探討降低城市污水廠電氣能耗的對策研究

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：基于降低城市污水廠電氣能耗的目的，針對污水廠電氣節(jié)能問題，做了簡單的論述，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(shè)計(jì)到電氣運(yùn)行管理等全過程，通過優(yōu)選設(shè)備和采取相應(yīng)的措施，實(shí)現(xiàn)對能源消耗的有效控制，能夠達(dá)到節(jié)能的效果?，F(xiàn)結(jié)合具體研究，作如下論述。

關(guān)鍵詞：城市；污水廠；電氣能耗

0 引言

  隨著污水產(chǎn)生量的不斷增加以及環(huán)保要求不斷提高，使得污水處理廠不斷增加。從污水處理廠實(shí)際運(yùn)行來說，實(shí)現(xiàn)對污水處理的同時，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(jù)總能源消耗的60%~90%，因此做好此部分的節(jié)能，有著重要的意義。

１課題研究的意義

  目前來說，城市污水和廢水產(chǎn)生量不斷增加，為了能夠滿足污水處理工作的基本需求，各地區(qū)積極開展污水廠的建設(shè)，力求通過污水處理保護(hù)水環(huán)境，控制水污染問題。從污水處理廠的運(yùn)行情況來說，存在著能源消耗大的問題，電氣節(jié)能技術(shù)水平不高，廠子的經(jīng)濟(jì)效益不高，進(jìn)而影響著污水處理工作的開展效果?；诖耍疃确治龃苏n題，提出有效的電氣節(jié)能技術(shù)措施，有著重要的意義。

2 降低城市污水廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 照明系統(tǒng)

  污水廠綜合用房以及進(jìn)出水在線監(jiān)測用房，使用的照明設(shè)備選擇節(jié)能型熒光燈。例如，選擇三基色細(xì)管徑直管熒光燈，作為照明光源，同時配備節(jié)能電子鎮(zhèn)流器，能夠獲得不錯的節(jié)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(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。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(jié)能效果。

2.2 電氣系統(tǒng)

  通過計(jì)算負(fù)荷，來選擇變壓器裝置。按照標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際需求，選擇的變壓器負(fù)荷率要處于60%~70%范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對變壓器運(yùn)行損耗的有效控制。同時要綜合經(jīng)濟(jì)性和損耗等因素選擇。選擇桿上油浸變壓器，負(fù)責(zé)為建筑物單體用電設(shè)備以及污水處理工藝設(shè)備供電。結(jié)合實(shí)際情況，可以選擇柴油發(fā)電機(jī)組供電，保證廠區(qū)二級負(fù)荷。在桿上變壓器裝置上設(shè)置計(jì)量柜，并且在桿上變壓器配電箱內(nèi)布置補(bǔ)償裝置，經(jīng)過補(bǔ)償后低壓側(cè)的功率因數(shù)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 電氣線路節(jié)能

  從電氣能源消耗問題的控制角度來說，線路損耗為問題，要采取有效的解決措施，實(shí)現(xiàn)對能源消耗的有效控制。通過進(jìn)行分析明確，負(fù)荷三相不平衡會造成線路運(yùn)行產(chǎn)生大損耗，因此要做好優(yōu)化。具體布置時，要遵循三相負(fù)荷平衡原理，開展電氣線路的布置，達(dá)到平衡的狀態(tài)，減少因?yàn)樨?fù)荷造成的能源消耗。除此之外，根據(jù)工藝運(yùn)行的電力負(fù)荷和電量使用，做好輸電導(dǎo)線型號選擇和橫截面面積計(jì)算的把控，確保運(yùn)行的合理性和安全性。

3 降低城市污水廠電氣能耗的策略總結(jié)

3.1 做好供配電系統(tǒng)的節(jié)能

  此部分的能源消耗控制，多采取以下方法：（1）無功補(bǔ)償。結(jié)合工藝運(yùn)行情況，選擇集中補(bǔ)償或者分散補(bǔ)償。以分散補(bǔ)償為例，通過在用電設(shè)備中配置相應(yīng)的電容器，通過增加低壓線路電網(wǎng)運(yùn)行的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)對線路損失的控制，不過很難實(shí)現(xiàn)對變壓器銅損的控制。而集中補(bǔ)償可降低銅損，通過在負(fù)荷中心設(shè)置低壓配電房的方式，實(shí)現(xiàn)集中補(bǔ)償。（2）降低線路損耗。推廣使用銅芯電纜的方法，控制線路整體的長度和截面大小，實(shí)現(xiàn)對線路損耗的有效控制，達(dá)到成本節(jié)約的目的。（3）電機(jī)節(jié)能。通過優(yōu)選電機(jī)設(shè)備的方式，比如水泵裝置，推廣運(yùn)用PLC變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對此部分的能源消耗控制。

