Matumizi ya nishati huchangia sehemu kubwa ya gharama za uendeshaji wa mitambo ya kutibu maji machafu. Jinsi ya kutumia teknolojia mpya na nishati mbadala ili kuboresha ufanisi wa nishati na kupunguza matumizi ya nishati katika mchakato wa usambazaji wa maji na matibabu ya maji imekuwa lengo la mitambo mingi ya matibabu ya maji machafu ulimwenguni. Leo tutakuletea matumizi ya nishati ya jua katika mitambo kadhaa ya maji taka nchini Marekani.

Tume ya Usafi wa Mazingira ya Jiji la Washington, Kiwanda cha Kusafisha Maji taka cha Seneca na Tawi la Magharibi, Germantown & Upper Marlboro, Maryland

Tume ya Usafi ya Miji ya Washington (WSSC) imeanzisha mitambo miwili huru ya umeme wa jua ya MW 2, ambayo kila moja inaweza kumaliza ununuzi wa kila mwaka wa nishati iliyounganishwa na gridi ya takriban 3278MWh/mwaka. Mifumo yote miwili ya kuzalisha umeme wa photovoltaic imejengwa katika maeneo ya wazi juu ya ardhi, karibu na mtambo wa kusafisha maji taka. Standard Solar ilichaguliwa kama mkandarasi wa EPC, na Washington Gas Energy Services (WGES) alikuwa mmiliki na mtoa huduma wa PPA. AECOM husaidia WSSC katika kukagua hati za muundo za wasambazaji wa EPC ili kuhakikisha ubora wa juu wa mfumo.

AECOM pia iliwasilisha hati za kibali cha mazingira kwa Idara ya Mazingira ya Maryland (MDE) ili kuhakikisha kwamba mfumo wa jua wa photovoltaic unatii kanuni za mazingira za ndani. Mifumo yote miwili imeunganishwa kwa mteja wa kifaa cha kuteremka cha 13.2kV/ 480V na iko kati ya kibadilishaji umeme na relay zozote au vivunja saketi vinavyolinda mtambo wa kusafisha maji taka. Kwa sababu ya chaguo la viunganishi vya muunganisho na uzalishaji wa nishati ya jua ambao wakati mwingine (ingawa mara chache) huzidi matumizi ya nishati kwenye tovuti, relay mpya zimesakinishwa ili kuzuia pato la nishati kurudi kwenye gridi ya taifa. Mbinu ya uunganisho wa mitambo ya kusafisha maji taka ya DC Water’s Blue Plains ni tofauti sana na ile ya WSSC na inahitaji mbinu nyingi za uunganisho, hasa ikizingatiwa kuwa kuna visambazaji umeme vya shirika viwili vinavyogawanyika hadi mita kuu tatu za umeme na saketi za volteji za wastani zinazolingana.

Hill Canyon Wastewater Treatment Plant, Thousand Oaks, California

Kiwanda cha Kusafisha Maji taka cha Hill Canyon kilijengwa mnamo 1961, kikiwa na uwezo wa kuchakata kila siku wa takriban tani 38,000, na kinajulikana kwa usimamizi wake bora wa mazingira. Kiwanda cha maji taka kina kifaa cha matibabu cha hatua tatu, na maji machafu yaliyosafishwa yanaweza kutumika tena kama maji yaliyorejeshwa. 65% ya matumizi ya nguvu kwenye tovuti huzalishwa na kitengo cha kuunganisha cha kilowati 500 na mfumo wa photovoltaic wa jua wa 584-kilowati DC (500-kilowati AC). Mfumo wa jua wa photovoltaic umewekwa kwenye hifadhi ya kufurika kama sehemu ya kukausha ya biosolidi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8. Vipengele hivi vya moduli vimewekwa kwenye kifuatiliaji cha mhimili mmoja juu ya kiwango cha juu cha maji, na vifaa vyote vya umeme vimewekwa upande mmoja wa njia ya kupunguza maji kuingilia. Mfumo huu umeundwa ili kuhitaji tu kusakinisha nanga za gati wima kwenye bati la chini la bwawa la zege lililopo, na hivyo kupunguza kiwango cha ujenzi kinachohitajika kwa urundikaji wa kawaida au misingi. Mfumo wa jua wa photovoltaic ulisakinishwa mapema 2007 na unaweza kukabiliana na 15% ya ununuzi wa gridi ya sasa.

