能耗在污水廠運(yùn)營(yíng)成本中的占比很大。如何利用新技術(shù)以及可再生能源來(lái)提高供水和水處理過(guò)程中的能效、降低能耗成為了世界很多污水廠的關(guān)注重點(diǎn)。今天我們將向大家介紹美國(guó)幾家污水廠應(yīng)用太陽(yáng)能的案例。

1、華盛頓郊區(qū)衛(wèi)生委員會(huì),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(huì)(Washington Suburban Sanitary Commission,WSSC)建立了兩個(gè)獨(dú)立的2兆瓦太陽(yáng)能光伏電站，每個(gè)系統(tǒng)能抵消年度并網(wǎng)購(gòu)電量約3278MWh/年。這兩個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)均建于地上開(kāi)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(yīng)商的設(shè)計(jì)文件，以確保系統(tǒng)的高質(zhì)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(yáng)能光伏系統(tǒng)符合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境法規(guī)。兩個(gè)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(hù)污水處理廠的任何繼電器或斷路器之間。由于互聯(lián)點(diǎn)的選擇以及太陽(yáng)能產(chǎn)電量有時(shí)（盡管很少）超過(guò)現(xiàn)場(chǎng)耗電量，新的繼電器已安裝到位用來(lái)防止電力輸出回至電網(wǎng)。DCWater的BluePlains污水處理廠設(shè)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(gè)主要的公用電力饋線分支到三個(gè)主電表和相應(yīng)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(wàn)噸，以優(yōu)異的環(huán)境管理而聞名。污水廠設(shè)有三級(jí)處理裝置，經(jīng)過(guò)處理的廢水可作為中水回用。現(xiàn)場(chǎng)65%的耗電產(chǎn)自500千瓦的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)以及584千瓦直流電（500千瓦交流電）的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)。太陽(yáng)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(nèi)，如圖8所示。這些模塊組件安裝在一個(gè)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(cè)，盡量減少水侵發(fā)生。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，僅需要通過(guò)將直立墩柱錨栓在已有的混凝土水池底板上進(jìn)行安裝，減少了傳統(tǒng)打樁或地基所需的施工量。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)于2007年初安裝，能夠抵消當(dāng)前15%的電網(wǎng)購(gòu)電。
HillCanyon污水廠584千瓦直流電太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)

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

每天有來(lái)自9200名用戶約220萬(wàn)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(xì)介紹了五個(gè)“重點(diǎn)領(lǐng)域”，其中包括“環(huán)境、土地利用和基礎(chǔ)設(shè)施”。以下為這一特定領(lǐng)域的重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)：“通過(guò)獨(dú)立運(yùn)作、區(qū)域規(guī)劃以及和公/私協(xié)作實(shí)施具有成本效益的節(jié)能減排措施”。2010年，Ventura郡水務(wù)1號(hào)區(qū)與AECOM合作開(kāi)始對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)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(xiàng)目的績(jī)效獎(jiǎng)勵(lì)基金。該地區(qū)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的提案請(qǐng)求（Request for Proposal,RFP）流程，最終于2012年初，REC Solar公司被獎(jiǎng)勵(lì)授權(quán)該項(xiàng)目，開(kāi)始進(jìn)行光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)。光伏系統(tǒng)于2012年11月投入使用，并獲得并行運(yùn)行許可。

目前的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)每年能產(chǎn)生約230萬(wàn)度電，差不多能抵消水廠80%的電網(wǎng)購(gòu)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(chǎn)生20%的電量，因此整體的產(chǎn)電量得到了提升。需要注意的是，當(dāng)軸處于南北方向且位陣列位于舉行開(kāi)放區(qū)域時(shí)，單軸跟蹤系統(tǒng)效率最高。Mookpark廢棄物回收廠利用相鄰的農(nóng)田為光伏系統(tǒng)提供最佳場(chǎng)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(shí)間。在該項(xiàng)目的整個(gè)生命周期內(nèi)，該地區(qū)將節(jié)省約450萬(wàn)美元。
Moorpark再生水廠1.13兆瓦直流電太陽(yáng)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(biāo)，即使用100%可再生的且比當(dāng)?shù)仉娏Ρ阋说哪茉刺幚砻刻飚a(chǎn)生的6000萬(wàn)加侖（約22萬(wàn)m³）污水。CCMUA意識(shí)到太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)具備這樣的潛力，然而CCMUA污水廠主要由開(kāi)放式反應(yīng)池組成，而傳統(tǒng)的屋頂太陽(yáng)能電池陣列無(wú)法形成一定的規(guī)模來(lái)供電。盡管如此，CCMUA還是公開(kāi)招標(biāo)。參與招標(biāo)的HelioSage先生表示他相信通過(guò)一些額外工程，將類似于太陽(yáng)能車庫(kù)形式的光伏系統(tǒng)部署在開(kāi)放式沉淀池上方。由于該項(xiàng)目只有在CCMUA能夠?qū)崿F(xiàn)即時(shí)節(jié)能的情況下才有意義，因此方案設(shè)計(jì)不僅必須穩(wěn)健，而且必須具有成本效益。

