Năng lượng tiêu thụ chiếm tỷ trọng lớn trong chi phí vận hành của các nhà máy xử lý nước thải. Làm thế nào để sử dụng công nghệ mới và năng lượng tái tạo để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng trong quá trình cấp nước và xử lý nước đã trở thành trọng tâm của nhiều nhà máy xử lý nước thải trên thế giới. Hôm nay chúng tôi sẽ giới thiệu đến các bạn ứng dụng của năng lượng mặt trời trong một số nhà máy xử lý nước thải ở Hoa Kỳ.

Ủy ban vệ sinh ngoại ô Washington, Nhà máy xử lý nước thải chi nhánh phía Tây Senecaand, Germantown & Upper Marlboro, Maryland

Ủy ban vệ sinh ngoại ô Washington (WSSC) đã thành lập hai nhà máy điện quang điện mặt trời công suất 2 MW độc lập, mỗi nhà máy có thể bù đắp cho việc mua điện hàng năm nối lưới khoảng 3278MWh / năm. Cả hai hệ thống phát điện quang điện đều được xây dựng ở những khu đất trống trên mặt đất, bên cạnh nhà máy xử lý nước thải. Standard Solar đã được chọn làm nhà thầu EPC, và Dịch vụ Năng lượng Khí Washington (WGES) là chủ sở hữu và nhà cung cấp PPA. AECOM hỗ trợ WSSC xem xét các tài liệu thiết kế của các nhà cung cấp EPC để đảm bảo chất lượng cao của hệ thống.

AECOM cũng đã đệ trình các tài liệu giấy phép môi trường cho Bộ Môi trường Maryland (MDE) để đảm bảo rằng hệ thống quang điện mặt trời tuân thủ các quy định về môi trường của địa phương. Cả hai hệ thống được kết nối với khách hàng của thiết bị bước xuống 13.2kV / 480V và nằm giữa máy biến áp và bất kỳ rơ le hoặc cầu dao nào bảo vệ nhà máy xử lý nước thải. Do việc lựa chọn các điểm đấu nối và sản xuất điện mặt trời mà đôi khi (mặc dù hiếm khi) vượt quá mức tiêu thụ điện tại chỗ, các rơ le mới đã được lắp đặt để ngăn sản lượng điện trở lại lưới điện. Chiến lược kết nối của các cơ sở nhà máy xử lý nước thải Blue Plains của DC Water rất khác với chiến lược của WSSC và yêu cầu nhiều phương pháp kết nối, chủ yếu xem xét rằng có hai nguồn cấp điện chính phân nhánh cho ba đồng hồ đo điện chính và mạch điện trung thế tương ứng.

Nhà máy xử lý nước thải Hill Canyon, Thousand Oaks, California

Nhà máy xử lý nước thải Hill Canyon được xây dựng vào năm 1961, với công suất xử lý hàng ngày khoảng 38,000 tấn và được biết đến với khả năng quản lý môi trường tuyệt vời. Nhà máy nước thải được trang bị thiết bị xử lý ba giai đoạn, và nước thải sau xử lý có thể được tái sử dụng làm nước tái chế. 65% điện năng tiêu thụ tại chỗ được sản xuất bởi một đơn vị đồng phát 500 kilowatt và hệ thống quang điện mặt trời 584 kilowatt DC (500 kilowatt AC). Hệ thống quang điện mặt trời được lắp đặt trong một hồ chứa nước tràn như một tủ sấy khô chất rắn sinh học, như trong Hình 8. Các thành phần mô-đun này được lắp đặt trên một thiết bị theo dõi một trục trên mực nước cao nhất và tất cả các thiết bị điện được lắp đặt ở một phía của kênh để giảm thiểu xâm nhập của nước. Hệ thống được thiết kế để chỉ cần lắp đặt các neo trụ thẳng đứng trên tấm đáy bể bơi bằng bê tông hiện có, giảm khối lượng xây dựng cần thiết cho các móng hoặc cọc truyền thống. Hệ thống quang điện mặt trời được lắp đặt vào đầu năm 2007 và có thể bù đắp 15% lượng điện lưới mua hiện tại.

Khu công trình nước hạt Ventura, Nhà máy nước thu hồi Moorpark, Moorpark, California

Khoảng 2.2 triệu gallon (tương đương 8330m3) nước thải từ 9,200 người sử dụng chảy vào Cơ sở Cải tạo Nước Moorpark mỗi ngày. Kế hoạch chiến lược 2011-2016 của Hạt Ventura đã trình bày chi tiết năm “lĩnh vực chính”, bao gồm “môi trường, sử dụng đất và cơ sở hạ tầng”. Sau đây là các mục tiêu chiến lược chính trong lĩnh vực cụ thể này: “Thực hiện các biện pháp giảm phát thải và tiết kiệm năng lượng hiệu quả về chi phí thông qua vận hành độc lập, quy hoạch vùng và hợp tác công / tư.”

