73 milijuna funti štetnih emisija ugljika u sljedećih 30 godina i ima pozitivan tržišni utjecaj na okoliš.

Očekuje se da će solarni fotonaponski sustav uštedjeti do 6.8 milijuna američkih dolara troškova električne energije za regiju u sljedećih 20 godina. Solarni fotonaponski sustav instaliran u postrojenju RCWD Santa Rosa je sustav za praćenje nagiba. U usporedbi s tradicionalnim sustavom fiksnog nagiba, njegova stopa povrata proizvodnje energije je oko 25% veća. Stoga je sličan jednoosnom fotonaponskom sustavu i fiksni U usporedbi s nagibnim sustavom, isplativost je također značajno poboljšana. Osim toga, kosi sustav praćenja zahtijeva veće područje kako bi se izbjeglo začepljenje sjene liniju po liniju i mora biti orijentiran u ravnoj liniji. Kosi sustav praćenja ima svoja ograničenja. Slično kao i jednoosni sustav praćenja, mora biti izgrađen na otvorenom i neograničenom pravokutnom prostoru.