Oczyszczalnia ścieków w Chrzanowie z farmą fotowoltaiczną

Instalacja farmy fotowoltaicznej, produkująca prąd dla oczyszczalni ścieków w Chrzanowie Dużym w gminie Grodzisk Mazowiecki została uhonorowana nagrodą Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa w ramach 25. Ogólnopolskiego Otwartego Konkursu „Modernizacja Roku & Budowa XXI wieku”. Inwestycja została oddana do użytkowania 26 października 2019 r. Inwestorem przedsięwzięcia był Zakład Wodociągów i Kanalizacji w Grodzisku Mazowieckim, który zarządza oczyszczalnią, a zadanie wchodzi w skład projektu unijnego pn. „Uporządkowanie gospodarki wodno-ściekowej na terenie gminy Grodzisk Mazowiecki”. Realizowana przez spółkę inwestycja współfinansowana jest z Funduszu Spójności z Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko 2014–2020 działanie 2.3 „Gospodarka wodno-ściekowa w aglomeracjach”. Kierownikiem tego zadania z ramienia inwestora był Maciej Mański. Projekty budowlane farmy fotowoltaicznej opracowało biuro projektowe NEOEnergetyka Sp. z o.o. z Warszawy, a wykonawcą robót budowlanych była firma MKL-BUD Sp. z o.o. z Warszawy. Koszt netto budowy wyniósł nieco ponad 2,9 mln zł, z czego 1,9 mln zł stanowiła dotacja ze środków unijnych, a pozostała część finansowania pochodziła z pożyczki Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oraz środków własnych zakładu.

Fot. 1. Oczyszczalnia ścieków w Chrzanowie Dużym. Widok na farmę fotowoltaiczną

Farma fotowoltaiczna powstała na terenie lagun, w których w ubiegłym wieku gromadzone były osady ściekowe. Zdeponowane w szczelnych lagunach osady ulegały zagęszczeniu, a po wypełnieniu laguny przeznaczone były do rekultywacji poprzez nasadzenie zieleni. W związku ze zmianą technologii w oczyszczalni ścieków, laguny założone na powierzchni ok. 1 ha stały się zbędne i ich eksploatacja ustała po roku 2000. Obecnie osady są odwadniane po procesie fermentacji, a następnie przekazywane podmiotom uprawnionym do ich zagospodarowania.

Zobacz też:

Oczyszczalnia ścieków w Bochni po przebudowie

Oczyszczalna Ścieków „Hajdów” zasilana słońcem

Przydomowe oczyszczalnie ścieków – przepisy

Fot. 2. Oczyszczalnia ścieków w Chrzanowie. Laguny osadowe przed rekultywacją

Fot. 3. Oczyszczalnia ścieków w Chrzanowie. Laguny osadowe po rekultywacji

W 2015 r. Zakład Wodociągów i Kanalizacji w Grodzisku Mazowieckim podjął decyzję o wykorzystaniu bezużytecznego terenu i posadowieniu na nim farmy fotowoltaicznej. Obszar byłych lagun – teren o powierzchni ponad 0,8 ha został zrekultywowany, odmieniony i powstała na nim nowoczesna instalacja fotowoltaiczna o mocy 300 kW wraz ze ścieżką edukacyjną.

Osady składowane były w uszczelnionych zbiornikach ziemnych i nie spowodowały zanieczyszczenia ziemi oraz wód podziemnych. Jednakże po ok. 20 latach od zdeponowania uległy mineralizacji i utworzyły niejednorodne struktury gruntowe. Tak więc warunki geotechniczne dla posadowienia przedmiotowej inwestycji uznano za złożone i wymagające uregulowania wilgotności podłoża oraz częściowej wymiany gruntu. Z uwagi na to, że na obszarze lagun nie były w ostatnich kilkunastu latach wykonywane prace pielęgnacyjne, na ich obrzeżu wyrosły krzewy wymagające usunięcia. Rekultywacja została ograniczona do uregulowania stosunków wodnych poprzez wykonanie drenażu oraz wypełnienia lagun ziemią, co po ukształtowaniu terenu umożliwiło jego wykorzystanie na lokalizację paneli fotowoltaicznych do wytwarzania energii elektrycznej. Zakres prac zrealizowanych w ramach rekultywacji obejmował:

