การใช้พลังงานคิดเป็นสัดส่วนที่สูงของต้นทุนการดำเนินงานของโรงบำบัดน้ำเสีย วิธีการใช้เทคโนโลยีใหม่และพลังงานหมุนเวียนเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานและลดการใช้พลังงานในกระบวนการประปาและบำบัดน้ำเสียได้กลายเป็นจุดสนใจของโรงบำบัดน้ำเสียหลายแห่งในโลก วันนี้เราจะมาแนะนำการประยุกต์ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในโรงบำบัดน้ำเสียหลายแห่งในสหรัฐอเมริกา

Washington Suburban Sanitation Commission, Senecaand Western Branch โรงงานบำบัดน้ำเสีย, Germantown & Upper Marlboro, Maryland

คณะกรรมการสุขาภิบาลชานเมืองวอชิงตัน (WSSC) ได้จัดตั้งโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 2 เมกะวัตต์อิสระ 3278 โรง ซึ่งแต่ละแห่งสามารถชดเชยการซื้อไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับกริดประจำปีได้ประมาณ XNUMX เมกะวัตต์ชั่วโมง/ปี ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ทั้งสองระบบสร้างขึ้นในพื้นที่เปิดโล่งเหนือพื้นดิน ถัดจากโรงบำบัดน้ำเสีย Standard Solar ได้รับเลือกให้เป็นผู้รับเหมา EPC และ Washington Gas Energy Services (WGES) เป็นเจ้าของและผู้ให้บริการ PPA AECOM ช่วย WSSC ในการตรวจสอบเอกสารการออกแบบของซัพพลายเออร์ EPC เพื่อให้แน่ใจว่าระบบมีคุณภาพสูง

AECOM ยังได้ส่งเอกสารการอนุญาตด้านสิ่งแวดล้อมไปยัง Maryland Department of Environment (MDE) เพื่อให้แน่ใจว่าระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์สอดคล้องกับกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่น ทั้งสองระบบเชื่อมต่อกับไคลเอนต์ของอุปกรณ์แบบสเต็ปดาวน์ 13.2kV/ 480V และตั้งอยู่ระหว่างหม้อแปลงกับรีเลย์หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ป้องกันโรงบำบัดน้ำเสีย เนื่องจากการเลือกจุดเชื่อมต่อและการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่บางครั้ง (แต่แทบจะไม่มี) เกินการใช้พลังงานในสถานที่ รีเลย์ใหม่ได้รับการติดตั้งเพื่อป้องกันไม่ให้เอาต์พุตกำลังกลับสู่กริด กลยุทธ์การเชื่อมต่อโครงข่ายของโรงบำบัดน้ำเสีย Blue Plains ของ DC Water นั้นแตกต่างอย่างมากจาก WSSC และต้องใช้วิธีการเชื่อมต่อหลาย ๆ วิธี โดยหลักแล้วเมื่อพิจารณาว่ามีตัวป้อนกำลังไฟฟ้าหลักสองเครื่องที่แยกออกเป็นมิเตอร์ไฟฟ้าหลักสามตัวและวงจรแรงดันไฟปานกลางที่สอดคล้องกัน

โรงงานบำบัดน้ำเสีย Hill Canyon, Thousand Oaks, California

โรงงานบำบัดน้ำเสีย Hill Canyon สร้างขึ้นในปี 1961 โดยมีกำลังการผลิตประมาณ 38,000 ตันต่อวัน และเป็นที่รู้จักในด้านการจัดการสิ่งแวดล้อมที่ยอดเยี่ยม โรงบำบัดน้ำเสียได้รับการติดตั้งอุปกรณ์บำบัดน้ำเสียแบบสามขั้นตอน และน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้วสามารถนำกลับมาใช้ใหม่เป็นน้ำที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ 65% ของการใช้พลังงานในไซต์ผลิตโดยหน่วยผลิตไฟฟ้าร่วมขนาด 500 กิโลวัตต์และระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 584 กิโลวัตต์ DC (500 กิโลวัตต์ AC) ติดตั้งระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ในอ่างเก็บน้ำล้นเป็นเตียงอบแห้งของไบโอโซลิด ดังแสดงในรูปที่ 8 ส่วนประกอบแบบแยกส่วนเหล่านี้ได้รับการติดตั้งบนตัวติดตามแบบแกนเดียวที่อยู่เหนือระดับน้ำสูงสุด และอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดติดตั้งอยู่ด้านเดียวของ ช่องทางเพื่อลดการบุกรุกของน้ำ ระบบได้รับการออกแบบให้จำเป็นต้องติดตั้งพุกแนวตั้งบนแผ่นพื้นสระคอนกรีตที่มีอยู่เท่านั้น ซึ่งช่วยลดปริมาณการก่อสร้างที่จำเป็นสำหรับการตอกเสาเข็มหรือฐานรากแบบดั้งเดิม ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ได้รับการติดตั้งเมื่อต้นปี 2007 และสามารถชดเชย 15% ของการซื้อโครงข่ายไฟฟ้าในปัจจุบัน