Wilaya ya Ventura County Waterworks, Moorpark Reclaimed Water Plant, Moorpark, California

Takriban galoni milioni 2.2 (takriban 8330m3) za maji taka kutoka kwa watumiaji 9,200 hutiririka hadi kwenye Kituo cha Kurekebisha Maji cha Moorpark kila siku. Mpango mkakati wa 2011-2016 wa Kaunti ya Ventura ulieleza kwa kina “maeneo makuu” matano, yakiwemo “mazingira, matumizi ya ardhi, na miundombinu”. Yafuatayo ni malengo muhimu ya kimkakati katika uwanja huu mahususi: “Tekeleza hatua za kuokoa nishati na kupunguza uzalishaji kwa njia ya uendeshaji huru, mipango ya kikanda na ushirikiano wa umma/binafsi.”

Mnamo 2010, Wilaya ya Maji ya Kaunti ya Ventura nambari 1 ilishirikiana na AECOM kuchunguza mifumo ya photovoltaic. Mnamo Julai 2011, kanda ilipokea tuzo ya utendaji wa mradi wa photovoltaic wa MW 1.13 katika Kituo cha Kurekebisha Taka cha Moorpark. Mkoa umepitia mchakato mrefu wa Ombi la Pendekezo (RFP). Hatimaye, mapema 2012, RECSolar ilipewa idhini ya mradi kuanza kubuni na ujenzi wa mfumo wa photovoltaic. Mfumo wa photovoltaic ulianza kutumika mnamo Novemba 2012 na kupata kibali cha operesheni sambamba.

Mfumo wa sasa wa nishati ya jua wa photovoltaic unaweza kuzalisha takribani saa milioni 2.3 za kilowati za umeme kila mwaka, ambayo inaweza karibu kumaliza 80% ya umeme unaonunuliwa na mtambo wa maji kutoka kwa gridi ya taifa. Kama inavyoonyeshwa katika Mchoro wa 9, mfumo wa ufuatiliaji wa mhimili mmoja huzalisha umeme zaidi ya 20% kuliko mfumo wa kawaida wa kuinamisha, hivyo uzalishaji wa jumla wa umeme umeboreshwa. Ikumbukwe kwamba wakati mhimili iko katika mwelekeo wa kaskazini-kusini na safu ndogo iko katika eneo la wazi, mfumo wa ufuatiliaji wa mhimili mmoja una ufanisi zaidi. Kiwanda cha Urejelezaji Taka cha Mookpark hutumia shamba la karibu ili kutoa mahali pazuri zaidi kwa mifumo ya photovoltaic. Msingi wa mfumo wa ufuatiliaji umewekwa kwenye boriti ya flange pana chini ya ardhi, ambayo inapunguza sana gharama ya ujenzi na wakati. Wakati wa mzunguko mzima wa maisha ya mradi, kanda itaokoa takriban dola za Marekani milioni 4.5.

Utawala wa Huduma za Umma wa Manispaa ya Kaunti ya Camden, New Jersey

Mnamo 2010, Mamlaka ya Huduma za Manispaa ya Kaunti ya Camden (CCMUA) ilijiwekea lengo la ujasiri la kutumia 100% ya nishati mbadala ambayo ni nafuu kuliko umeme wa ndani kuchakata galoni milioni 60 zinazozalishwa kwa siku (Takriban 220,000 m³) za maji taka. CCMUA inatambua kwamba mifumo ya nishati ya jua ya photovoltaic ina uwezo huo. Hata hivyo, mtambo wa kutibu maji machafu wa CCMUA unaundwa zaidi na matangi ya maji yaliyo wazi, na safu za jadi za jua za paa haziwezi kuunda kiwango fulani cha kusambaza nguvu.