2012年7月，CCMUA太陽(yáng)能中心啟用了一個(gè)1.8兆瓦的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由7200多塊太陽(yáng)能電池板組成，覆蓋7英畝大小的開(kāi)放池。設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于8-9英尺高的天篷系統(tǒng)的安裝，不會(huì)干擾其他設(shè)備池的使用，操作或維護(hù)。太陽(yáng)能光伏結(jié)構(gòu)是防腐（鹽水、碳酸和硫化氫）設(shè)計(jì)，由Schletter（一家知名的光電托架系統(tǒng)供應(yīng)商，包括車棚）制造的改裝車棚天篷。根據(jù)PPA，CCMUA無(wú)資本支出，也不負(fù)責(zé)任何運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。CCMUA唯一的財(cái)務(wù)責(zé)任是每月支付固定價(jià)格且為期15年的太陽(yáng)能電費(fèi)。CCMUA估計(jì)將節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元的能源成本。據(jù)估計(jì)，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)每年將產(chǎn)生大約220萬(wàn)千瓦時(shí)（度）的電力，并且基于CCMUA互動(dòng)網(wǎng)站的預(yù)測(cè)表現(xiàn)會(huì)更好。該網(wǎng)站顯示當(dāng)前和累積的能源產(chǎn)量以及環(huán)境屬性，并實(shí)時(shí)反映當(dāng)前的能源生產(chǎn)情況，如下圖所示。
CCMUA太陽(yáng)能互動(dòng)網(wǎng) CCMUA的底座安裝型太陽(yáng)能逆變器 CCMUA開(kāi)放池上方太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)

5、WestBasin市政水務(wù)區(qū)，加州EISegundo

WestBasin市政水務(wù)區(qū)(West Basin Municipal Water District)是自1947年以來(lái)致力于創(chuàng)新的公共機(jī)構(gòu)，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(wù)近一百萬(wàn)人口。

2006年，WestBasin決定在其再生水設(shè)施上安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，期望獲得長(zhǎng)期的財(cái)務(wù)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(gè)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(chǔ)罐的頂部。WestBasin的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)每年可產(chǎn)生約78.3萬(wàn)千瓦時(shí)的清潔可再生能源，同時(shí)將公共設(shè)施成本降低10％以上。自2006年光伏系統(tǒng)安裝以來(lái)，截止至2014年1月累計(jì)能源產(chǎn)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(yáng)能光伏系統(tǒng)

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

自1965年建立以來(lái)，Rancho California水務(wù)區(qū)(Rancho California Water District,RCWD)向方圓150平方英里范圍內(nèi)的地區(qū)提供飲用水、污水處理以及中水回用處理等服務(wù)。服務(wù)地區(qū)為T(mén)emecula/RanchoCalifornia，包括Temecula(特曼庫(kù)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(duì)環(huán)境和戰(zhàn)略成本高度敏感。面對(duì)日漸提高的公共設(shè)施費(fèi)用以及超過(guò)500萬(wàn)美元的年能源費(fèi)，他們考慮到太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為備選方案。在考慮太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)之前，RCWD董事會(huì)對(duì)一系列可再生能源方案進(jìn)行了評(píng)估，其中包括風(fēng)力發(fā)電，抽水蓄能水庫(kù)等。2007年1月，在加州太陽(yáng)能計(jì)劃的驅(qū)使下，RCWD拿到了一筆績(jī)效獎(jiǎng)勵(lì)——在當(dāng)?shù)毓彩聵I(yè)單位管轄的五年內(nèi)每度電僅需支付0.34美元。RCWD通過(guò)SunPower公司行使PPA，無(wú)需資本支出。RCWD僅需要為光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電量買單。光伏系統(tǒng)由SunPower公司籌資，擁有并運(yùn)營(yíng)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(wàn)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(guān)的可再生能源信用（RECs），能減少未來(lái)30年內(nèi)7300多萬(wàn)磅的有害碳排放，對(duì)環(huán)境做出了積極的市場(chǎng)影響。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)預(yù)計(jì)在未來(lái)20年內(nèi)為該地區(qū)節(jié)省高達(dá)680萬(wàn)美元的電力成本。RCWDSantaRosa廠安裝的太陽(yáng)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(chǎn)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(kāi)放的不受限制的矩形區(qū)域。