1. usunięcie krzewów;
2. demontaż rurociągu Ø 200 mm na długości 50 m z podporami;
3. demontaż istniejących elementów drogi pomiędzy lagunami nr 1 i 2;
4. odwodnienie laguny nr 2 i wykopów pod drenaż z odpływem do kanalizacji;
5. wykonanie wykopu pod drenaż o długości 320 m;
6. wymianę gruntu pod drenaż i pod zbieracz;
7. położenie drenażu na długości 320 m, z odpływem do kanalizacji wewnętrznej oczyszczalni;
8. makroniwelację, tj. wykonanie nasypu z ziemi o określonym współczynniku przepuszczalności;
9. zagęszczenie nasypu;
10. przygotowanie nasypu pod obsiew traw.

Oczyszczalnie ścieków są obiektami bardzo energochłonnymi. Charakterystyczny dla takich obiektów jest w miarę stały pobór energii elektrycznej w ciągu roku, co jest bardzo korzystne z punktu widzenia budowy instalacji fotowoltaicznych.

Ze względu na specyfikę terenu, na zrekultywowanym obszarze po lagunach osadowych posadowione zostały betonowe płyty fundamentowe, a do nich przymocowane stalowo-aluminiowe konstrukcje pod panele fotowoltaiczne. Posadowienie instalacji na płytach fundamentowych konieczne było z uwagi na niejednorodność podłoża i możliwość dalszego jego osiadania po rekultywacji, co mogłoby wpłynąć na uszkodzenia konstrukcji wsporczej oraz modułów fotowoltaicznych.

Zakres prac związanych z montażem instalacji obejmował:

1. posadowienie konstrukcji wsporczych i montaż na nich modułów fotowoltaicznych,
2. montaż falowników na konstrukcjach wsporczych,
3. wykonanie niezbędnych instalacji elektrycznych,
4. posadowienie wolno stojącego złącza kablowo-pomiarowego,
5. implementację parametrów elektrowni do centralnego systemu SCADA.

Farma fotowoltaiczna składa się z 1074 polikrystalicznych modułów o mocy 280 Wp każdy oraz 14 beztransformatorowych falowników, które konwertują prąd stały na trójfazowy prąd przemienny. Łączna moc farmy wynosi: 1074 × 0,28 kWp = 300,72 kWp. Moc ta dzieli się na dwie sekcje po ok. 150 kWp. Rocznie farma może wyprodukować blisko 300 MWh energii elektrycznej. Jest to energia, jaką przykładowo można zasilić 100 statystycznych domów jednorodzinnych.

Rys. 1. Schemat rozmieszczenia paneli fotowoltaicznych

Instalacja fotowoltaiczna została tak dobrana i zaprojektowana, aby cała energia przez nią produkowana była zużywana na terenie oczyszczalni, bez wyprowadzania jej do sieci dystrybucyjnej OSD. Wymagał tego program unijny, z którego inwestycja była współfinansowana. Zastosowano odpowiednią automatykę oraz zabezpieczenia monitorujące na bieżąco, czy instalacja nie wprowadza energii do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej. Zaprojektowane i wykonane zostało więc rozwiązanie całkowicie eliminujące możliwość nadprodukcji energii elektrycznej względem chwilowego zużycia. W celu monitorowania i rejestrowania informacji o parametrach elektrycznych inwerterów zastosowany został układ oparty na inteligentnych analizatorach pracy inwerterów. W przypadku nadprodukcji energii przez źródło wytwórcze w stosunku do zużycia przez odbiorniki, układ dokonuje samoczynnej regulacji w poszczególnych inwerterach do poziomu pozwalającego na właściwy przepływ prądu, nie powodując całkowitego wyłączenia źródła wytwórczego. W celu dodatkowego zabezpieczenia sieci zewnętrznej przed niekontrolowanym przepływem mocy w kierunku sieci dystrybucyjnej zastosowano funkcję zwrotnomocową przekaźników zabezpieczeniowych, zainstalowanych w polach zasilających SN. Instalacja fotowoltaiczna jest wpięta w wewnętrzny system zarządzania na terenie oczyszczalni ścieków, co daje wgląd w jej działanie i produkcję energii.

