Poraba energije predstavlja velik delež obratovalnih stroškov čistilnih naprav. Kako uporabljati nove tehnologije in obnovljivo energijo za izboljšanje energetske učinkovitosti in zmanjšanje porabe energije v procesu oskrbe z vodo in čiščenja vode, je postalo v središču številnih čistilnih naprav po svetu. Danes vam bomo predstavili uporabo sončne energije v več kanalizacijskih napravah v Združenih državah.

Washington Suburban Sanitation Commission, Senecaand Western Branch čistilna naprava za odpadne vode, Germantown & Upper Marlboro, Maryland

Washington Suburban Sanitary Commission (WSSC) je ustanovila dve neodvisni sončni fotovoltaični elektrarni z močjo 2 MW, od katerih lahko vsaka nadomesti letni nakup električne energije, povezane z omrežjem, v višini približno 3278 MWh/leto. Oba fotovoltaična sistema za proizvodnjo električne energije sta zgrajena na odprtih površinah nad tlemi, ob čistilni napravi. Standard Solar je bil izbran za izvajalca EPC, Washington Gas Energy Services (WGES) pa je bil lastnik in ponudnik PPA. AECOM pomaga WSSC pri pregledu projektne dokumentacije dobaviteljev EPC, da zagotovi visoko kakovost sistema.

AECOM je tudi predložil dokumente o okoljevarstvenem dovoljenju Ministrstvu za okolje Marylanda (MDE), da zagotovi, da je solarni fotovoltaični sistem v skladu z lokalnimi okoljskimi predpisi. Oba sistema sta povezana z odjemalcem 13.2kV/480V step-down naprave in sta nameščena med transformatorjem in morebitnimi releji ali odklopniki, ki ščitijo čistilno napravo. Zaradi izbire povezovalnih točk in proizvodnje sončne energije, ki včasih (čeprav redko) presega porabo električne energije na kraju samem, so bili nameščeni novi releji, ki preprečujejo, da bi se izhodna moč vrnila v omrežje. Strategija medsebojnega povezovanja čistilnih naprav Blue Plains podjetja DC Water se zelo razlikuje od strategije WSSC in zahteva več načinov medsebojnega povezovanja, predvsem glede na to, da sta dva glavna napajalnika električne energije, ki se razvejata na tri glavne električne števce in ustrezna srednjenapetostna vezja.

Čistilna naprava Hill Canyon, Thousand Oaks, Kalifornija

Čistilna naprava Hill Canyon je bila zgrajena leta 1961 z dnevno zmogljivostjo predelave približno 38,000 ton in je znana po odličnem ravnanju z okoljem. Kanalizacija je opremljena s tristopenjsko čistilno napravo, očiščeno odpadno vodo pa je mogoče ponovno uporabiti kot predelano vodo. 65 % porabe energije na lokaciji proizvedeta 500-kilovatna enota za soproizvodnjo in 584-kilovatni solarni fotovoltaični sistem DC (500-kilovatni AC). Solarni fotovoltaični sistem je nameščen v prelivnem rezervoarju kot sušilni sloj biotrdih, kot je prikazano na sliki 8. Te modularne komponente so nameščene na enoosni sledilnik nad najvišjim nivojem vode, vse električne naprave pa so nameščene na eni strani kanal za zmanjšanje vdora vode. Sistem je zasnovan tako, da je treba navpična sidra za pomol namestiti samo na obstoječo betonsko spodnjo ploščo bazena, kar zmanjša količino konstrukcije, ki je potrebna za tradicionalne pilote ali temelje. Sončni fotovoltaični sistem je bil nameščen v začetku leta 2007 in lahko nadomesti 15 % trenutnih nakupov omrežja.

Vodovodno okrožje okrožja Ventura, obrat za predelano vodo Moorpark, Moorpark, Kalifornija

Približno 2.2 milijona galon (približno 8330 m3) odplak iz 9,200 uporabnikov se vsak dan steče v Moorpark Water Reclamation Facility. Strateški načrt okrožja Ventura za obdobje 2011–2016 podrobno opisuje pet “ključnih področij”, vključno z “okoljem, rabo zemljišč in infrastrukturo”. Naslednji so ključni strateški cilji na tem posebnem področju: »Izvajanje stroškovno učinkovitih ukrepov za varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij z neodvisnim delovanjem, regionalnim načrtovanjem in javno/zasebnim sodelovanjem.«

Leta 2010 je vodno okrožje okrožja Ventura št. 1 sodelovalo z AECOM pri raziskovanju fotovoltaičnih sistemov. Julija 2011 je regija prejela nagradni sklad za uspešnost fotovoltaičnega projekta z močjo 1.13 MW v obratu za predelavo odpadkov Moorpark. Regija je šla skozi dolg postopek zahtevka za predloge (RFP). Končno je v začetku leta 2012 RECSolar pridobil pooblastilo za projekt za začetek načrtovanja in gradnje fotovoltaičnega sistema. Fotovoltaični sistem je bil dan v uporabo novembra 2012 in pridobil dovoljenje za vzporedno obratovanje.

