Zużycie energii stanowi dużą część kosztów operacyjnych oczyszczalni ścieków. Jak wykorzystać nowe technologie i energię odnawialną do poprawy efektywności energetycznej i zmniejszenia zużycia energii w procesie zaopatrzenia w wodę i uzdatniania wody stało się przedmiotem zainteresowania wielu oczyszczalni ścieków na świecie. Dziś przedstawimy Wam zastosowanie energii słonecznej w kilku oczyszczalniach ścieków w Stanach Zjednoczonych.

Washington Suburban Sanitation Commission, Senecaand Western Branch Oczyszczalnia Ścieków, Germantown i Upper Marlboro, Maryland

Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) utworzyła dwie niezależne elektrownie fotowoltaiczne o mocy 2 MW, z których każda może zrekompensować roczny zakup energii podłączony do sieci w wysokości około 3278 MWh/rok. Oba fotowoltaiczne systemy wytwarzania energii elektrycznej są budowane na otwartych przestrzeniach nad ziemią, obok oczyszczalni ścieków. Standard Solar został wybrany jako wykonawca EPC, a Washington Gas Energy Services (WGES) był właścicielem i dostawcą PPA. AECOM pomaga WSSC w przeglądzie dokumentów projektowych dostawców EPC w celu zapewnienia wysokiej jakości systemu.

AECOM przedłożyła również dokumenty pozwolenia środowiskowego do Departamentu Środowiska Maryland (MDE), aby upewnić się, że instalacja fotowoltaiczna jest zgodna z lokalnymi przepisami dotyczącymi ochrony środowiska. Oba systemy są podłączone do klienta urządzenia obniżającego napięcie 13.2kV/480V i umieszczone pomiędzy transformatorem a dowolnymi przekaźnikami lub wyłącznikami zabezpieczającymi oczyszczalnię ścieków. Ze względu na wybór punktów połączeniowych i wytwarzanie energii słonecznej, które czasami (choć rzadko) przekraczają zużycie energii na miejscu, zainstalowano nowe przekaźniki, aby zapobiec powrotowi mocy wyjściowej do sieci. Strategia połączeń międzysystemowych oczyszczalni ścieków DC Water Blue Plains jest bardzo różna od strategii WSSC i wymaga wielu metod połączeń, głównie biorąc pod uwagę, że istnieją dwa główne źródła zasilania sieciowego, które rozgałęziają się do trzech głównych liczników energii elektrycznej i odpowiadających im obwodów średniego napięcia.

Oczyszczalnia ścieków Hill Canyon, Thousand Oaks, Kalifornia

Oczyszczalnia ścieków Hill Canyon została zbudowana w 1961 roku, z dziennymi zdolnościami przetwórczymi około 38,000 65 ton i znana jest z doskonałego zarządzania środowiskiem. Oczyszczalnia wyposażona jest w trzystopniowe urządzenie do oczyszczania, a oczyszczone ścieki mogą być ponownie wykorzystane jako woda zrekultywowana. 500% zużycia energii na miejscu jest wytwarzane przez 584-kilowatową jednostkę kogeneracyjną i 500-kilowatową instalację fotowoltaiczną DC (8 kilowatów AC). Solarny system fotowoltaiczny jest zainstalowany w zbiorniku przelewowym jako suszące złoże biostałych, jak pokazano na rysunku 2007. Te modułowe elementy są instalowane na jednoosiowym trackerze nad najwyższym poziomem wody, a wszystkie urządzenia elektryczne są zainstalowane po jednej stronie kanał, aby zminimalizować wnikanie wody. System zaprojektowano tak, aby wymagał jedynie montażu pionowych kotew pirsowych na istniejącej betonowej płycie dna basenu, zmniejszając ilość konstrukcji wymaganej w przypadku tradycyjnego palowania lub fundamentów. Solarny system fotowoltaiczny został zainstalowany na początku 15 roku i może zrównoważyć XNUMX% obecnych zakupów sieci.

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

Około 2.2 miliona galonów (około 8330m3) ścieków od 9,200 użytkowników wpływa każdego dnia do Zakładu Rekultywacji Wody Moorpark. Plan strategiczny hrabstwa Ventura na lata 2011-2016 wyszczególnił pięć „kluczowych obszarów”, w tym „środowisko, użytkowanie gruntów i infrastrukturę”. Poniżej przedstawiono kluczowe cele strategiczne w tej konkretnej dziedzinie: „Wdrożenie opłacalnych środków oszczędzania energii i redukcji emisji poprzez niezależne działanie, planowanie regionalne i współpracę publiczno-prywatną”.

