Het energieverbruik maakt een groot deel uit van de exploitatiekosten van afvalwaterzuiveringsinstallaties. Het gebruik van nieuwe technologieën en hernieuwbare energie om de energie-efficiëntie te verbeteren en het energieverbruik in de watervoorziening en het waterzuiveringsproces te verminderen, is de focus geworden van veel afvalwaterzuiveringsinstallaties in de wereld. Vandaag laten we u kennismaken met de toepassing van zonne-energie in verschillende rioolwaterzuiveringsinstallaties in de Verenigde Staten.

Washington Suburban Sanitation Commission, Seneca en Western Branch afvalwaterzuiveringsinstallatie, Germantown & Upper Marlboro, Maryland

De Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) heeft twee onafhankelijke fotovoltaïsche zonne-energiecentrales van 2 MW opgericht, die elk de jaarlijkse elektriciteitsaankoop van ongeveer 3278 MWh/jaar kunnen compenseren. Beide fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen worden gebouwd in open ruimtes boven de grond, naast de rioolwaterzuiveringsinstallatie. Standard Solar werd geselecteerd als de EPC-aannemer en Washington Gas Energy Services (WGES) was de eigenaar en PPA-leverancier. AECOM assisteert WSSC bij het beoordelen van de ontwerpdocumenten van EPC-leveranciers om de hoge kwaliteit van het systeem te waarborgen.

AECOM heeft ook milieuvergunningsdocumenten ingediend bij het Maryland Department of Environment (MDE) om ervoor te zorgen dat het fotovoltaïsche systeem op zonne-energie voldoet aan de plaatselijke milieuvoorschriften. Beide systemen zijn aangesloten op de client van het 13.2kV/480V step-down apparaat en bevinden zich tussen de transformator en eventuele relais of stroomonderbrekers die de rioolwaterzuiveringsinstallatie beschermen. Vanwege de keuze van interconnectiepunten en de opwekking van zonne-energie die soms (maar zelden) het on-site stroomverbruik overschrijdt, zijn nieuwe relais geïnstalleerd om te voorkomen dat het geleverde vermogen terugkeert naar het net. De interconnectiestrategie van DC Water’s Blue Plains afvalwaterzuiveringsinstallaties is heel anders dan die van WSSC en vereist meerdere interconnectiemethoden, vooral gezien het feit dat er twee hoofdvoedingsvoedingen zijn die vertakken naar drie hoofdstroommeters en bijbehorende middenspanningscircuits.

Afvalwaterzuiveringsinstallatie Hill Canyon, Thousand Oaks, Californië

Hill Canyon Sewage Treatment Plant werd gebouwd in 1961, heeft een dagelijkse verwerkingscapaciteit van ongeveer 38,000 ton en staat bekend om zijn uitstekende milieubeheer. De rioolwaterzuiveringsinstallatie is uitgerust met een drietraps behandelingsapparaat en het behandelde afvalwater kan worden hergebruikt als teruggewonnen water. 65% van het stroomverbruik ter plaatse wordt geproduceerd door een warmtekrachtkoppeling van 500 kilowatt en een fotovoltaïsch zonne-energiesysteem van 584 kilowatt DC (500 kilowatt AC). Het fotovoltaïsche zonnesysteem is geïnstalleerd in een overloopreservoir als een droogbed van bio-vaste stoffen, zoals weergegeven in figuur 8. Deze modulaire componenten zijn geïnstalleerd op een eenassige tracker boven het hoogste waterniveau, en alle elektrische apparaten zijn aan één kant van het het kanaal om het binnendringen van water te minimaliseren. Het systeem is zo ontworpen dat alleen de verticale pijlerankers op de bestaande betonnen bodemplaat van het zwembad hoeven te worden geïnstalleerd, waardoor er minder constructie nodig is voor traditionele heipalen of funderingen. Het fotovoltaïsche zonnesysteem is begin 2007 geïnstalleerd en kan 15% van de huidige netaankopen compenseren.

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

Dagelijks stroomt ongeveer 2.2 miljoen gallons (ongeveer 8330 m3) afvalwater van 9,200 gebruikers de waterwinningsinstallatie Moorpark binnen. In het strategisch plan 2011-2016 van Ventura County werden vijf “sleutelgebieden” beschreven, waaronder “milieu, landgebruik en infrastructuur”. Dit zijn de belangrijkste strategische doelen op dit specifieke gebied: “Uitvoeren van kosteneffectieve energiebesparende en emissiebeperkende maatregelen door middel van onafhankelijke bedrijfsvoering, regionale planning en publiek-private samenwerking.”

