美國太陽能污水廠案例

:能耗在污水廠運營成本中的占比很大。如何利用新技術以及可再生能源來提高供水和水處理過程中的能效、降低能耗成為了世界很多污水廠的關注重點。今天我們將向大家介紹美國幾家污水廠應用太陽能的案例。

1、華盛頓郊區(qū)衛(wèi)生委員會,Senecaand Western Branch污水廠，馬里蘭州Germantown&Upper Marlboro

華盛頓郊區(qū)衛(wèi)生委員會(Washington Suburban Sanitary Commission,WSSC)建立了兩個獨立的2兆瓦太陽能光伏電站，每個系統(tǒng)能抵消年度并網購電量約3278MWh/年。這兩個光伏發(fā)電系統(tǒng)均建于地上開放地段，緊挨著污水處理廠。Standard Solar公司被選為EPC承包商，WashingtonGasEnergyServices(WGES)為業(yè)主和PPA提供商。AECOM協(xié)助WSSC審核EPC供應商的設計文件，以確保系統(tǒng)的高質量。AECOM還向馬里蘭州環(huán)境部（MDE）提交了環(huán)境許可文件，以保證太陽能光伏系統(tǒng)符合當?shù)氐沫h(huán)境法規(guī)。兩個系統(tǒng)都連接在13.2kV/480V降壓器的客戶端，且位于變壓器和保護污水處理廠的任何繼電器或斷路器之間。由于互聯(lián)點的選擇以及太陽能產電量有時（盡管很少）超過現(xiàn)場耗電量，新的繼電器已安裝到位用來防止電力輸出回至電網。DCWater的BluePlains污水處理廠設施的互連策略與WSSC大相徑庭，需要多種互連方法，主要是考慮到有兩個主要的公用電力饋線分支到三個主電表和相應的中壓電路中。

2、HillCanyon污水廠，加州ThousandOaks

HillCanyon污水廠建于1961年，日處理量約為3.8萬噸，以優(yōu)異的環(huán)境管理而聞名。污水廠設有三級處理裝置，經過處理的廢水可作為中水回用?，F(xiàn)場65%的耗電產自500千瓦的熱電聯(lián)產機以及584千瓦直流電（500千瓦交流電）的太陽能光伏系統(tǒng)。太陽能光伏系統(tǒng)安裝在作為生物固體干燥床的溢流貯水池內，如圖8所示。這些模塊組件安裝在一個高于最高水位的單軸跟蹤器上，所有的電力裝置都安裝在通道的一側，盡量減少水侵發(fā)生。該系統(tǒng)經過設計，僅需要通過將直立墩柱錨栓在已有的混凝土水池底板上進行安裝，減少了傳統(tǒng)打樁或地基所需的施工量。太陽能光伏系統(tǒng)于2007年初安裝，能夠抵消當前15%的電網購電。

HillCanyon污水廠584千瓦直流電太陽能光伏系統(tǒng)

3、Ventura郡水務區(qū)，Moorpark再生水廠，加州Moorpark

每天有來自9200名用戶約220萬加侖（約8330m3）的污水流入Moorpark再生水廠（Moorpark Water Reclamation Facility）。Ventura縣2011-2016戰(zhàn)略規(guī)劃詳細介紹了五個“重點領域”，其中包括“環(huán)境、土地利用和基礎設施”。以下為這一特定領域的重點戰(zhàn)略目標：“通過獨立運作、區(qū)域規(guī)劃以及和公/私協(xié)作實施具有成本效益的節(jié)能減排措施”。2010年，Ventura郡水務1號區(qū)與AECOM合作開始對光伏系統(tǒng)進行調研。2011年7月，該地區(qū)在Moorpark廢棄物回收廠（Waste Reclamation Facility）獲得了1.13兆瓦光伏項目的績效獎勵基金。該地區(qū)經歷了漫長的提案請求（Request for Proposal,RFP）流程，最終于2012年初，REC Solar公司被獎勵授權該項目，開始進行光伏系統(tǒng)的設計和建設。光伏系統(tǒng)于2012年11月投入使用，并獲得并行運行許可。

目前的太陽能光伏系統(tǒng)每年能產生約230萬度電，差不多能抵消水廠80%的電網購電。如圖9所示，單軸跟蹤系統(tǒng)比傳統(tǒng)的固定傾斜系統(tǒng)多產生20%的電量，因此整體的產電量得到了提升。需要注意的是，當軸處于南北方向且位陣列位于舉行開放區(qū)域時，單軸跟蹤系統(tǒng)效率最高。Mookpark廢棄物回收廠利用相鄰的農田為光伏系統(tǒng)提供最佳場所。跟蹤系統(tǒng)地基是在地下的寬法蘭梁上打樁，大大減少了建造成本和時間。在該項目的整個生命周期內，該地區(qū)將節(jié)省約450萬美元。

Moorpark再生水廠1.13兆瓦直流電太陽能光伏系統(tǒng)

4、Camden郡市政公用事業(yè)管理局,新澤西

2010年，Camden郡市政公用事業(yè)管理局(Camden County Municipal Utilities Authority,CCMUA),給自己制定了大膽的目標，即使用100%可再生的且比當?shù)仉娏Ρ阋说?a href="http://www.msthinker.com/" target="_blank">能源處理每天產生的6000萬加侖（約22萬m³）污水。CCMUA意識到太陽能光伏系統(tǒng)具備這樣的潛力，然而CCMUA污水廠主要由開放式反應池組成，而傳統(tǒng)的屋頂太陽能電池陣列無法形成一定的規(guī)模來供電。盡管如此，CCMUA還是公開招標。參與招標的HelioSage先生表示他相信通過一些額外工程，將類似于太陽能車庫形式的光伏系統(tǒng)部署在開放式沉淀池上方。由于該項目只有在CCMUA能夠實現(xiàn)即時節(jié)能的情況下才有意義，因此方案設計不僅必須穩(wěn)健，而且必須具有成本效益。