3.2 優(yōu)化污水處理工藝

  目前來說，污水處理工作的要求不斷提高，很多廠子為了達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)，需要購進(jìn)新的設(shè)備，引入新的污水處理工藝，實(shí)現(xiàn)污水處理能力水平的提高，與此同時降低整體能源消耗?；谖鬯幚砉に嚨倪\(yùn)用流程，積極推廣變頻調(diào)速技術(shù)手段，開展電氣技術(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(xiàn)能源節(jié)約，同時可以減少電費(fèi)支出，促使處理廠的經(jīng)濟(jì)效益得以增加。

3.3 優(yōu)選節(jié)能設(shè)備

  從電能消耗產(chǎn)生的原因來說，各類設(shè)備運(yùn)行為主要因素，比如使用的風(fēng)機(jī)和水泵等，能夠有效控制電能的使用。例如，風(fēng)機(jī)和水泵等實(shí)際運(yùn)行時，常常處于滿載狀態(tài)運(yùn)行，設(shè)備實(shí)際負(fù)載顯著低于設(shè)計(jì)值，使得污水處理工藝運(yùn)行能源消耗比較高，能源的利用率很低，使得電能被浪費(fèi)?；诖?，要優(yōu)選節(jié)能設(shè)備，推廣應(yīng)用變頻節(jié)能設(shè)備，通過提高設(shè)備運(yùn)行效率的手段，同時運(yùn)用計(jì)算機(jī)模糊控制理論，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷情況的有效監(jiān)控，依據(jù)負(fù)荷變化情況，進(jìn)行智能化水泵與風(fēng)機(jī)等運(yùn)行的調(diào)節(jié)，降低能源消耗，增強(qiáng)工藝運(yùn)行的節(jié)能效果。

3.4 照明節(jié)能

  污水廠運(yùn)行中，照明能源消耗量較大，為降低能源消耗的環(huán)節(jié)。具體實(shí)踐中，采取有效的照明節(jié)能措施，能夠達(dá)到不錯的節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)對成本的有效控制，增加運(yùn)營效益。首先，優(yōu)選光源。從建設(shè)的角度入手，通過合理構(gòu)建廠區(qū)環(huán)境的方式，保證光源充足，確保能夠達(dá)到照明節(jié)能的目的。推廣使用節(jié)能效果較好的光源，比如細(xì)管徑熒光燈和高壓鈉燈等。其次，推廣使用節(jié)能型光源附件，比如電子鎮(zhèn)流器以及低能耗鎮(zhèn)流器等，實(shí)現(xiàn)對線損的控制，增強(qiáng)供電的效果。最后，優(yōu)化照明控制系統(tǒng)。以保證照明需求為前提，推廣運(yùn)用聲光控的方式，減少燈具使用的電能消耗，增強(qiáng)節(jié)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(jì)算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)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(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺、一個APP實(shí)時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

4.3 平臺拓?fù)鋱D

4.4 平臺子系統(tǒng)

4.4.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

  對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

4.4.2 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

  水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.4.3 電動機(jī)管理

  馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，電動機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和報警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4 能耗管理

  為水務(wù)搭建計(jì)量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過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(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實(shí)現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢。

能效分析按三級計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，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，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家指標(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5 智能照明控制

  系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實(shí)現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能的目的。

4.4.6 電氣安全

（1）電氣火災(zāi)監(jiān)測

  監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

（2）消防應(yīng)急照明和疏散指示

  根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過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(shè)備電源監(jiān)測

  監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

（4）防火門監(jiān)控系統(tǒng)

  防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)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(jiān)測

  污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8 分布式光伏監(jiān)測

  實(shí)時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)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(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實(shí)際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個屋頂?shù)难b機(jī)容量。

4.4.9 工藝仿真監(jiān)控

  平臺通過2D、3D方式實(shí)時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)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(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5 結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)

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  [2] 武云鵬．污水處理廠的電氣設(shè)計(jì)與節(jié)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(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版

作者簡介

吳柯霓，女，現(xiàn)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。