Trenutni sončni fotovoltaični sistem lahko proizvede približno 2.3 milijona kilovatnih ur električne energije vsako leto, kar lahko skoraj nadomesti 80 % električne energije, ki jo elektrarna kupi iz omrežja. Kot je prikazano na sliki 9, enoosni sledilni sistem proizvede 20 % več električne energije kot tradicionalni fiksni nagibni sistem, zato je bila celotna proizvodnja električne energije izboljšana. Opozoriti je treba, da ima enoosni sistem sledenja največjo učinkovitost, ko je os v smeri sever-jug in je niz bitov na odprtem območju. Obrat za recikliranje odpadkov Mookpark uporablja sosednja kmetijska zemljišča, da zagotovi najboljše mesto za fotovoltaične sisteme. Temelj sledilnega sistema je naložen na široki prirobnični tram pod zemljo, kar močno zmanjša stroške in čas gradnje. V celotnem življenjskem ciklu projekta bo regija prihranila približno 4.5 milijona USD.

Občinska uprava za javne službe okrožja Camden, New Jersey

Leta 2010 si je občinska uprava okrožja Camden (CCMUA) zadala drzen cilj uporabe 100 % obnovljive energije, ki je cenejša od lokalne električne energije, za predelavo 60 milijonov galon, proizvedenih na dan (približno 220,000 m³) odplak. CCMUA se zaveda, da imajo solarni fotovoltaični sistemi tak potencial. Vendar pa je čistilna naprava CCMUA v glavnem sestavljena iz odprtih reakcijskih rezervoarjev in tradicionalni strešni solarni nizi ne morejo tvoriti določenega obsega za oskrbo z energijo.

Kljub temu je CCMUA še vedno odprt razpis. G. Helio Sage, ki je sodeloval na razpisu, je izrazil prepričanje, da se bo z nekaterimi dodatnimi projekti nad odprto sedimentacijsko posodo postavil fotovoltaični sistem, podoben solarni garaži. Ker je projekt smiseln le, če lahko CCMUA doseže takojšnje prihranke energije, mora biti zasnova sheme ne le robustna, ampak tudi stroškovno učinkovita.

Julija 2012 je CCMUA Solar Center zagnal 1.8 MW solarni fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije, ki je sestavljen iz več kot 7,200 sončnih kolektorjev in pokriva odprt bazen velikosti 7 hektarjev. Inovacija zasnove je v vgradnji 8-9 čevljev visokega sistema nadstreškov, ki ne bo motil uporabe, delovanja ali vzdrževanja drugih bazenov opreme.

Solarna fotovoltaična konstrukcija je protikorozijska (slana voda, ogljikova kislina in vodikov sulfid) zasnova in modificiran nadstrešek za nadstrešek proizvajalca Schletter (znan dobavitelj fotovoltaičnih nosilnih sistemov, vključno z nadstreški za avtomobile). V skladu s PPA CCMUA nima kapitalskih izdatkov in ni odgovorna za kakršne koli stroške delovanja in vzdrževanja. Edina finančna odgovornost CCMUA je plačilo fiksne cene za sončno energijo za 15 let. CCMUA ocenjuje, da bo prihranila milijone dolarjev stroškov energije.

Ocenjuje se, da bo solarni fotovoltaični sistem vsako leto proizvedel približno 2.2 milijona kilovatnih ur (kWh) električne energije, zmogljivost na podlagi interaktivne spletne strani CCMUA pa bo boljša. Spletna stran prikazuje trenutno in akumulirano proizvodnjo energije ter okoljske lastnosti ter odraža trenutno proizvodnjo energije v realnem času, kot je prikazano na spodnji sliki.