Năm 2010, Quận cấp nước số 1 của Quận Ventura đã hợp tác với AECOM để khảo sát các hệ thống quang điện. Vào tháng 2011 năm 1.13, khu vực đã nhận được quỹ giải thưởng hiệu suất dự án quang điện 2012 MW tại Cơ sở Cải tạo Chất thải Moorpark. Khu vực đã trải qua một quá trình Yêu cầu Đề xuất (RFP) dài. Cuối cùng, vào đầu năm 2012, RECSolar đã được trao ủy quyền cho dự án bắt đầu thiết kế và xây dựng hệ thống quang điện. Hệ thống quang điện được đưa vào sử dụng vào tháng XNUMX năm XNUMX và được cấp phép hoạt động song song.

Hệ thống quang điện mặt trời hiện tại có thể tạo ra khoảng 2.3 triệu kilowatt giờ điện mỗi năm, gần như bù đắp được 80% lượng điện mà nhà máy nước mua từ lưới điện. Như trong Hình 9, hệ thống theo dõi một trục tạo ra nhiều điện hơn 20% so với hệ thống nghiêng cố định truyền thống, do đó, sản lượng điện tổng thể đã được cải thiện. Cần lưu ý rằng khi trục theo hướng bắc nam và mảng bit nằm trong vùng mở thì hệ thống theo dõi trục đơn có hiệu quả cao nhất. Nhà máy tái chế chất thải Mookpark sử dụng đất nông nghiệp liền kề để cung cấp vị trí tốt nhất cho các hệ thống quang điện. Nền của hệ thống theo dõi được đóng cọc trên dầm mặt bích rộng dưới lòng đất, giúp giảm đáng kể chi phí và thời gian xây dựng. Trong toàn bộ vòng đời của dự án, khu vực sẽ tiết kiệm được khoảng 4.5 triệu đô la Mỹ.

Cơ quan Quản lý Tiện ích Công cộng Thành phố Camden, New Jersey

Vào năm 2010, Cơ quan Tiện ích Thành phố Camden County (CCMUA) đã đặt cho mình một mục tiêu táo bạo là sử dụng 100% năng lượng tái tạo rẻ hơn điện địa phương để xử lý 60 triệu gallon nước thải được tạo ra mỗi ngày (Khoảng 220,000 m³). CCMUA nhận thấy rằng các hệ thống quang điện mặt trời có tiềm năng như vậy. Tuy nhiên, nhà máy xử lý nước thải CCMUA chủ yếu bao gồm các bể phản ứng hở, và các mảng năng lượng mặt trời trên mái nhà truyền thống không thể tạo thành một quy mô nhất định để cung cấp điện.

Mặc dù vậy, CCMUA vẫn đang mở thầu. Ông Helio Sage, người tham gia đấu thầu, bày tỏ tin tưởng rằng thông qua một số dự án bổ sung, một hệ thống quang điện tương tự như một nhà để xe năng lượng mặt trời sẽ được triển khai phía trên bể lắng lộ thiên. Vì dự án chỉ có ý nghĩa nếu CCMUA có thể tiết kiệm năng lượng ngay lập tức, thiết kế của dự án không chỉ phải mạnh mẽ mà còn phải hiệu quả về chi phí.

Vào tháng 2012 năm 1.8, Trung tâm năng lượng mặt trời CCMUA đã khởi động một hệ thống phát điện quang điện mặt trời 7,200 MW, bao gồm hơn 7 tấm pin mặt trời và bao phủ một hồ bơi mở rộng 8 mẫu Anh. Sự đổi mới của thiết kế nằm ở việc lắp đặt hệ thống tán cao 9-XNUMX foot, sẽ không cản trở việc sử dụng, vận hành hoặc bảo trì các bể thiết bị khác.

Cấu trúc quang điện mặt trời là một thiết kế chống ăn mòn (nước muối, axit cacbonic và hydro sunfua) và một mái che sân bay được sửa đổi do Schletter (nhà cung cấp nổi tiếng về hệ thống giá đỡ quang điện, bao gồm cả sân vận động) sản xuất. Theo PPA, CCMUA không có chi phí đầu tư và không chịu trách nhiệm về bất kỳ chi phí vận hành và bảo trì nào. Trách nhiệm tài chính duy nhất của CCMUA là trả giá cố định cho điện mặt trời trong 15 năm. CCMUA ước tính rằng nó sẽ tiết kiệm hàng triệu đô la chi phí năng lượng.

Người ta ước tính rằng hệ thống quang điện mặt trời sẽ tạo ra khoảng 2.2 triệu kilowatt giờ (kWh) điện mỗi năm và hiệu suất dựa trên trang web tương tác CCMUA sẽ tốt hơn. Trang web hiển thị sản xuất năng lượng hiện tại và tích lũy và các thuộc tính môi trường, đồng thời phản ánh sản lượng năng lượng hiện tại theo thời gian thực, như thể hiện trong hình bên dưới.