In 2010 werkte Ventura County Water District No. 1 samen met AECOM om fotovoltaïsche systemen te onderzoeken. In juli 2011 ontving de regio een prijsfonds voor fotovoltaïsche projecten van 1.13 MW bij de Moorpark Waste Reclamation Facility. De regio heeft een lang Request for Proposal (RFP)-proces doorlopen. Ten slotte kreeg RECSolar begin 2012 de vergunning voor het project om te beginnen met het ontwerp en de bouw van het fotovoltaïsche systeem. Het fotovoltaïsche systeem werd in november 2012 in gebruik genomen en kreeg een vergunning voor parallelle exploitatie.

Het huidige fotovoltaïsche systeem op zonne-energie kan jaarlijks ongeveer 2.3 miljoen kilowattuur elektriciteit opwekken, wat bijna 80% van de elektriciteit die door de watercentrale van het net wordt afgenomen, kan compenseren. Zoals weergegeven in figuur 9, genereert het eenassige volgsysteem 20% meer elektriciteit dan het traditionele vaste kantelsysteem, dus de algehele elektriciteitsproductie is verbeterd. Opgemerkt moet worden dat wanneer de as zich in de noord-zuidrichting bevindt en de bitarray zich in het open gebied bevindt, het volgsysteem met één as de hoogste efficiëntie heeft. De Mookpark Waste Recycling Plant gebruikt aangrenzende landbouwgrond om de beste plaats te bieden voor fotovoltaïsche systemen. De fundering van het volgsysteem wordt ondergronds op de brede flensbalk gestapeld, wat de bouwkosten en -tijd aanzienlijk vermindert. Gedurende de hele levenscyclus van het project zal de regio ongeveer 4.5 miljoen dollar besparen.

Camden County Municipal Public Utilities Administration, New Jersey

In 2010 stelde de Camden County Municipal Utilities Authority (CCMUA) zichzelf een gedurfd doel om 100% hernieuwbare energie te gebruiken die goedkoper is dan lokale elektriciteit om de 60 miljoen gallons die per dag (ongeveer 220,000 m³) worden gegenereerd, te verwerken. CCMUA realiseert zich dat fotovoltaïsche zonnesystemen zo’n potentieel hebben. De afvalwaterzuiveringsinstallatie van CCMUA bestaat echter voornamelijk uit open reactietanks en traditionele zonnepanelen op het dak kunnen geen bepaalde schaal vormen om stroom te leveren.

Desondanks is CCMUA nog steeds een open aanbesteding. De heer Helio Sage, die deelnam aan de aanbesteding, sprak zijn overtuiging uit dat via enkele aanvullende projecten een fotovoltaïsch systeem, vergelijkbaar met een zonnegarage, boven de open sedimentatietank zal worden geïnstalleerd. Aangezien het project alleen zin heeft als CCMUA onmiddellijke energiebesparingen kan realiseren, moet het ontwerp van het schema niet alleen robuust, maar ook kosteneffectief zijn.

In juli 2012 lanceerde het CCMUA Solar Center een 1.8 MW fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem, dat bestaat uit meer dan 7,200 zonnepanelen en een open zwembad van 7 hectare beslaat. De innovatie van het ontwerp ligt in de installatie van het 8-9 voet hoge luifelsysteem, dat het gebruik, de bediening of het onderhoud van andere apparatuurzwembaden niet verstoort.

De fotovoltaïsche structuur op zonne-energie is een anticorrosief ontwerp (zout water, koolzuur en waterstofsulfide) en een aangepaste carportluifel vervaardigd door Schletter (een bekende leverancier van fotovoltaïsche beugelsystemen, inclusief carports). Volgens PPA heeft CCMUA geen kapitaaluitgaven en is zij niet verantwoordelijk voor eventuele exploitatie- en onderhoudskosten. De enige financiële verantwoordelijkheid van CCMUA is het betalen van een vaste prijs voor zonne-energie gedurende 15 jaar. CCMUA schat dat het miljoenen dollars aan energiekosten zal besparen.

Naar schatting zal het fotovoltaïsche systeem op zonne-energie elk jaar ongeveer 2.2 miljoen kilowattuur (kWh) elektriciteit opwekken, en de prestaties op basis van de CCMUA interactieve website zullen beter zijn. De website toont de huidige en geaccumuleerde energieproductie en milieukenmerken en geeft de huidige energieproductie in realtime weer, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Gemeentelijk waterdistrict West Basin, EI Segundo, Californië

West Basin Municipal Water District (West Basin Municipal Water District) is een openbare instelling die zich sinds 1947 toelegt op innovatie en drinkwater en teruggewonnen water levert aan de 186 vierkante mijl van West-Los Angeles. West Basin is het zesde grootste watergebied in Californië en bedient bijna een miljoen mensen.

