O consumo de energia é responsável por uma grande proporção dos custos operacionais das estações de tratamento de águas residuais. Como usar novas tecnologias e energia renovável para melhorar a eficiência energética e reduzir o consumo de energia no abastecimento de água e no processo de tratamento de água tornou-se o foco de muitas estações de tratamento de águas residuais no mundo. Hoje vamos apresentar a você a aplicação de energia solar em várias estações de esgoto nos Estados Unidos.

Comissão de Saneamento Suburban de Washington, Estação de Tratamento de Águas Residuais Senecaand Western Branch, Germantown e Upper Marlboro, Maryland

A Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) estabeleceu duas usinas de energia solar fotovoltaica independentes de 2 MW, cada uma das quais pode compensar a compra anual de energia conectada à rede de aproximadamente 3278 MWh / ano. Ambos os sistemas de geração de energia fotovoltaica são construídos em áreas abertas acima do solo, próximas à estação de tratamento de esgoto. A Standard Solar foi selecionada como a contratada EPC, e Washington Gas Energy Services (WGES) foi a proprietária e fornecedora de PPA. A AECOM auxilia o WSSC na revisão dos documentos de design dos fornecedores de EPC para garantir a alta qualidade do sistema.

A AECOM também enviou documentos de licença ambiental ao Departamento de Meio Ambiente de Maryland (MDE) para garantir que o sistema solar fotovoltaico esteja em conformidade com as regulamentações ambientais locais. Ambos os sistemas são conectados ao cliente do dispositivo abaixador de 13.2 kV / 480 V e localizados entre o transformador e quaisquer relés ou disjuntores que protegem a estação de tratamento de esgoto. Devido à escolha de pontos de interconexão e geração de energia solar que às vezes (embora raramente) excede o consumo de energia local, novos relés foram instalados para evitar que a saída de energia retorne à rede. A estratégia de interconexão das estações de tratamento de águas residuais de Blue Plains da DC Water é muito diferente daquela do WSSC e requer vários métodos de interconexão, principalmente considerando que existem dois alimentadores de energia elétrica principais ramificando para três medidores elétricos principais e os circuitos de média tensão correspondentes.

Estação de tratamento de águas residuais de Hill Canyon, Thousand Oaks, Califórnia

A Estação de Tratamento de Esgoto Hill Canyon foi construída em 1961, com capacidade de processamento diário de aproximadamente 38,000 toneladas, e é conhecida por sua excelente gestão ambiental. A estação de esgoto é equipada com um dispositivo de tratamento de três estágios, e a água residual tratada pode ser reutilizada como água de reúso. 65% do consumo de energia no local é produzido por uma unidade de cogeração de 500 quilowatts e um sistema solar fotovoltaico de 584 quilowatts CC (500 quilowatts CA). O sistema solar fotovoltaico é instalado em um reservatório de transbordamento como um leito de secagem de biossólidos, conforme mostrado na Figura 8. Esses componentes modulares são instalados em um rastreador de eixo único acima do nível de água mais alto, e todos os dispositivos elétricos são instalados em um lado do o canal para minimizar a entrada de água. O sistema foi projetado para precisar apenas instalar as âncoras do píer vertical na placa de concreto do fundo da piscina existente, reduzindo a quantidade de construção necessária para estacas ou fundações tradicionais. O sistema solar fotovoltaico foi instalado no início de 2007 e pode compensar 15% das compras atuais da rede.

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

Aproximadamente 2.2 milhões de galões (aproximadamente 8330m3) de esgoto de 9,200 usuários fluem para o Moorpark Water Reclamation Facility todos os dias. O plano estratégico 2011-2016 do condado de Ventura detalhou cinco “áreas-chave”, incluindo “meio ambiente, uso do solo e infraestrutura”. A seguir estão os principais objetivos estratégicos neste campo específico: “Implementar medidas econômicas de economia de energia e redução de emissões por meio de operação independente, planejamento regional e colaboração público / privada.”