เขตการประปา Ventura County, Moorpark Reclaimed Water Plant, Moorpark, California

น้ำเสียประมาณ 2.2 ล้านแกลลอน (ประมาณ 8330 ตร.ม. ) จากผู้ใช้ 3 รายที่ไหลเข้าสู่ Moorpark Water Reclamation Facility ทุกวัน แผนยุทธศาสตร์ปี 9,200-2011 ของเวนทูราเคาน์ตี้ให้รายละเอียดห้า “ประเด็นสำคัญ” ซึ่งรวมถึง “สิ่งแวดล้อม การใช้ที่ดิน และโครงสร้างพื้นฐาน” ต่อไปนี้เป็นเป้าหมายเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญในสาขาเฉพาะนี้: “ใช้มาตรการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษผ่านการดำเนินงานที่เป็นอิสระ การวางแผนระดับภูมิภาค และความร่วมมือภาครัฐ/เอกชน”

ในปี 2010 เขตน้ำ Ventura County หมายเลข 1 ร่วมมือกับ AECOM เพื่อตรวจสอบระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2011 ภูมิภาคได้รับกองทุนรางวัลประสิทธิภาพโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 1.13 เมกะวัตต์ที่ Moorpark Waste Reclamation Facility ภูมิภาคนี้ได้ผ่านกระบวนการขอข้อเสนอ (RFP) อันยาวนาน ในที่สุด เมื่อต้นปี 2012 RECSolar ได้รับอนุญาตให้โครงการเริ่มออกแบบและสร้างระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ถูกนำไปใช้ในเดือนพฤศจิกายน 2012 และได้รับใบอนุญาตดำเนินการแบบคู่ขนาน

ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันสามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 2.3 ล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมงในแต่ละปี ซึ่งสามารถชดเชยไฟฟ้าได้เกือบ 80% ของไฟฟ้าที่โรงผลิตน้ำซื้อจากโครงข่ายไฟฟ้า ดังแสดงในรูปที่ 9 ระบบติดตามแกนเดียวสร้างกระแสไฟฟ้ามากกว่าระบบเอียงคงที่แบบเดิม 20% ดังนั้นการผลิตไฟฟ้าโดยรวมจึงได้รับการปรับปรุง ควรสังเกตว่าเมื่อแกนอยู่ในทิศทางเหนือ-ใต้ และบิตอาเรย์อยู่ในพื้นที่เปิด ระบบติดตามแกนเดียวจะมีประสิทธิภาพสูงสุด โรงงานรีไซเคิลขยะมุกปาร์คใช้พื้นที่เกษตรกรรมที่อยู่ติดกันเพื่อให้เป็นสถานที่ที่ดีที่สุดสำหรับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ รากฐานของระบบติดตามถูกซ้อนอยู่บนคานปีกกว้างใต้ดิน ซึ่งช่วยลดต้นทุนและเวลาในการก่อสร้างได้อย่างมาก ตลอดวงจรชีวิตทั้งหมดของโครงการ ภูมิภาคนี้จะประหยัดเงินได้ประมาณ 4.5 ล้านเหรียญสหรัฐ

การบริหารสาธารณูปโภคเทศบาลแคมเดนเคาน์ตี้มลรัฐนิวเจอร์ซีย์

ในปี 2010 หน่วยงานสาธารณูปโภคของเทศบาลแคมเดนเคาน์ตี้ (CCMUA) ตั้งเป้าหมายที่ชัดเจนในการใช้พลังงานหมุนเวียน 100% ซึ่งถูกกว่าไฟฟ้าในท้องถิ่นในการประมวลผลน้ำเสีย 60 ล้านแกลลอนที่สร้างขึ้นต่อวัน (ประมาณ 220,000 ลูกบาศก์เมตร) CCMUA ตระหนักดีว่าระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์มีศักยภาพดังกล่าว อย่างไรก็ตาม โรงบำบัดน้ำเสีย CCMUA นั้นส่วนใหญ่ประกอบด้วยถังปฏิกิริยาแบบเปิด และแผงโซลาร์เซลล์บนชั้นดาดฟ้าแบบดั้งเดิมไม่สามารถสร้างขนาดที่แน่นอนเพื่อจ่ายพลังงานได้

อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ CCMUA ยังคงเปิดประมูลอยู่ Mr. Helio Sage ซึ่งเข้าร่วมในการประกวดราคา แสดงความเชื่อว่าผ่านโครงการเพิ่มเติมบางโครงการ ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่คล้ายกับโรงเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกนำมาใช้เหนือถังตกตะกอนแบบเปิด เนื่องจากโครงการนี้สมเหตุสมผลหาก CCMUA สามารถประหยัดพลังงานได้ในทันที การออกแบบโครงการต้องไม่เพียงแค่แข็งแกร่งเท่านั้น แต่ยังคุ้มค่าอีกด้วย

ในเดือนกรกฎาคม 2012 ศูนย์พลังงานแสงอาทิตย์ CCMUA ได้เปิดตัวระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 1.8 เมกะวัตต์ ซึ่งประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์มากกว่า 7,200 แผง และครอบคลุมพื้นที่เปิดโล่งขนาด 7 เอเคอร์ นวัตกรรมการออกแบบอยู่ในการติดตั้งระบบหลังคาทรงสูง 8-9 ฟุต ซึ่งจะไม่รบกวนการใช้งาน การทำงาน หรือการบำรุงรักษาอุปกรณ์อื่นๆ

โครงสร้างแผงโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแบบป้องกันการกัดกร่อน (น้ำเกลือ กรดคาร์บอนิก และไฮโดรเจนซัลไฟด์) และโครงหลังคาโรงจอดรถที่ดัดแปลงซึ่งผลิตโดย Schletter (ซัพพลายเออร์ระบบแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีชื่อเสียง ตาม PPA CCMUA ไม่มีรายจ่ายฝ่ายทุนและไม่รับผิดชอบต่อค่าใช้จ่ายในการดำเนินการและบำรุงรักษา ความรับผิดชอบทางการเงินเพียงอย่างเดียวของ CCMUA คือการจ่ายราคาคงที่สำหรับพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเวลา 15 ปี CCMUA ประมาณการว่าจะประหยัดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานได้หลายล้านดอลลาร์

คาดว่าระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์จะผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 2.2 ล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) ในแต่ละปี และประสิทธิภาพตามเว็บไซต์แบบโต้ตอบของ CCMUA จะดีขึ้น เว็บไซต์แสดงการผลิตพลังงานในปัจจุบันและสะสมและคุณลักษณะด้านสิ่งแวดล้อม และสะท้อนถึงการผลิตพลังงานในปัจจุบันแบบเรียลไทม์ ดังแสดงในรูปด้านล่าง

West Basin Municipal Water District, EI Segundo, แคลิฟอร์เนีย

เขตน้ำเทศบาลเวสต์เบซิน (เขตน้ำเทศบาลเวสต์เบซิน) เป็นสถาบันสาธารณะที่อุทิศให้กับนวัตกรรมตั้งแต่ปีพ. เวสต์เบซินเป็นพื้นที่น้ำที่ใหญ่เป็นอันดับหกในแคลิฟอร์เนีย ให้บริการเกือบหนึ่งล้านคน

ในปี 2006 West Basin ได้ตัดสินใจติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนแหล่งน้ำที่มีการเรียกคืน โดยหวังว่าจะได้รับผลประโยชน์ทางการเงินและสิ่งแวดล้อมในระยะยาว ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2006 ซัน พาวเวอร์ช่วย West Basin ติดตั้งและดำเนินการแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้เสร็จสมบูรณ์ ซึ่งประกอบด้วยโมดูล 2,848 โมดูล และสร้างกระแสไฟตรงได้ 564 กิโลวัตต์ ติดตั้งระบบที่ด้านบนของถังเก็บคอนกรีตใต้ดินในพื้นที่ ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ของ West Basin สามารถผลิตพลังงานหมุนเวียนสะอาดได้ประมาณ 783,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมงในแต่ละปี ในขณะที่ลดต้นทุนของสิ่งอำนวยความสะดวกสาธารณะได้กว่า 10% นับตั้งแต่การติดตั้งระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ในปี 2006 ผลผลิตพลังงานสะสม ณ มกราคม 2014 เท่ากับ 5.97 กิกะวัตต์ (GWh) ภาพด้านล่างแสดงระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ในลุ่มน้ำตะวันตก