Mestno vodno okrožje West Basin, EI Segundo, Kalifornija

Mestno vodno okrožje West Basin (West Basin Municipal Water District) je javna ustanova, posvečena inovacijam od leta 1947, ki zagotavlja pitno in predelano vodo na 186 kvadratnih milj zahodnega Los Angelesa. West Basin je šesto največje vodno območje v Kaliforniji, ki oskrbuje skoraj milijon ljudi.

Leta 2006 se je West Basin odločil namestiti solarne fotovoltaične sisteme za proizvodnjo električne energije na svoje objekte za predelano vodo, v upanju, da bo pridobil dolgoročne finančne in okoljske koristi. Novembra 2006 je Sun Power pomagal West Basinu pri namestitvi in ​​dokončanju fotonapetostnega niza, ki je sestavljen iz 2,848 modulov in ustvarja 564 kilovatov enosmernega toka. Sistem je nameščen na vrhu podzemnega rezervoarja za obdelavo betona na tem območju. Sončni fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije West Basina lahko proizvede približno 783,000 kilovatnih ur čiste obnovljive energije vsako leto, hkrati pa zmanjša stroške javnih objektov za več kot 10 %. Od postavitve fotovoltaičnega sistema leta 2006 je bila kumulativna proizvodnja energije januarja 2014 5.97 gigavata (GWh). Spodnja slika prikazuje fotovoltaični sistem v Zahodnem bazenu.

Vodno okrožje Rancho California, obrat za predelano vodo Santa Rosa, Murrieta, Kalifornija

Od svoje ustanovitve leta 1965 je Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) zagotavljal storitve pitne vode, čiščenja odplak in ponovne uporabe vode za območja v polmeru 150 kvadratnih kilometrov. Območje storitve je Temecula/RanchoCalifornia, vključno s mestom Temecula, deli mesta Murrieta in drugimi območji v okrožju Riverside.

RCWD ima v prihodnost usmerjeno vizijo in je zelo občutljiv na okolje in strateške stroške. Soočeni z naraščajočimi stroški javnih objektov in letnimi stroški energije za več kot 5 milijonov ameriških dolarjev so razmišljali o proizvodnji sončne fotovoltaične energije kot alternativi. Preden je razmislil o solarnih fotovoltaičnih sistemih, je upravni odbor RCWD ocenil vrsto možnosti za obnovljive vire energije, vključno z vetrno energijo, črpalnimi rezervoarji itd.

Januarja 2007 je RCWD, ki ga je vodil kalifornijski program sončne energije, prejel nagrado za uspešnost samo 0.34 $ na kilovatno uro električne energije v petih letih pod pristojnostjo lokalnega javnega podjetja. RCWD izvaja PPA prek SunPowerja, brez kapitalskih izdatkov. RCWD mora plačati samo za električno energijo, ki jo proizvede fotovoltaični sistem. Fotovoltaični sistem je financiran, v lasti in upravljanju podjetja SunPower.

Od postavitve fotovoltaičnega sistema RCWD 1.1 MW DC leta 2009 je območje uživalo številne prednosti. Na primer, objekt za predelavo vode Santa Rosa (Santa Rosa Water Reclamation Facility) lahko prihrani 152,000 USD pri stroških na leto, kar izravna približno 30 % energetskih potreb elektrarne. Poleg tega, ker RCWD izbere kredite za obnovljive vire energije (REC), povezane z njegovim fotonapetostnim sistemom, lahko v naslednjih 73 letih zmanjša za več kot 30 milijonov funtov škodljivih emisij ogljika in ima pozitiven tržni vpliv na okolje.

Sončni fotovoltaični sistem naj bi v naslednjih 6.8 letih prihranil do 20 milijona ameriških dolarjev stroškov električne energije za regijo. Solarni fotovoltaični sistem, nameščen v tovarni RCWD Santa Rosa, je sistem za sledenje nagibu. V primerjavi s tradicionalnim fiksnim nagibnim sistemom je njegova donosnost proizvodnje energije približno 25 % višja. Zato je podoben enoosnemu fotovoltaičnemu sistemu in fiksno V primerjavi z nagibnim sistemom je tudi stroškovna učinkovitost bistveno izboljšana. Poleg tega sistem poševnega sledenja zahteva večjo površino, da se izogne ​​zamašitvi sence vrstica za črto, in mora biti usmerjen v ravni črti. Sistem poševnega sledenja ima svoje omejitve. Podobno kot enoosni sistem sledenja mora biti zgrajen na odprtem in neomejenem pravokotnem območju.