Khu nước thành phố West Basin, EI Segundo, California

Khu nước thành phố lưu vực phía Tây (West Basin Municipal Water District) là một tổ chức công cộng dành riêng cho sự đổi mới từ năm 1947, cung cấp nước uống và nước tái chế cho 186 dặm vuông phía tây Los Angeles. Lưu vực Tây là vùng nước lớn thứ sáu ở California, phục vụ gần một triệu người.

Năm 2006, West Basin quyết định lắp đặt hệ thống phát điện quang điện mặt trời trên các cơ sở nước đã khai hoang của mình, với hy vọng thu được lợi ích lâu dài về tài chính và môi trường. Vào tháng 2006 năm 2,848, Sun Power đã giúp West Basin lắp đặt và hoàn thiện mảng quang điện, bao gồm 564 mô-đun và tạo ra dòng điện một chiều 783,000 kilowatt. Hệ thống được lắp đặt trên nóc bể chứa xử lý bê tông ngầm trong khu vực. Hệ thống phát điện quang điện mặt trời của West Basin có thể tạo ra khoảng 10 kilowatt giờ năng lượng tái tạo sạch mỗi năm, đồng thời giảm hơn 2006% chi phí cho các cơ sở công cộng. Kể từ khi lắp đặt hệ thống quang điện vào năm 2014, sản lượng năng lượng tích lũy tính đến tháng 5.97 năm XNUMX là XNUMX gigawatt (GWh). Hình ảnh dưới đây cho thấy hệ thống quang điện ở West Basin.

Quận nước Rancho California, Nhà máy nước tái sử dụng Santa Rosa, Murrieta, California

Kể từ khi thành lập vào năm 1965, Quận Nước Rancho California (Rancho California Water District, RCWD) đã cung cấp các dịch vụ xử lý nước uống, xử lý nước thải và tái sử dụng nước cho các khu vực trong bán kính 150 dặm vuông. Khu vực kinh doanh là Temecula / RanchoCalifornia, bao gồm Thành phố Temecula, các phần của Thành phố Murrieta và các khu vực khác ở Quận Riverside.

RCWD có tầm nhìn tương lai và rất nhạy cảm với môi trường và chi phí chiến lược. Đối mặt với chi phí cơ sở công cộng ngày càng tăng và chi phí năng lượng hàng năm lên đến hơn 5 triệu đô la Mỹ, họ coi việc phát điện quang điện mặt trời là một giải pháp thay thế. Trước khi xem xét các hệ thống quang điện mặt trời, ban giám đốc RCWD đã đánh giá một loạt các lựa chọn năng lượng tái tạo, bao gồm năng lượng gió, các hồ chứa được bơm, v.v.

Vào tháng 2007 năm 0.34, được thúc đẩy bởi Chương trình Năng lượng Mặt trời California, RCWD đã nhận được phần thưởng hiệu suất chỉ $ XNUMX cho mỗi kilowatt giờ điện trong vòng năm năm theo thẩm quyền của cơ quan công cộng địa phương. RCWD thực hiện PPA thông qua SunPower mà không cần đầu tư vốn. RCWD chỉ cần trả tiền điện do hệ thống quang điện tạo ra. Hệ thống quang điện được tài trợ, sở hữu và vận hành bởi SunPower.

Kể từ khi lắp đặt hệ thống quang điện một chiều 1.1 MW của RCWD vào năm 2009, khu vực này đã được hưởng nhiều lợi ích. Ví dụ, Cơ sở cải tạo nước Santa Rosa (Santa Rosa Water Reclamation Facility) có thể tiết kiệm US $ 152,000 chi phí mỗi năm, bù đắp được khoảng 30% nhu cầu năng lượng của nhà máy. Ngoài ra, RCWD chọn Tín dụng năng lượng tái tạo (RECs) liên quan đến hệ thống quang điện của mình, nó có thể giảm hơn 73 triệu pound khí thải carbon độc hại trong 30 năm tới và có tác động thị trường tích cực đến môi trường.

Hệ thống quang điện mặt trời dự kiến ​​sẽ tiết kiệm tới 6.8 triệu đô la Mỹ chi phí điện năng cho khu vực trong 20 năm tới. Hệ thống quang điện mặt trời được lắp đặt trong nhà máy RCWD Santa Rosa là một hệ thống theo dõi độ nghiêng. So với hệ thống nghiêng cố định truyền thống, tỷ lệ hoàn vốn sản xuất năng lượng của nó cao hơn khoảng 25%. Do đó, nó tương tự như hệ thống quang điện một trục và cố định So với hệ thống nghiêng, hiệu quả chi phí cũng được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, hệ thống theo dõi xiên yêu cầu diện tích lớn hơn để tránh che khuất đường bóng và phải được định hướng theo đường thẳng. Hệ thống theo dõi xiên có những hạn chế của nó. Tương tự như hệ thống theo dõi một trục, nó phải được xây dựng trong một khu vực hình chữ nhật mở và không bị giới hạn.