W 2010 r. Dystrykt Wodny Hrabstwa Ventura nr 1 współpracował z AECOM w celu zbadania systemów fotowoltaicznych. W lipcu 2011 r. region otrzymał 1.13 MW fundusz nagród za realizację projektów fotowoltaicznych w Moorpark Waste Reclamation Facility. Region przeszedł długi proces składania wniosków (RFP). Wreszcie, na początku 2012 roku, RECSolar uzyskał autoryzację projektu, aby rozpocząć projektowanie i budowę systemu fotowoltaicznego. Instalacja fotowoltaiczna została oddana do użytku w listopadzie 2012 roku i uzyskała pozwolenie na eksploatację równoległą.

Obecny system fotowoltaiczny może generować około 2.3 miliona kilowatogodzin energii elektrycznej rocznie, co może zrównoważyć prawie 80% energii elektrycznej kupowanej przez elektrownię wodną z sieci. Jak pokazano na rysunku 9, jednoosiowy system śledzenia generuje o 20% więcej energii elektrycznej niż tradycyjny system stałego przechyłu, więc ogólna produkcja energii elektrycznej uległa poprawie. Należy zauważyć, że gdy oś jest w kierunku północ-południe, a tablica bitów znajduje się w otwartej przestrzeni, jednoosiowy system śledzenia ma najwyższą wydajność. Zakład Recyklingu Odpadów Mookpark wykorzystuje przyległe grunty rolne, aby zapewnić najlepsze miejsce dla systemów fotowoltaicznych. Podstawa systemu śledzenia jest ułożona na szerokiej belce kołnierzowej pod ziemią, co znacznie zmniejsza koszty i czas budowy. W całym cyklu życia projektu region zaoszczędzi około 4.5 mln USD.

Camden County Municipal Public Utilities Administration, New Jersey

W 2010 roku Camden County Municipal Utilities Authority (CCMUA) wyznaczył sobie śmiały cel wykorzystania 100% energii odnawialnej, która jest tańsza niż lokalna energia elektryczna, do przetwarzania 60 milionów galonów wytwarzanych dziennie (około 220,000 XNUMX m³) ścieków. CCMUA zdaje sobie sprawę, że słoneczne systemy fotowoltaiczne mają taki potencjał. Jednak oczyszczalnia ścieków CCMUA składa się głównie z otwartych zbiorników reakcyjnych, a tradycyjne panele słoneczne na dachach nie są w stanie zapewnić pewnej skali zasilania.

Mimo to CCMUA jest nadal otwarty przetarg. Pan Helio Sage, który wziął udział w przetargu, wyraził przekonanie, że dzięki dodatkowym projektom nad otwartym osadnikiem zostanie zainstalowany system fotowoltaiczny podobny do garażu solarnego. Ponieważ projekt ma sens tylko wtedy, gdy CCMUA może osiągnąć natychmiastowe oszczędności energii, projekt systemu musi być nie tylko solidny, ale także opłacalny.

W lipcu 2012 roku CCMUA Solar Center uruchomiło system wytwarzania energii fotowoltaicznej o mocy 1.8 MW, który składa się z ponad 7,200 paneli słonecznych i obejmuje otwartą pulę o powierzchni 7 akrów. Innowacyjność projektu polega na zamontowaniu systemu zadaszenia o wysokości 8-9 stóp, który nie będzie przeszkadzał w użytkowaniu, obsłudze ani konserwacji innych basenów.

Konstrukcja fotowoltaiki słonecznej to konstrukcja antykorozyjna (słona woda, kwas węglowy i siarkowodór) oraz zmodyfikowany zadaszenie wiaty samochodowej produkowane przez firmę Schletter (znanego dostawcę systemów wsporników fotowoltaicznych, w tym wiat garażowych). Według PPA CCMUA nie ponosi nakładów inwestycyjnych i nie ponosi odpowiedzialności za żadne koszty eksploatacji i konserwacji. Jedynym obowiązkiem finansowym CCMUA jest płacenie stałej ceny za energię słoneczną przez 15 lat. CCMUA szacuje, że zaoszczędzi miliony dolarów na kosztach energii.

Szacuje się, że system fotowoltaiczny będzie generował rocznie około 2.2 miliona kilowatogodzin (kWh) energii elektrycznej, a wydajność oparta na interaktywnej witrynie CCMUA będzie lepsza. Witryna wyświetla aktualną i skumulowaną produkcję energii oraz atrybuty środowiskowe i odzwierciedla bieżącą produkcję energii w czasie rzeczywistym, jak pokazano na poniższym rysunku.

