Consumul de energie reprezintă o mare parte din costurile de exploatare ale stațiilor de epurare a apelor uzate. Modul de utilizare a noilor tehnologii și a energiei regenerabile pentru a îmbunătăți eficiența energetică și a reduce consumul de energie în procesul de alimentare cu apă și de tratare a apei a devenit punctul central al multor stații de tratare a apelor uzate din lume. Astăzi vă vom prezenta aplicarea energiei solare în mai multe stații de canalizare din Statele Unite.

Washington Suburban Sanitation Commission, Senecaand Western Branch Wastewater Treatment Station, Germantown și Upper Marlboro, Maryland

Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) a înființat două centrale solare fotovoltaice independente de 2 MW, fiecare dintre acestea putând compensa achiziția anuală de energie electrică conectată la rețea de aproximativ 3278 MWh/an. Ambele sisteme de generare a energiei fotovoltaice sunt construite în spații deschise deasupra solului, lângă stația de epurare. Standard Solar a fost selectat ca contractant EPC, iar Washington Gas Energy Services (WGES) a fost proprietarul și furnizorul de PPA. AECOM asistă WSSC în revizuirea documentelor de proiectare ale furnizorilor EPC pentru a asigura calitatea înaltă a sistemului.

AECOM a transmis, de asemenea, documente de autorizație de mediu către Departamentul de Mediu din Maryland (MDE) pentru a se asigura că sistemul solar fotovoltaic respectă reglementările locale de mediu. Ambele sisteme sunt conectate la clientul dispozitivului de reducere de 13.2kV/ 480V și sunt situate între transformator și orice relee sau întrerupătoare care protejează stația de epurare. Datorită alegerii punctelor de interconectare și a generării de energie solară care uneori (deși rar) depășește consumul de energie la fața locului, au fost instalate noi relee pentru a preveni revenirea energiei de ieșire în rețea. Strategia de interconectare a instalațiilor de epurare a apelor uzate DC Water’s Blue Plains este foarte diferită de cea a WSSC și necesită mai multe metode de interconectare, în principal având în vedere că există două surse de alimentare principale a utilităților care se ramifică la trei contoare electrice principale și circuitele de medie tensiune corespunzătoare.

Stația de epurare a apelor uzate Hill Canyon, Thousand Oaks, California

Stația de tratare a apelor uzate Hill Canyon a fost construită în 1961, cu o capacitate zilnică de procesare de aproximativ 38,000 de tone și este cunoscută pentru managementul său excelent de mediu. Stația de canalizare este dotată cu un dispozitiv de epurare în trei trepte, iar apele uzate epurate pot fi refolosite ca apă regenerată. 65% din consumul de energie la fața locului este produs de o unitate de cogenerare de 500 de kilowați și un sistem solar fotovoltaic de 584 de kilowați DC (500 kilowați AC). Sistemul solar fotovoltaic este instalat într-un rezervor de preaplin ca un pat de uscare de biosolide, așa cum se arată în Figura 8. Aceste componente modulare sunt instalate pe un tracker cu o singură axă deasupra celui mai înalt nivel al apei, iar toate dispozitivele electrice sunt instalate pe o parte a canalul pentru a minimiza pătrunderea apei. Sistemul este proiectat să necesite doar instalarea ancorelor de pilon vertical pe placa de beton existentă pentru fundul piscinei, reducând cantitatea de construcție necesară pentru piloni sau fundații tradiționale. Sistemul solar fotovoltaic a fost instalat la începutul anului 2007 și poate compensa 15% din achizițiile curente de rețea.

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

Aproximativ 2.2 milioane de galoane (aproximativ 8330 m3) de ape uzate de la 9,200 de utilizatori se varsă în instalația de recuperare a apei Moorpark în fiecare zi. Planul strategic 2011-2016 al județului Ventura a detaliat cinci „domeni cheie”, inclusiv „mediu, utilizarea terenurilor și infrastructură”. Următoarele sunt obiectivele strategice cheie în acest domeniu specific: „Implementarea unor măsuri rentabile de economisire a energiei și de reducere a emisiilor prin operare independentă, planificare regională și colaborare publică/privată”.

