Il consumo di energia rappresenta una gran parte dei costi operativi degli impianti di trattamento delle acque reflue. Come utilizzare le nuove tecnologie e le energie rinnovabili per migliorare l’efficienza energetica e ridurre il consumo di energia nel processo di approvvigionamento idrico e di trattamento delle acque è diventato l’obiettivo di molti impianti di trattamento delle acque reflue nel mondo. Oggi vi presenteremo l’applicazione dell’energia solare in diversi impianti di depurazione negli Stati Uniti.

Washington Suburban Sanitation Commission, Seneca e Western Branch impianto di trattamento delle acque reflue, Germantown e Upper Marlboro, Maryland

La Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) ha istituito due centrali solari fotovoltaiche indipendenti da 2 MW, ognuna delle quali può compensare l’acquisto annuale di energia connessa alla rete di circa 3278 MWh/anno. Entrambi i sistemi di generazione di energia fotovoltaica sono realizzati in aree aperte fuori terra, accanto all’impianto di depurazione. Standard Solar è stato selezionato come appaltatore EPC e Washington Gas Energy Services (WGES) è stato il proprietario e fornitore di PPA. AECOM assiste WSSC nella revisione dei documenti di progettazione dei fornitori EPC per garantire l’elevata qualità del sistema.

L’AECOM ha inoltre presentato i documenti di autorizzazione ambientale al Dipartimento dell’Ambiente del Maryland (MDE) per garantire che l’impianto solare fotovoltaico sia conforme alle normative ambientali locali. Entrambi i sistemi sono collegati al cliente del dispositivo step-down 13.2kV/480V e posti tra il trasformatore e gli eventuali relè o interruttori automatici che proteggono l’impianto di depurazione. A causa della scelta dei punti di interconnessione e della generazione di energia solare che a volte (sebbene raramente) supera il consumo di energia in loco, sono stati installati nuovi relè per impedire il ritorno dell’energia erogata alla rete. La strategia di interconnessione degli impianti di trattamento delle acque reflue di Blue Plains di DC Water è molto diversa da quella di WSSC e richiede più metodi di interconnessione, principalmente considerando che ci sono due alimentatori principali che si diramano a tre contatori elettrici principali e corrispondenti circuiti di media tensione.

Impianto di trattamento delle acque reflue di Hill Canyon, Thousand Oaks, California

L’impianto di trattamento delle acque reflue di Hill Canyon è stato costruito nel 1961, con una capacità di trattamento giornaliera di circa 38,000 tonnellate, ed è noto per la sua eccellente gestione ambientale. L’impianto fognario è dotato di un dispositivo di trattamento a tre stadi e le acque reflue trattate possono essere riutilizzate come acque recuperate. Il 65% del consumo energetico in loco è prodotto da un’unità di cogenerazione da 500 kilowatt e da un impianto solare fotovoltaico da 584 kilowatt DC (500 kilowatt AC). Il sistema solare fotovoltaico è installato in un serbatoio di sfioro come letto di essiccazione di biosolidi, come mostrato nella Figura 8. Questi componenti modulari sono installati su un inseguitore ad asse singolo sopra il livello dell’acqua più alto e tutti i dispositivi elettrici sono installati su un lato del il canale per ridurre al minimo le infiltrazioni d’acqua. Il sistema è progettato per la sola necessità di installare gli ancoraggi del molo verticale sulla piastra di fondo della piscina in cemento esistente, riducendo la quantità di costruzione richiesta per palificazioni o fondazioni tradizionali. L’impianto solare fotovoltaico è stato installato all’inizio del 2007 e può compensare il 15% degli attuali acquisti di rete.

Ventura County Waterworks District, Moorpark impianto di acqua bonificata, Moorpark, California

Circa 2.2 milioni di galloni (circa 8330 m3) di acque reflue provenienti da 9,200 utenti confluiscono ogni giorno nell’impianto di bonifica di Moorpark. Il piano strategico 2011-2016 della contea di Ventura ha dettagliato cinque “aree chiave”, tra cui “ambiente, uso del suolo e infrastrutture”. I seguenti sono gli obiettivi strategici chiave in questo campo specifico: “Implementare misure di risparmio energetico e di riduzione delle emissioni efficaci in termini di costi attraverso operazioni indipendenti, pianificazione regionale e collaborazione pubblico/privato”.