Dla oczyszczalni w 2020 r. zostało zakupione 3580,27 kWh, czyli 3580 MWh energii elektrycznej za kwotę 99 916,31 zł netto. Średnia cena zakupu energii elektrycznej w tym roku wynosiła 0,43 zł/kWh, w tym koszty zmienne – 0,37 zł/kWh oraz koszty stałe – 0,05 zł/kWh.

Farma o mocy 300 kW jest w stanie pokrywać przy pełnym nasłonecznieniu – pełnej wydajności – nawet 70% chwilowego zapotrzebowania oczyszczalni na energię elektryczną przy średnim zapotrzebowaniu na energię w wysokości 430 kW. Produkcja energii elektrycznej przez farmę może wynieść ok. 8% całkowitego zapotrzebowania oczyszczalni na energię (300 MWh/3580 MWh). Instalacja fotowoltaiczna jest więc w stanie przynieść oszczędności z tytułu mniejszego zakupu energii elektrycznej rzędu 90 tys. zł netto w skali roku (300 MWh × 0,37 zł/kWh).

Średnie zapotrzebowanie oczyszczalni na energię elektryczną w 2020 r. wyniosło 430 kW na godzinę. Natomiast docelowo, po zrealizowaniu trwającej rozbudowy obiektu, wzrośnie i zakłada się, że będzie wynosiło 580 kW.

Część potrzebnej energii w oczyszczalni ścieków będzie produkowana w procesie kogeneracji, wykorzystującej biogaz z fermentacji osadów ściekowych. Farma fotowoltaiczna stanie się wówczas dopełnieniem tego procesu i przy swoich szczytowych możliwościach wytwarzania energii zapewni oczyszczalni niezależność energetyczną.

Polecamy:

Jakie pompy do oczyszczalni ścieków?

Produkty budowlane

Instalacja suszenia osadów ściekowych w Rąbczynie2

Odzysk energii z osadów ściekowych – piroliza, zgazowanie

Odzysk energii z osadów ściekowych – fermentacja metanowa

Renowacja oczyszczalni ścieków

Podstawowe zalety zastosowania fotowoltaiki to:

• bezobsługowość systemu,
• redukcja emisji CO₂,
• korzyści finansowe.

Fot. 4. Oczyszczalnia ścieków w Chrzanowie. Widok na ścieżkę edukacyjną

Obok terenu farmy fotowoltaicznej, na drugiej części zrekultywowanego terenu powstała ścieżka edukacyjna. Zainstalowano tu osiem tablic edukacyjnych, które mają na celu wyjaśnienie zwiedzającym, jakie procesy oczyszczania ścieków są prowadzone w oczyszczalni, a także uświadomienie młodszym i starszym, że codzienne zachowania każdego z nas w zakresie korzystania z wody i odprowadzania ścieków mają wpływ na jakość oraz ochronę otaczającego nas środowiska naturalnego. Ścieżka edukacyjna będzie w przyszłości rozbudowywana o nowe moduły lub stanowiska.

Maciej Mański prezes zarządu Zakład Wodociągów i Kanalizacji sp. z o.o. w Grodzisku Mazowieckim	Betina Wysocka-Bereda kierownik jednostki realizującej projekt Zakład Wodociągów i Kanalizacji sp. z o.o. w Grodzisku Mazowieckim