În 2010, districtul de apă nr. 1 din județul Ventura a cooperat cu AECOM pentru investigarea sistemelor fotovoltaice. În iulie 2011, regiunea a primit un fond de premiu pentru performanța proiectului fotovoltaic de 1.13 MW la instalația de recuperare a deșeurilor Moorpark. Regiunea a trecut printr-un proces lung de cerere de propuneri (RFP). În cele din urmă, la începutul anului 2012, RECSolar a primit autorizația pentru proiectul de începere a proiectării și construcției sistemului fotovoltaic. Sistemul fotovoltaic a fost dat în folosință în noiembrie 2012 și a obținut autorizație de funcționare în paralel.

Actualul sistem solar fotovoltaic poate genera aproximativ 2.3 milioane de kilowați-oră de energie electrică în fiecare an, ceea ce poate compensa aproape 80% din energia electrică achiziționată de centrala de apă din rețea. După cum se arată în Figura 9, sistemul de urmărire cu o singură axă generează cu 20% mai multă energie electrică decât sistemul tradițional de înclinare fixă, astfel încât producția generală de energie electrică a fost îmbunătățită. Trebuie remarcat faptul că atunci când axa este în direcția nord-sud și matricea de biți este în zonă deschisă, sistemul de urmărire cu o singură axă are cea mai mare eficiență. Uzina de reciclare a deșeurilor Mookpark utilizează terenuri agricole adiacente pentru a oferi cel mai bun loc pentru sistemele fotovoltaice. Fundația sistemului de urmărire este îngrămădită pe grinda cu flanșă largă în subteran, ceea ce reduce foarte mult costul și timpul de construcție. Pe parcursul întregului ciclu de viață al proiectului, regiunea va economisi aproximativ 4.5 milioane USD.

Camden County Municipal Utilities Administration, New Jersey

În 2010, Camden County Municipal Utilities Authority (CCMUA) și-a propus un obiectiv îndrăzneț de a folosi energie 100% regenerabilă, care este mai ieftină decât electricitatea locală, pentru a procesa cele 60 de milioane de galoane generate pe zi (aproximativ 220,000 m³) de ape uzate. CCMUA realizează că sistemele solare fotovoltaice au un astfel de potențial. Cu toate acestea, stația de tratare a apelor uzate CCMUA este compusă în principal din rezervoare de reacție deschise, iar rețelele solare tradiționale de pe acoperiș nu pot forma o anumită scară pentru a furniza energie.

Cu toate acestea, CCMUA este încă deschisă la licitație. Domnul Helio Sage, care a participat la licitație, și-a exprimat convingerea că, prin intermediul unor proiecte suplimentare, un sistem fotovoltaic similar cu un garaj solar va fi implementat deasupra rezervorului de sedimentare deschis. Deoarece proiectul are sens doar dacă CCMUA poate realiza economii imediate de energie, proiectarea schemei trebuie să fie nu numai robustă, ci și rentabilă.

În iulie 2012, Centrul Solar CCMUA a lansat un sistem de generare a energiei solare fotovoltaice de 1.8 MW, care constă din peste 7,200 de panouri solare și acoperă un bazin deschis de 7 acri. Inovația designului constă în instalarea sistemului de baldachin înalt de 8-9 picioare, care nu va interfera cu utilizarea, funcționarea sau întreținerea altor piscine de echipamente.

Structura solară fotovoltaică este un design anticoroziv (apă sărată, acid carbonic și hidrogen sulfurat) și o copertă modificată pentru carport fabricată de Schletter (un furnizor binecunoscut de sisteme de suport fotovoltaic, inclusiv carport). Potrivit PPA, CCMUA nu are cheltuieli de capital și nu este responsabilă pentru niciun cost de operare și întreținere. Singura responsabilitate financiară a CCMUA este să plătească un preț fix pentru energia solară timp de 15 ani. CCMUA estimează că va economisi milioane de dolari în costuri cu energia.

Se estimează că sistemul solar fotovoltaic va genera aproximativ 2.2 milioane de kilowați-oră (kWh) de energie electrică în fiecare an, iar performanța bazată pe site-ul interactiv CCMUA va fi mai bună. Site-ul web afișează producția de energie curentă și acumulată și atributele de mediu și reflectă producția curentă de energie în timp real, așa cum se arată în figura de mai jos.