Em 2010, o Ventura County Water District No. 1 cooperou com a AECOM para investigar os sistemas fotovoltaicos. Em julho de 2011, a região recebeu um fundo de prêmio de desempenho de projeto fotovoltaico de 1.13 MW no Moorpark Waste Reclamation Facility. A região passou por um longo processo de Solicitação de Proposta (RFP). Finalmente, no início de 2012, a RECSolar obteve a autorização para o projeto de início da conceção e construção do sistema fotovoltaico. O sistema fotovoltaico entrou em funcionamento em novembro de 2012 e obteve licença de funcionamento em paralelo.

O atual sistema solar fotovoltaico pode gerar cerca de 2.3 milhões de quilowatts-hora de eletricidade a cada ano, o que pode compensar quase 80% da eletricidade comprada pela usina de água da rede. Conforme mostrado na Figura 9, o sistema de rastreamento de eixo único gera 20% mais eletricidade do que o sistema tradicional de inclinação fixa, portanto, a produção geral de eletricidade foi melhorada. Deve-se notar que quando o eixo está na direção norte-sul e a matriz de bits está na área aberta, o sistema de rastreamento de eixo único tem a maior eficiência. A Usina de Reciclagem de Resíduos Mookpark usa terras agrícolas adjacentes para fornecer o melhor local para sistemas fotovoltaicos. A base do sistema de rastreamento é empilhada na viga de flange larga no subsolo, o que reduz muito o custo e o tempo de construção. Durante todo o ciclo de vida do projeto, a região economizará cerca de US $ 4.5 milhões.

Administração Municipal de Serviços Públicos do Condado de Camden, Nova Jersey

Em 2010, a Camden County Municipal Utilities Authority (CCMUA) estabeleceu para si mesma uma meta ousada de usar 100% de energia renovável, mais barata do que a eletricidade local, para processar os 60 milhões de galões gerados por dia (cerca de 220,000 m³) de esgoto. O CCMUA percebe que os sistemas solares fotovoltaicos têm esse potencial. No entanto, a estação de tratamento de águas residuais CCMUA é composta principalmente de tanques de reação abertos e painéis solares tradicionais no telhado não podem formar uma certa escala para fornecer energia.

Apesar disso, o CCMUA ainda está em processo de licitação. O Sr. Helio Sage, que participou no concurso, manifestou a sua convicção de que, através de alguns projectos adicionais, um sistema fotovoltaico semelhante a uma garagem solar será implantado por cima do tanque de sedimentação a céu aberto. Uma vez que o projeto só faz sentido se o CCMUA puder obter economia de energia imediata, o design do esquema deve ser não apenas robusto, mas também econômico.

Em julho de 2012, o Centro Solar CCMUA lançou um sistema de geração de energia solar fotovoltaica de 1.8 MW, que consiste em mais de 7,200 painéis solares e cobre uma piscina aberta de 7 acres. A inovação do projeto está na instalação do sistema de canopy de 8-9 pés de altura, que não interfere no uso, operação ou manutenção de outras piscinas de equipamentos.

A estrutura solar fotovoltaica é um projeto anticorrosivo (água salgada, ácido carbônico e sulfeto de hidrogênio) e uma cobertura de garagem modificada fabricada pela Schletter (um conhecido fornecedor de sistemas de suporte fotovoltaico, incluindo carports). De acordo com o PPA, o CCMUA não tem despesas de capital e não é responsável por quaisquer custos de operação e manutenção. A única responsabilidade financeira do CCMUA é pagar um preço fixo pela energia solar por 15 anos. O CCMUA estima que economizará milhões de dólares em custos de energia.

Estima-se que o sistema solar fotovoltaico irá gerar cerca de 2.2 milhões de quilowatts-hora (kWh) de eletricidade a cada ano, e o desempenho com base no site interativo do CCMUA será melhor. O site exibe a produção de energia atual e acumulada e os atributos ambientais, e reflete a produção de energia atual em tempo real, conforme mostrado na figura abaixo.