Nel 2010, il distretto idrico n. 1 della contea di Ventura ha collaborato con AECOM per studiare i sistemi fotovoltaici. Nel luglio 2011, la regione ha ricevuto un fondo per il premio per le prestazioni del progetto fotovoltaico da 1.13 MW presso il Moorpark Waste Reclamation Facility. La regione ha attraversato un lungo processo di richiesta di proposta (RFP). Infine, all’inizio del 2012, RECSolar ha ottenuto l’autorizzazione al progetto per l’avvio della progettazione e realizzazione dell’impianto fotovoltaico. L’impianto fotovoltaico è entrato in esercizio nel novembre 2012 ed ha ottenuto il permesso di esercizio parallelo.

L’attuale impianto solare fotovoltaico può generare circa 2.3 milioni di chilowattora di elettricità ogni anno, che possono quasi compensare l’80% dell’elettricità acquistata dalla centrale idrica dalla rete. Come mostrato nella Figura 9, il sistema di tracciamento ad asse singolo genera il 20% in più di elettricità rispetto al tradizionale sistema a inclinazione fissa, quindi la produzione complessiva di elettricità è stata migliorata. Va notato che quando l’asse è nella direzione nord-sud e l’array di bit è nell’area aperta, il sistema di tracciamento ad asse singolo ha la massima efficienza. L’impianto di riciclaggio dei rifiuti di Mookpark utilizza terreni agricoli adiacenti per fornire il posto migliore per i sistemi fotovoltaici. Le fondamenta del sistema di tracciamento sono ammassate sull’ampia trave a flangia sotterranea, il che riduce notevolmente i costi e i tempi di costruzione. Durante l’intero ciclo di vita del progetto, la regione risparmierà circa 4.5 milioni di dollari.

Amministrazione municipale dei servizi pubblici della contea di Camden, New Jersey

Nel 2010, la Camden County Municipal Utilities Authority (CCMUA) si è posta l’audace obiettivo di utilizzare il 100% di energia rinnovabile più economica dell’elettricità locale per trattare i 60 milioni di galloni generati al giorno (circa 220,000 m³) di liquami. CCMUA si rende conto che i sistemi solari fotovoltaici hanno un tale potenziale. Tuttavia, l’impianto di trattamento delle acque reflue CCMUA è composto principalmente da serbatoi di reazione aperti e i tradizionali pannelli solari sul tetto non possono formare una certa scala per fornire energia.

Nonostante questo, CCMUA è ancora gara aperta. Il Sig. Helio Sage, che ha partecipato alla gara, ha espresso la convinzione che attraverso alcuni progetti aggiuntivi, verrà installato un impianto fotovoltaico simile a un garage solare sopra la vasca di sedimentazione aperta. Poiché il progetto ha senso solo se CCMUA può ottenere risparmi energetici immediati, la progettazione dello schema deve essere non solo solida, ma anche economica.

Nel luglio 2012, il CCMUA Solar Center ha lanciato un sistema di generazione di energia solare fotovoltaica da 1.8 MW, che consiste di oltre 7,200 pannelli solari e copre una piscina aperta di 7 acri. L’innovazione del design risiede nell’installazione del sistema di baldacchino alto 8-9 piedi, che non interferirà con l’uso, il funzionamento o la manutenzione di altre piscine di attrezzature.

La struttura solare fotovoltaica è un design anticorrosione (acqua salata, acido carbonico e idrogeno solforato) e una tettoia modificata per posto auto coperto prodotta da Schletter (un noto fornitore di sistemi di staffe fotovoltaiche, compresi i posti auto coperti). Secondo PPA, CCMUA non ha spese in conto capitale e non è responsabile per eventuali costi operativi e di manutenzione. L’unica responsabilità finanziaria di CCMUA è di pagare un prezzo fisso per l’energia solare per 15 anni. CCMUA stima che farà risparmiare milioni di dollari in costi energetici.

Si stima che l’impianto solare fotovoltaico genererà circa 2.2 milioni di chilowattora (kWh) di elettricità ogni anno e le prestazioni basate sul sito Web interattivo CCMUA saranno migliori. Il sito Web mostra la produzione di energia attuale e accumulata e gli attributi ambientali e riflette l’attuale produzione di energia in tempo reale, come mostrato nella figura seguente.