เขตน้ำแรนโชแคลิฟอร์เนีย, โรงงานน้ำรีเคลมซานตาโรซา, เมอร์เรียตา, แคลิฟอร์เนีย

นับตั้งแต่ก่อตั้งในปี 1965 เขตแรนโชแคลิฟอร์เนียวอเตอร์ (เขตแรนโชแคลิฟอร์เนียวอเตอร์, RCWD) ได้ให้บริการน้ำดื่ม การบำบัดน้ำเสีย และการบำบัดน้ำที่ใช้ซ้ำในพื้นที่ภายในรัศมี 150 ตารางไมล์ พื้นที่ให้บริการคือ Temecula/RanchoCalifornia รวมถึง Temecula City บางส่วนของ Murrieta City และพื้นที่อื่นๆ ใน Riverside County

RCWD มีวิสัยทัศน์ที่มองไปข้างหน้าและมีความอ่อนไหวสูงต่อสิ่งแวดล้อมและต้นทุนเชิงกลยุทธ์ เมื่อต้องเผชิญกับค่าใช้จ่ายด้านสาธารณูปโภคที่เพิ่มขึ้นและค่าใช้จ่ายด้านพลังงานต่อปีมากกว่า 5 ล้านดอลลาร์สหรัฐ พวกเขาจึงพิจารณาการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ก่อนที่จะพิจารณาระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ คณะกรรมการ RCWD ได้ประเมินตัวเลือกพลังงานหมุนเวียนหลายแบบ ซึ่งรวมถึงพลังงานลม อ่างเก็บน้ำแบบสูบน้ำ เป็นต้น

ในเดือนมกราคม 2007 ซึ่งขับเคลื่อนโดยโครงการพลังงานแสงอาทิตย์แห่งแคลิฟอร์เนีย RCWD ได้รับรางวัลด้านประสิทธิภาพไฟฟ้าเพียง 0.34 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงภายในห้าปีภายใต้เขตอำนาจของสาธารณูปโภคในท้องที่ RCWD ใช้ PPA ผ่าน SunPower โดยไม่ต้องใช้เงินลงทุน RCWD ต้องจ่ายค่าไฟฟ้าที่เกิดจากระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์เท่านั้น ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ได้รับทุน เป็นเจ้าของ และดำเนินการโดย SunPower

นับตั้งแต่การติดตั้งระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ DC ขนาด 1.1 เมกะวัตต์ของ RCWD ในปี 2009 พื้นที่นี้ได้รับประโยชน์มากมาย ตัวอย่างเช่น สิ่งอำนวยความสะดวกในการคืนสภาพน้ำในซานตาโรซา (สิ่งอำนวยความสะดวกในการคืนสภาพน้ำในซานตาโรซา) สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้ 152,000 เหรียญสหรัฐต่อปี ซึ่งชดเชยได้ประมาณ 30% ของความต้องการพลังงานของโรงงาน นอกจากนี้ เมื่อ RCWD เลือกเครดิตพลังงานหมุนเวียน (REC) ที่เกี่ยวข้องกับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ สามารถลดการปล่อยคาร์บอนที่เป็นอันตรายได้มากกว่า 73 ล้านปอนด์ใน 30 ปีข้างหน้า และส่งผลดีต่อตลาดต่อสิ่งแวดล้อม

คาดว่าระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จะช่วยประหยัดค่าไฟฟ้าได้มากถึง 6.8 ล้านดอลลาร์สหรัฐสำหรับภูมิภาคนี้ในอีก 20 ปีข้างหน้า ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดตั้งในโรงงาน RCWD Santa Rosa เป็นระบบติดตามการเอียง เมื่อเทียบกับระบบการเอียงคงที่แบบเดิม อัตราผลตอบแทนจากการผลิตพลังงานจะสูงกว่าประมาณ 25% ดังนั้นจึงคล้ายกับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบแกนเดียวและแบบตายตัว เมื่อเปรียบเทียบกับระบบเอียง ความคุ้มค่าก็เพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นกัน นอกจากนี้ ระบบติดตามเฉียงยังต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่กว่าเพื่อหลีกเลี่ยงการบดบังเส้นเงาทีละเส้น และต้องวางแนวเป็นเส้นตรง ระบบติดตามเฉียงมีข้อจำกัด เช่นเดียวกับระบบติดตามแกนเดี่ยว ระบบจะต้องสร้างในพื้นที่สี่เหลี่ยมที่เปิดกว้างและไม่จำกัด