Distrito aquático municipal de West Basin, EI Segundo, Califórnia

West Basin Municipal Water District (West Basin Municipal Water District) é uma instituição pública dedicada à inovação desde 1947, fornecendo água potável e reutilizada para 186 milhas quadradas do oeste de Los Angeles. West Basin é a sexta maior área de água da Califórnia, atendendo a quase um milhão de pessoas.

Em 2006, West Basin decidiu instalar sistemas de geração de energia solar fotovoltaica em suas instalações de água recuperada, na esperança de obter benefícios financeiros e ambientais de longo prazo. Em novembro de 2006, a Sun Power ajudou West Basin a instalar e concluir a matriz fotovoltaica, que consiste em 2,848 módulos e gera 564 quilowatts de corrente contínua. O sistema é instalado no topo do tanque subterrâneo de armazenamento de processamento de concreto da área. O sistema de geração de energia solar fotovoltaica da West Basin pode gerar cerca de 783,000 quilowatts-hora de energia limpa e renovável a cada ano, enquanto reduz o custo das instalações públicas em mais de 10%. Desde a instalação do sistema fotovoltaico em 2006, a produção de energia acumulada em janeiro de 2014 foi de 5.97 gigawatts (GWh). A imagem abaixo mostra o sistema fotovoltaico na Bacia Oeste.

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

Desde o seu estabelecimento em 1965, o Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) tem fornecido água potável, tratamento de esgoto e serviços de tratamento de reuso de água para áreas dentro de um raio de 150 milhas quadradas. A área de serviço é Temecula / RanchoCalifornia, incluindo a cidade de Temecula, partes da cidade de Murrieta e outras áreas no condado de Riverside.

O RCWD tem uma visão voltada para o futuro e é altamente sensível ao meio ambiente e aos custos estratégicos. Diante do aumento dos custos das instalações públicas e dos custos anuais de energia de mais de 5 milhões de dólares, eles consideraram a geração de energia solar fotovoltaica como uma alternativa. Antes de considerar os sistemas solares fotovoltaicos, o conselho de diretores do RCWD avaliou uma série de opções de energia renovável, incluindo energia eólica, reservatórios de armazenamento bombeado, etc.

Em janeiro de 2007, impulsionado pelo Programa de Energia Solar da Califórnia, o RCWD recebeu um prêmio de desempenho – apenas US $ 0.34 por quilowatt-hora de eletricidade em cinco anos sob a jurisdição do serviço público local. O RCWD exerce o PPA por meio do SunPower, sem despesas de capital. O RCWD só precisa pagar pela eletricidade gerada pelo sistema fotovoltaico. O sistema fotovoltaico é financiado, de propriedade e operado pela SunPower.

Desde a instalação do sistema fotovoltaico de 1.1 MW DC da RCWD em 2009, a área tem desfrutado de muitos benefícios. Por exemplo, a Instalação de Recuperação de Água de Santa Rosa (Central de Recuperação de Água de Santa Rosa) pode economizar US $ 152,000 em custos por ano, compensando aproximadamente 30% das necessidades de energia da planta. Além disso, como o RCWD escolhe os Créditos de Energia Renovável (RECs) relacionados ao seu sistema fotovoltaico, ele pode reduzir mais de 73 milhões de libras de emissões de carbono prejudiciais nos próximos 30 anos e tem um impacto positivo de mercado no meio ambiente.

Espera-se que o sistema solar fotovoltaico economize até 6.8 milhões de dólares americanos em custos de eletricidade para a região nos próximos 20 anos. O sistema solar fotovoltaico instalado na usina RCWD Santa Rosa é um sistema de rastreamento de inclinação. Comparado com o sistema tradicional de inclinação fixa, sua taxa de retorno de produção de energia é cerca de 25% maior. Portanto, é semelhante ao sistema fotovoltaico de eixo único e fixo Em comparação com o sistema de inclinação, a relação custo-benefício também é significativamente melhorada. Além disso, o sistema de rastreamento oblíquo requer uma área maior para evitar a oclusão da sombra linha por linha e deve ser orientado em linha reta. O sistema de rastreamento oblíquo tem suas limitações. Semelhante ao sistema de rastreamento de eixo único, deve ser construído em uma área retangular aberta e irrestrita.