Pamoja na hayo, CCMUA bado ipo wazi. Bw. Helio Sage, ambaye alishiriki katika zabuni hiyo, alionyesha imani yake kwamba kupitia miradi mingine ya ziada, mfumo wa photovoltaic sawa na karakana ya jua itawekwa juu ya tank ya mchanga ya wazi. Kwa kuwa mradi huo una mantiki tu ikiwa CCMUA inaweza kufikia uokoaji wa nishati mara moja, muundo wa skimu lazima sio tu kuwa thabiti, lakini pia wa gharama nafuu.

Mnamo Julai 2012, Kituo cha Sola cha CCMUA kilizindua mfumo wa kuzalisha umeme wa sola wa voltaic wa MW 1.8, ambao unajumuisha paneli zaidi ya 7,200 za jua na kufunika bwawa la wazi la ekari 7. Ubunifu wa muundo huo upo katika uwekaji wa mfumo wa dari wa futi 8-9, ambao hautaingiliana na matumizi, uendeshaji au matengenezo ya mabwawa ya vifaa vingine.

Muundo wa nishati ya jua ni muundo wa kuzuia kutu (maji ya chumvi, asidi ya kaboni na sulfidi hidrojeni), na dari iliyorekebishwa ya carport iliyotengenezwa na Schletter (mtoa huduma anayejulikana wa mifumo ya mabano ya photovoltaic, ikiwa ni pamoja na carports). Kulingana na PPA, CCMUA haina matumizi ya mtaji na haiwajibikii gharama zozote za uendeshaji na matengenezo. Jukumu la pekee la kifedha la CCMUA ni kulipa bei maalum ya umeme wa jua kwa miaka 15. CCMUA inakadiria kuwa itaokoa mamilioni ya dola katika gharama za nishati.

Inakadiriwa kuwa mfumo wa jua wa photovoltaic utazalisha takribani saa milioni 2.2 za kilowati (kWh) za umeme kila mwaka, na utendakazi kulingana na tovuti ya maingiliano ya CCMUA itakuwa bora zaidi. Tovuti inaonyesha uzalishaji wa sasa na uliokusanywa wa nishati na sifa za mazingira, na inaonyesha uzalishaji wa sasa wa nishati kwa wakati halisi, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini.

Wilaya ya Maji ya Manispaa ya Bonde la Magharibi, EI Segundo, California

Wilaya ya Maji ya Manispaa ya Bonde la Magharibi (Wilaya ya Maji ya Manispaa ya Bonde la Magharibi) ni taasisi ya umma iliyojitolea kwa uvumbuzi tangu 1947, ikitoa maji ya kunywa na kurejeshwa kwa maili za mraba 186 za magharibi mwa Los Angeles. Bonde la Magharibi ni eneo la sita kwa ukubwa la maji huko California, linalohudumia karibu watu milioni moja.

Mnamo mwaka wa 2006, Bonde la Magharibi liliamua kufunga mifumo ya uzalishaji wa umeme wa jua kwenye mitambo yake ya maji iliyorejeshwa, ikitarajia kupata faida za muda mrefu za kifedha na kimazingira. Mnamo Novemba 2006, Nguvu ya Jua ilisaidia Bonde la Magharibi kusakinisha na kukamilisha safu ya picha ya voltaic, ambayo ina moduli 2,848 na kuzalisha kilowati 564 za mkondo wa moja kwa moja. Mfumo umewekwa juu ya tank ya kuhifadhi usindikaji wa saruji ya chini ya ardhi katika eneo hilo. Mfumo wa kuzalisha nishati ya jua wa photovoltaic wa Bonde la Magharibi unaweza kuzalisha takribani saa 783,000 za kilowati za nishati mbadala kila mwaka, huku ukipunguza gharama ya vifaa vya umma kwa zaidi ya 10%. Tangu kusakinishwa kwa mfumo wa photovoltaic mwaka wa 2006, pato la jumla la nishati kufikia Januari 2014 lilikuwa gigawati 5.97 (GWh). Picha hapa chini inaonyesha mfumo wa photovoltaic katika Bonde la Magharibi.

