探討降低城市污水廠(chǎng)電氣能耗的對策研究

摘要：基于降低城市污水廠(chǎng)電氣能耗的目的，針對污水廠(chǎng)電氣節能問(wèn)題，做了簡(jiǎn)單的論述，提出了減少能源消耗的策略，共享給相關(guān)人員參考。從電氣設計到電氣運行管理等全過(guò)程，通過(guò)優(yōu)選設備和采取相應的措施，實(shí)現對能源消耗的有效控制，能夠達到節能的效果?，F結合具體研究，作如下論述。

關(guān)鍵詞：城市；污水廠(chǎng)；電氣能耗

 

??隨著(zhù)污水產(chǎn)生量的不斷增加以及環(huán)保要求不斷提高，使得污水處理廠(chǎng)不斷增加。從污水處理廠(chǎng)實(shí)際運行來(lái)說(shuō)，實(shí)現對污水處理的同時(shí)，也需要消耗很多能源。按照介質(zhì)劃分，能耗主要包括燃料和電能以及藥劑等。其中，電能的消耗占據總能源消耗的60%~90%，因此做好此部分的節能，有著(zhù)重要的意義。

??目前來(lái)說(shuō)，城市污水和廢水產(chǎn)生量不斷增加，為了能夠滿(mǎn)足污水處理工作的基本需求，各地區積極開(kāi)展污水廠(chǎng)的建設，力求通過(guò)污水處理保護水環(huán)境，控制水污染問(wèn)題。從污水處理廠(chǎng)的運行情況來(lái)說(shuō)，存在著(zhù)能源消耗大的問(wèn)題，電氣節能技術(shù)水平不高，廠(chǎng)子的經(jīng)濟效益不高，進(jìn)而影響著(zhù)污水處理工作的開(kāi)展效果?；诖?，深度分析此課題，提出有效的電氣節能技術(shù)措施，有著(zhù)重要的意義。

 

2.1照明系統

??污水廠(chǎng)綜合用房以及進(jìn)出水在線(xiàn)監測用房，使用的照明設備選擇節能型熒光燈。例如，選擇三基色細管徑直管熒光燈，作為照明光源，同時(shí)配備節能電子鎮流器，能夠獲得不錯的節能效果。對于室外照明，池頂部分的照明使用金屬柱燈以及高壓鈉燈，可以達到節能降耗的目標。室外的道路照明，使用庭院燈＋高壓鈉燈方案，可以獲得不錯的節能效果。

 

2.2電氣系統

??通過(guò)計算負荷，來(lái)選擇變壓器裝置。按照標準和實(shí)際需求，選擇的變壓器負荷率要處于60%~70%范圍內，實(shí)現對變壓器運行損耗的有效控制。同時(shí)要綜合經(jīng)濟性和損耗等因素選擇。選擇桿上油浸變壓器，負責為建筑物單體用電設備以及污水處理工藝設備供電。結合實(shí)際情況，可以選擇柴油發(fā)電機組供電，保證廠(chǎng)區二級負荷。在桿上變壓器裝置上設置計量柜，并且在桿上變壓器配電箱內布置補償裝置，經(jīng)過(guò)補償后低壓側的功率因數能夠達到標準。

 

2.3電氣線(xiàn)路節能

??從電氣能源消耗問(wèn)題的控制角度來(lái)說(shuō)，線(xiàn)路損耗為問(wèn)題，要采取有效的解決措施，實(shí)現對能源消耗的有效控制。通過(guò)進(jìn)行分析明確，負荷三相不平衡會(huì )造成線(xiàn)路運行產(chǎn)生大損耗，因此要做好優(yōu)化。具體布置時(shí)，要遵循三相負荷平衡原理，開(kāi)展電氣線(xiàn)路的布置，達到平衡的狀態(tài)，減少因為負荷造成的能源消耗。除此之外，根據工藝運行的電力負荷和電量使用，做好輸電導線(xiàn)型號選擇和橫截面面積計算的把控，確保運行的合理性和安全性。

 

3降低城市污水廠(chǎng)電氣能耗的策略總結

3.1做好供配電系統的節能

??此部分的能源消耗控制，多采取以下方法：（1）無(wú)功補償。結合工藝運行情況，選擇集中補償或者分散補償。以分散補償為例，通過(guò)在用電設備中配置相應的電容器，通過(guò)增加低壓線(xiàn)路電網(wǎng)運行的功率因數，實(shí)現對線(xiàn)路損失的控制，不過(guò)很難實(shí)現對變壓器銅損的控制。而集中補償可降低銅損，通過(guò)在負荷中心設置低壓配電房的方式，實(shí)現集中補償。（2）降低線(xiàn)路損耗。推廣使用銅芯電纜的方法，控制線(xiàn)路整體的長(cháng)度和截面大小，實(shí)現對線(xiàn)路損耗的有效控制，達到成本節約的目的。（3）電機節能。通過(guò)優(yōu)選電機設備的方式，比如水泵裝置，推廣運用PLC變頻控制技術(shù)，實(shí)現對此部分的能源消耗控制。