Distretto idrico municipale del bacino occidentale, EI Segundo, California

West Basin Municipal Water District (West Basin Municipal Water District) è un’istituzione pubblica dedicata all’innovazione dal 1947, che fornisce acqua potabile e recuperata alle 186 miglia quadrate di Los Angeles ovest. West Basin è la sesta area acquatica più grande della California e serve quasi un milione di persone.

Nel 2006, West Basin ha deciso di installare sistemi di generazione di energia solare fotovoltaica sui suoi impianti di recupero dell’acqua, sperando di ottenere benefici finanziari e ambientali a lungo termine. Nel novembre 2006, Sun Power ha aiutato West Basin a installare e completare l’array fotovoltaico, che consiste di 2,848 moduli e genera 564 kilowatt di corrente continua. L’impianto è installato sulla sommità del serbatoio interrato di lavorazione del calcestruzzo presente nell’area. Il sistema di generazione di energia solare fotovoltaica del West Basin può generare circa 783,000 kilowattora di energia rinnovabile pulita ogni anno, riducendo il costo delle strutture pubbliche di oltre il 10%. Dall’installazione dell’impianto fotovoltaico nel 2006, la produzione energetica cumulata a gennaio 2014 è stata di 5.97 gigawatt (GWh). L’immagine sotto mostra l’impianto fotovoltaico a West Basin.

Rancho California Water District, impianto idrico rigenerato di Santa Rosa, Murrieta, California

Dalla sua istituzione nel 1965, il Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) ha fornito acqua potabile, trattamento delle acque reflue e servizi di trattamento del riutilizzo dell’acqua ad aree entro un raggio di 150 miglia quadrate. L’area di servizio è Temecula/Rancho California, che comprende Temecula City, parti di Murrieta City e altre aree della contea di Riverside.

RCWD ha una visione lungimirante ed è molto sensibile all’ambiente e ai costi strategici. Di fronte all’aumento dei costi delle strutture pubbliche e dei costi energetici annuali di oltre 5 milioni di dollari USA, hanno preso in considerazione la generazione di energia solare fotovoltaica come alternativa. Prima di considerare i sistemi solari fotovoltaici, il consiglio di amministrazione di RCWD ha valutato una serie di opzioni di energia rinnovabile, tra cui l’energia eolica, i serbatoi di pompaggio, ecc.

Nel gennaio 2007, guidato dal California Solar Energy Program, RCWD ha ricevuto un premio per le prestazioni di soli $ 0.34 per chilowattora di elettricità entro cinque anni sotto la giurisdizione del servizio pubblico locale. RCWD esercita il PPA tramite SunPower, senza spese in conto capitale. RCWD deve solo pagare l’elettricità generata dall’impianto fotovoltaico. L’impianto fotovoltaico è finanziato, di proprietà e gestito da SunPower.

Dall’installazione del sistema fotovoltaico CC da 1.1 MW di RCWD nel 2009, l’area ha goduto di molti vantaggi. Ad esempio, il Santa Rosa Water Reclamation Facility (Santa Rosa Water Reclamation Facility) può far risparmiare 152,000 dollari all’anno, compensando circa il 30% del fabbisogno energetico dell’impianto. Inoltre, poiché RCWD sceglie i crediti di energia rinnovabile (REC) relativi al suo sistema fotovoltaico, può ridurre più di 73 milioni di libbre di emissioni nocive di carbonio nei prossimi 30 anni e ha un impatto positivo sul mercato sull’ambiente.

Si prevede che l’impianto solare fotovoltaico farà risparmiare fino a 6.8 milioni di dollari statunitensi sui costi dell’elettricità per la regione nei prossimi 20 anni. L’impianto solare fotovoltaico installato nell’impianto RCWD Santa Rosa è un sistema di tilt tracking. Rispetto al tradizionale sistema a inclinazione fissa, il suo tasso di rendimento della produzione di energia è superiore di circa il 25%. Pertanto, è simile al sistema fotovoltaico ad asse singolo e fisso Rispetto al sistema di inclinazione, anche l’economicità è notevolmente migliorata. Inoltre, il sistema di tracciamento obliquo richiede un’area più ampia per evitare di occludere l’ombra linea per linea, e deve essere orientato in linea retta. Il sistema di tracciamento obliquo ha i suoi limiti. Simile al sistema di tracciamento ad asse singolo, deve essere costruito in un’area rettangolare aperta e non ristretta.