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

Tangu kuanzishwa kwake mwaka wa 1965, Wilaya ya Maji ya Rancho California (Wilaya ya Maji ya Rancho California, RCWD) imetoa huduma za maji ya kunywa, matibabu ya maji taka, na matumizi ya maji tena kwa maeneo yaliyo ndani ya eneo la maili 150 za mraba. Eneo la huduma ni Temecula/RanchoCalifornia, ikijumuisha Jiji la Temecula, sehemu za Jiji la Murrieta, na maeneo mengine katika Kaunti ya Riverside.

RCWD ina maono ya mbele na ni nyeti sana kwa mazingira na gharama za kimkakati. Wakikabiliwa na ongezeko la gharama za vituo vya umma na gharama za kila mwaka za nishati ya zaidi ya dola milioni 5 za Kimarekani, walizingatia uzalishaji wa nishati ya jua kama njia mbadala. Kabla ya kuzingatia mifumo ya nishati ya jua, bodi ya wakurugenzi ya RCWD ilitathmini safu ya chaguzi za nishati mbadala, ikijumuisha nishati ya upepo, hifadhi za pampu za kuhifadhi, n.k.

Mnamo Januari 2007, ikiendeshwa na Mpango wa Nishati ya Jua wa California, RCWD ilipokea tuzo ya utendaji ya $0.34 pekee kwa kilowati ya umeme ndani ya miaka mitano chini ya mamlaka ya shirika la umma la ndani. RCWD hutumia PPA kupitia SunPower, bila matumizi ya mtaji. RCWD inahitaji tu kulipia umeme unaozalishwa na mfumo wa photovoltaic. Mfumo wa photovoltaic unafadhiliwa, unamilikiwa na kuendeshwa na SunPower.

Tangu kusakinishwa kwa mfumo wa photovoltaic wa 1.1 MW DC wa RCWD mwaka wa 2009, eneo hilo limekuwa likifurahia manufaa mengi. Kwa mfano, Kituo cha Kurekebisha Maji cha Santa Rosa (Santa Rosa Water Reclamation Facility) kinaweza kuokoa $152,000 za Marekani kwa gharama kwa mwaka, na kutosheleza takriban 30% ya mahitaji ya nishati ya mtambo. Zaidi ya hayo, RCWD inapochagua Mikopo ya Nishati Mbadala (RECs) zinazohusiana na mfumo wake wa voltaic, inaweza kupunguza zaidi ya pauni milioni 73 za uzalishaji hatari wa kaboni katika miaka 30 ijayo, na ina athari chanya ya soko kwa mazingira.

Mfumo wa jua wa photovoltaic unatarajiwa kuokoa hadi dola za Marekani milioni 6.8 katika gharama za umeme kwa kanda katika miaka 20 ijayo. Mfumo wa nishati ya jua wa photovoltaic uliosakinishwa katika mtambo wa RCWD Santa Rosa ni mfumo wa ufuatiliaji wa kujipinda. Ikilinganishwa na mfumo wa kawaida wa kuinamisha, kiwango chake cha kurudi kwa nishati ni karibu 25%. Kwa hiyo, ni sawa na mfumo wa photovoltaic wa mhimili mmoja na fasta Ikilinganishwa na mfumo wa tilt, ufanisi wa gharama pia umeboreshwa kwa kiasi kikubwa. Kwa kuongeza, mfumo wa ufuatiliaji wa oblique unahitaji eneo kubwa ili kuepuka kuifunga mstari wa kivuli kwa mstari, na lazima uelekezwe kwa mstari wa moja kwa moja. Mfumo wa ufuatiliaji wa oblique una vikwazo vyake. Sawa na mfumo wa ufuatiliaji wa mhimili mmoja, lazima ujengwe katika eneo la mstatili wazi na lisilozuiliwa.