West Basin Municipal Water District, EI Segundo, Kalifornia

Miejska dzielnica wodna West Basin (Miejska dzielnica wodna West Basin) to instytucja publiczna zajmująca się innowacjami od 1947 roku, dostarczająca wodę pitną i odzyskaną do 186 mil kwadratowych zachodniego Los Angeles. West Basin jest szóstym co do wielkości obszarem wodnym w Kalifornii, obsługującym prawie milion ludzi.

W 2006 roku West Basin zdecydował się na instalację fotowoltaicznych systemów wytwarzania energii na swoich obiektach z odzyskiwaniem wody, mając nadzieję na uzyskanie długoterminowych korzyści finansowych i środowiskowych. W listopadzie 2006 roku firma Sun Power pomogła West Basin zainstalować i ukończyć układ fotowoltaiczny, który składa się z 2,848 modułów i generuje 564 kilowatów prądu stałego. System jest zainstalowany na szczycie podziemnego zbiornika magazynowego do przetwarzania betonu w okolicy. System fotowoltaicznej energii słonecznej West Basin może generować około 783,000 10 kilowatogodzin czystej energii odnawialnej każdego roku, jednocześnie redukując koszty obiektów użyteczności publicznej o ponad 2006%. Od momentu zainstalowania systemu fotowoltaicznego w 2014 roku skumulowana produkcja energii w styczniu 5.97 roku wyniosła XNUMX gigawatów (GWh). Poniższy rysunek przedstawia instalację fotowoltaiczną w West Basin.

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

Od momentu założenia w 1965 r. Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) świadczy usługi w zakresie wody pitnej, oczyszczania ścieków i ponownego wykorzystania wody na obszarach w promieniu 150 mil kwadratowych. Obszar usług to Temecula/RanchoCalifornia, w tym Temecula City, części Murrieta City i inne obszary w hrabstwie Riverside.

RCWD ma wizję przyszłościową i jest bardzo wrażliwy na środowisko i koszty strategiczne. W obliczu rosnących kosztów obiektów użyteczności publicznej i rocznych kosztów energii przekraczających 5 milionów dolarów USA rozważyli wytwarzanie energii fotowoltaicznej jako alternatywę. Przed rozważeniem słonecznych systemów fotowoltaicznych rada dyrektorów RCWD oceniła szereg opcji energii odnawialnej, w tym energię wiatrową, zbiorniki pompowe itp.

W styczniu 2007 r., napędzany przez California Solar Energy Program, RCWD otrzymał nagrodę za wydajność wynoszącą tylko 0.34 USD za kilowatogodzinę energii elektrycznej w ciągu pięciu lat pod jurysdykcją lokalnego zakładu użyteczności publicznej. RCWD wykonuje PPA poprzez SunPower, bez nakładów inwestycyjnych. RCWD musi płacić jedynie za energię elektryczną wytwarzaną przez system fotowoltaiczny. System fotowoltaiczny jest finansowany, jest własnością i jest obsługiwany przez SunPower.

Od czasu instalacji systemu fotowoltaicznego RCWD o mocy 1.1 MW DC w 2009 r. obszar ten czerpie wiele korzyści. Na przykład Zakład Rekultywacji Wody Santa Rosa (Santa Rosa Water Reclamation Facility) może zaoszczędzić 152,000 30 USD rocznie, co równoważy około 73% potrzeb energetycznych zakładu. Ponadto, ponieważ RCWD wybiera Renewable Energy Credits (REC) związane z systemem fotowoltaicznym, może zmniejszyć o ponad 30 miliony funtów szkodliwych emisji dwutlenku węgla w ciągu najbliższych XNUMX lat i ma pozytywny wpływ na środowisko.

Oczekuje się, że system fotowoltaiczny pozwoli zaoszczędzić do 6.8 mln USD na kosztach energii elektrycznej w regionie w ciągu najbliższych 20 lat. Instalacja fotowoltaiczna zamontowana w zakładzie RCWD Santa Rosa to system śledzenia przechyłów. W porównaniu z tradycyjnym systemem stałego przechyłu, jego stopa zwrotu z produkcji energii jest o około 25% wyższa. W związku z tym jest podobny do jednoosiowego systemu fotowoltaicznego i nieruchomy. W porównaniu z systemem przechylnym znacznie poprawiono również opłacalność. Ponadto ukośny system śledzenia wymaga większego obszaru, aby uniknąć zasłaniania cienia linia po linii, i musi być zorientowany w linii prostej. Ukośny system śledzenia ma swoje ograniczenia. Podobnie jak w przypadku jednoosiowego systemu śledzenia, musi on być zbudowany na otwartym i nieograniczonym obszarze prostokątnym.