 

3.2優(yōu)化污水處理工藝

??目前來(lái)說(shuō)，污水處理工作的要求不斷提高，很多廠(chǎng)子為了達到處理標準，需要購進(jìn)新的設備，引入新的污水處理工藝，實(shí)現污水處理能力水平的提高，與此同時(shí)降低整體能源消耗?；谖鬯幚砉に嚨倪\用流程，積極推廣變頻調速技術(shù)手段，開(kāi)展電氣技術(shù)改造工作，借助此技術(shù)手段，增加處理污水量，減少電氣能源消耗，實(shí)現能源節約，同時(shí)可以減少電費支出，促使處理廠(chǎng)的經(jīng)濟效益得以增加。

 

3.3優(yōu)選節能設備

??從電能消耗產(chǎn)生的原因來(lái)說(shuō)，各類(lèi)設備運行為主要因素，比如使用的風(fēng)機和水泵等，能夠有效控制電能的使用。例如，風(fēng)機和水泵等實(shí)際運行時(shí)，常常處于滿(mǎn)載狀態(tài)運行，設備實(shí)際負載顯著(zhù)低于設計值，使得污水處理工藝運行能源消耗比較高，能源的利用率很低，使得電能被浪費?；诖?，要優(yōu)選節能設備，推廣應用變頻節能設備，通過(guò)提高設備運行效率的手段，同時(shí)運用計算機模糊控制理論，實(shí)現對設備運行負荷情況的有效監控，依據負荷變化情況，進(jìn)行智能化水泵與風(fēng)機等運行的調節，降低能源消耗，增強工藝運行的節能效果。

 

3.4照明節能

??污水廠(chǎng)運行中，照明能源消耗量較大，為降低能源消耗的環(huán)節。具體實(shí)踐中，采取有效的照明節能措施，能夠達到不錯的節能效果，實(shí)現對成本的有效控制，增加運營(yíng)效益。首先，優(yōu)選光源。從建設的角度入手，通過(guò)合理構建廠(chǎng)區環(huán)境的方式，保證光源充足，確保能夠達到照明節能的目的。推廣使用節能效果較好的光源，比如細管徑熒光燈和高壓鈉燈等。其次，推廣使用節能型光源附件，比如電子鎮流器以及低能耗鎮流器等，實(shí)現對線(xiàn)損的控制，增強供電的效果。最后，優(yōu)化照明控制系統。以保證照明需求為前提，推廣運用聲光控的方式，減少燈具使用的電能消耗，增強節電效果。

 

4 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

4.1平臺概述

??安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行安全可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

4.2平臺組成

??AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控

??對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。

監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

 

 

4.4.2電能質(zhì)量監測與治理

??水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

 

4.4.3電動(dòng)機管理

??馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

 

4.4.4能耗管理

??為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

 

??系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

4.4.6電氣安全

（1）電氣火災監測

??監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

??根據預先設置的應急預案快速啟動(dòng)疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設備電源監測

??監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。

（4）防火門(mén)監控系統

??防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

 

4.4.7 環(huán)境監測

??污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

 

 

4.4.8分布式光伏監測

??實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。

平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。

4.4.9工藝仿真監控

??平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

 

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機管理及配電室環(huán)境監控系統

 5結論

??綜上所述，降低城市污水廠(chǎng)電氣能耗，對增強電廠(chǎng)的運行效益，有著(zhù)重要的意義。文中結合實(shí)例，分析了如何降低城市污水廠(chǎng)電氣能耗，總結了電氣節能措施，具體如下：優(yōu)化污水處理工藝、優(yōu)選節能設備等。通過(guò)采取系列節能措施，減少能源消耗，提高能源利用率，增加污水廠(chǎng)的效益，發(fā)揮污水廠(chǎng)的價(jià)值和作用。

 

??[1]石勇.降低城市污水廠(chǎng)電氣能耗的對策研究

??[2] 武云鵬．污水處理廠(chǎng)的電氣設計與節能研究[J]．產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新研究，2019(06)：127-128．

??[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

 

柏為為，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務(wù)研究發(fā)展。