In 2006 besloot West Basin om fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen op zijn teruggewonnen waterfaciliteiten te installeren, in de hoop financiële en milieuvoordelen op lange termijn te behalen. In november 2006 heeft Sun Power West Basin geholpen bij het installeren en voltooien van de fotovoltaïsche installatie, die uit 2,848 modules bestaat en 564 kilowatt gelijkstroom genereert. Het systeem is geïnstalleerd bovenop de ondergrondse opslagtank voor betonverwerking in het gebied. Het fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem van West Basin kan elk jaar ongeveer 783,000 kilowattuur schone, hernieuwbare energie opwekken, terwijl de kosten van openbare voorzieningen met meer dan 10% worden verlaagd. Sinds de installatie van het fotovoltaïsche systeem in 2006 bedroeg de cumulatieve energie-output vanaf januari 2014 5.97 gigawatt (GWh). De onderstaande afbeelding toont het fotovoltaïsche systeem in West Basin.

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

Sinds de oprichting in 1965 heeft Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) drinkwater, rioolwaterzuivering en waterbehandelingsdiensten geleverd aan gebieden binnen een straal van 150 vierkante mijl. Het verzorgingsgebied is Temecula/RanchoCalifornia, inclusief Temecula City, delen van Murrieta City en andere gebieden in Riverside County.

RCWD heeft een toekomstgerichte visie en is zeer gevoelig voor het milieu en strategische kosten. Geconfronteerd met stijgende kosten van openbare voorzieningen en jaarlijkse energiekosten van meer dan 5 miljoen US dollar, beschouwden ze fotovoltaïsche energieopwekking als een alternatief. Alvorens fotovoltaïsche systemen op zonne-energie te overwegen, evalueerde de raad van bestuur van RCWD een reeks opties voor hernieuwbare energie, waaronder windenergie, opgepompte opslagreservoirs, enz.

In januari 2007 ontving RCWD, aangestuurd door het California Solar Energy Program, binnen vijf jaar een prestatieprijs van slechts $ 0.34 per kilowattuur elektriciteit onder de jurisdictie van het plaatselijke openbare nutsbedrijf. RCWD oefent PPA uit via SunPower, zonder kapitaaluitgaven. RCWD hoeft alleen te betalen voor de elektriciteit die wordt opgewekt door het fotovoltaïsche systeem. Het fotovoltaïsche systeem wordt gefinancierd door, is eigendom van en wordt beheerd door SunPower.

Sinds de installatie van het 1.1 MW DC fotovoltaïsche systeem van RCWD in 2009 heeft het gebied veel voordelen gekend. De Santa Rosa Water Reclamation Facility (Santa Rosa Water Reclamation Facility) kan bijvoorbeeld US $ 152,000 aan kosten per jaar besparen, waarmee ongeveer 30% van de energiebehoefte van de fabriek wordt gecompenseerd. Aangezien RCWD kiest voor Renewable Energy Credits (REC’s) gerelateerd aan zijn fotovoltaïsche systeem, kan het bovendien meer dan 73 miljoen pond aan schadelijke koolstofemissies in de komende 30 jaar verminderen en heeft het een positieve marktimpact op het milieu.

Verwacht wordt dat het fotovoltaïsche systeem op zonne-energie de komende 6.8 jaar tot 20 miljoen US dollar aan elektriciteitskosten voor de regio zal besparen. Het fotovoltaïsche zonnesysteem dat in de RCWD-fabriek in Santa Rosa is geïnstalleerd, is een kantelvolgsysteem. Vergeleken met het traditionele vaste kantelsysteem is het rendement van de energieproductie ongeveer 25% hoger. Daarom is het vergelijkbaar met het enkelassige fotovoltaïsche systeem en vast. In vergelijking met het kantelsysteem is de kosteneffectiviteit ook aanzienlijk verbeterd. Bovendien vereist het schuine volgsysteem een ​​groter gebied om te voorkomen dat de schaduw lijn voor lijn wordt afgesloten, en moet het in een rechte lijn worden georiënteerd. Het schuine volgsysteem heeft zijn beperkingen. Net als bij het eenassige volgsysteem moet het in een open en onbeperkt rechthoekig gebied worden gebouwd.