2012年7月，CCMUA太陽能中心啟用了一個1.8兆瓦的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由7200多塊太陽能電池板組成，覆蓋7英畝大小的開放池。設計的創(chuàng)新之處在于8-9英尺高的天篷系統(tǒng)的安裝，不會干擾其他設備池的使用，操作或維護。太陽能光伏結構是防腐（鹽水、碳酸和硫化氫）設計，由Schletter（一家知名的光電托架系統(tǒng)供應商，包括車棚）制造的改裝車棚天篷。根據(jù)PPA，CCMUA無資本支出，也不負責任何運營和維護成本。CCMUA唯一的財務責任是每月支付固定價格且為期15年的太陽能電費。CCMUA估計將節(jié)省數(shù)百萬美元的能源成本。據(jù)估計，太陽能光伏系統(tǒng)每年將產生大約220萬千瓦時（度）的電力，并且基于CCMUA互動網站的預測表現(xiàn)會更好。該網站顯示當前和累積的能源產量以及環(huán)境屬性，并實時反映當前的能源生產情況，如下圖所示。

CCMUA太陽能互動網

CCMUA的底座安裝型太陽能逆變器

CCMUA開放池上方太陽能光伏系統(tǒng)

5、WestBasin市政水務區(qū)，加州EISegundo

WestBasin市政水務區(qū)(West Basin Municipal Water District)是自1947年以來致力于創(chuàng)新的公共機構，為洛杉磯西部186平方英里的區(qū)域提供飲用水和再生水。WestBasin是加州第六大水域，服務近一百萬人口。

2006年，WestBasin決定在其再生水設施上安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，期望獲得長期的財務和環(huán)境效益。2006年11月，SunPower公司幫助WestBasin安裝完成光伏電池陣列，由2848個模塊組成，發(fā)電功率為564千瓦直流電。系統(tǒng)安裝在所在地區(qū)的地下混凝土處理儲罐的頂部。WestBasin的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)每年可產生約78.3萬千瓦時的清潔可再生能源，同時將公共設施成本降低10％以上。自2006年光伏系統(tǒng)安裝以來，截止至2014年1月累計能源產量為5.97千兆瓦（GWh）。下圖顯示了WestBasin的光伏系統(tǒng)。

West Basin再生水廠564千瓦直流電太陽能光伏系統(tǒng)

6、Rancho California水務區(qū),SantaRosa再生水廠，加州Murrieta

自1965年建立以來，Rancho California水務區(qū)(Rancho California Water District,RCWD)向方圓150平方英里范圍內的地區(qū)提供飲用水、污水處理以及中水回用處理等服務。服務地區(qū)為Temecula/RanchoCalifornia，包括Temecula(特曼庫拉)市，Murrieta(穆里亞塔)市部分地區(qū)，以及Riverside(里弗賽德)縣的其他地區(qū)。RCWD具有前瞻性眼光，對環(huán)境和戰(zhàn)略成本高度敏感。面對日漸提高的公共設施費用以及超過500萬美元的年能源費，他們考慮到太陽能光伏發(fā)電作為備選方案。在考慮太陽能光伏系統(tǒng)之前，RCWD董事會對一系列可再生能源方案進行了評估，其中包括風力發(fā)電，抽水蓄能水庫等。2007年1月，在加州太陽能計劃的驅使下，RCWD拿到了一筆績效獎勵——在當?shù)毓彩聵I(yè)單位管轄的五年內每度電僅需支付0.34美元。RCWD通過SunPower公司行使PPA，無需資本支出。RCWD僅需要為光伏系統(tǒng)產生的電量買單。光伏系統(tǒng)由SunPower公司籌資，擁有并運營的。

自2009年RCWD的1.1兆瓦直流電光伏系統(tǒng)安裝后，該地區(qū)一直享受著多方福利。例如SantaRosa再生水廠（SantaRosaWaterReclamationFacility）一年可以節(jié)省15.2萬美元的成本，約抵消該廠30%的能源需求。此外，隨著RCWD選擇了與其光伏系統(tǒng)相關的可再生能源信用（RECs），能減少未來30年內7300多萬磅的有害碳排放，對環(huán)境做出了積極的市場影響。太陽能光伏系統(tǒng)預計在未來20年內為該地區(qū)節(jié)省高達680萬美元的電力成本。RCWDSantaRosa廠安裝的太陽能光伏系統(tǒng)是一種傾斜式追蹤系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的固定式傾斜系統(tǒng)相比，其能源生產收益率高出約25％，因此與南加類似的單軸光伏系統(tǒng)和固定傾斜系統(tǒng)相比，成本效益也明顯提高。另外，傾斜式追蹤系統(tǒng)需要更大的面積以避免逐行遮蔽陰影，并且必須以直線定向。傾斜的跟蹤系統(tǒng)有其局限性，與單軸跟蹤系統(tǒng)類似，必須建立在開放的不受限制的矩形區(qū)域。

原標題:太陽能在污水廠的應用：美國案例