Districtul de apă municipal al bazinului de vest, EI Segundo, California

West Basin Municipal Water District (West Basin Municipal Water District) este o instituție publică dedicată inovației din 1947, furnizând apă potabilă și regenerată celor 186 de mile pătrate din vestul Los Angeles-ului. West Basin este a șasea zonă de apă ca mărime din California, deservind aproape un milion de oameni.

În 2006, West Basin a decis să instaleze sisteme de generare a energiei solare fotovoltaice pe instalațiile sale de apă regenerată, în speranța de a obține beneficii financiare și de mediu pe termen lung. În noiembrie 2006, Sun Power a ajutat West Basin să instaleze și să completeze rețeaua fotovoltaică, care constă din 2,848 de module și generează 564 de kilowați de curent continuu. Sistemul este instalat pe partea superioară a rezervorului de stocare subteran de prelucrare a betonului din zonă. Sistemul de generare a energiei solare fotovoltaice din West Basin poate genera aproximativ 783,000 de kilowați-oră de energie regenerabilă curată în fiecare an, reducând în același timp costul instalațiilor publice cu mai mult de 10%. De la instalarea sistemului fotovoltaic în 2006, producția de energie cumulată din ianuarie 2014 a fost de 5.97 gigawați (GWh). Imaginea de mai jos prezintă sistemul fotovoltaic din West Basin.

Districtul de apă Rancho California, Uzina de apă recuperată Santa Rosa, Murrieta, California

De la înființarea sa în 1965, Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) a furnizat servicii de apă potabilă, tratare a apelor uzate și reutilizare a apei în zone pe o rază de 150 mile pătrate. Zona de servicii este Temecula/RanchoCalifornia, inclusiv Temecula City, părți din Murrieta City și alte zone din Riverside County.

RCWD are o viziune de perspectivă și este foarte sensibil la mediu și costurile strategice. Confruntați cu creșterea costurilor cu instalațiile publice și cu costurile anuale ale energiei de peste 5 milioane de dolari SUA, ei au considerat generarea de energie solară fotovoltaică ca alternativă. Înainte de a lua în considerare sistemele solare fotovoltaice, consiliul de administrație al RCWD a evaluat o serie de opțiuni de energie regenerabilă, inclusiv energie eoliană, rezervoare de stocare prin pompare etc.

În ianuarie 2007, condus de Programul de Energie Solară din California, RCWD a primit un premiu de performanță de doar 0.34 USD per kilowatt-oră de energie electrică în termen de cinci ani sub jurisdicția utilității publice locale. RCWD exercită PPA prin SunPower, fără cheltuieli de capital. RCWD trebuie să plătească doar pentru energia electrică generată de sistemul fotovoltaic. Sistemul fotovoltaic este finanțat, deținut și operat de SunPower.

De la instalarea sistemului fotovoltaic DC de 1.1 MW al RCWD în 2009, zona se bucură de multe beneficii. De exemplu, unitatea de recuperare a apei Santa Rosa (Santa Rosa Water Reclamation Facility) poate economisi 152,000 USD în costuri pe an, compensând aproximativ 30% din necesarul de energie al centralei. În plus, deoarece RCWD alege credite de energie regenerabilă (REC) legate de sistemul său fotovoltaic, poate reduce mai mult de 73 de milioane de lire sterline de emisii nocive de carbon în următorii 30 de ani și are un impact pozitiv pe piață asupra mediului.

Se preconizează că sistemul solar fotovoltaic va economisi până la 6.8 milioane de dolari SUA în costuri cu electricitatea pentru regiune în următorii 20 de ani. Sistemul solar fotovoltaic instalat în uzina RCWD Santa Rosa este un sistem de urmărire a înclinării. În comparație cu sistemul tradițional de înclinare fixă, rata de rentabilitate a producției de energie este cu aproximativ 25% mai mare. Prin urmare, este similar cu sistemul fotovoltaic cu o singură axă și fix În comparație cu sistemul de înclinare, eficiența costurilor este de asemenea îmbunătățită semnificativ. În plus, sistemul de urmărire oblică necesită o suprafață mai mare pentru a evita ocluzia liniei de umbră cu linie și trebuie orientat în linie dreaptă. Sistemul de urmărire oblică are limitările sale. Similar cu sistemul de urmărire cu o singură axă, acesta trebuie să fie construit într-o zonă dreptunghiulară deschisă și nerestricționată.