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探討污水處理廠能效平臺在電氣節(jié)能中的應(yīng)用

更新時間：2023-07-25

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摘要：隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市產(chǎn)生污水的數(shù)量在急速的增加，污水處理已經(jīng)成為城市不可分割的一部分。相關(guān)的工作人員對生活污水進行處理的時候采用的方法是活性污泥生化處理工藝，這種處理工藝在運行的過程中主要消耗的能量就是電能 ,因此相關(guān)的工作人員在處理污水的過程中需要要注意節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；電氣節(jié)能；措施；探討

1 污水處理廠電氣設(shè)計節(jié)能減排技術(shù)內(nèi)涵

污水處理廠的電氣設(shè)計中，節(jié)能減排工作是從兩個技術(shù)領(lǐng)域加以闡釋的。一個是節(jié)能技術(shù)，一個是減排技術(shù)。二者有聯(lián)系，也有區(qū)別。節(jié)能減排相互之間是相輔相成的。要進行減排，就要以節(jié)能技術(shù)作為鋪墊，要達到節(jié)能的目的，減排是必然要做的工作。如果只注重節(jié)能而忽略減排，則會導(dǎo)致能耗激增，帶來巨大的經(jīng)濟損失。只有對節(jié)能和減排技術(shù)都加以均衡發(fā)展，才能得到社會效益和環(huán)境效益的均衡發(fā)展。隨著國內(nèi)城鎮(zhèn)化的提高，城市生活污水處理廠的發(fā)展高速前行，因此污水處理廠的節(jié)能減排工作意義重大。

進行污水處理節(jié)能和減排技術(shù)的設(shè)計，首要的是對電氣系統(tǒng)的節(jié)能減排技術(shù)進行規(guī)劃和布局。主要集中在變壓器的損耗、無功及諧波電流損耗、照明損耗、設(shè)置不當(dāng)帶來的空載損耗等問題上。

2 城市污水處理廠電氣節(jié)能的實現(xiàn)

2.1 電機節(jié)能

電機能耗是污水處理廠電能消耗的主要部分，常用的電機包括風(fēng)機、攪拌機、水泵、污泥泵等，為了提高污水廠電氣節(jié)能效果，需要做好電機的節(jié)能設(shè)計，采取有效的節(jié)能措施。電機能耗高低的影響因素主要包括電機自身性能、數(shù)量、容量、配置、控制方式、運行管理等因素，可從這幾個方面入手采取節(jié)能措施：在購置電機時，應(yīng)優(yōu)選效率高、能耗低、運行可靠的電機。污水處理廠要結(jié)合實際運營情況，合理設(shè)計電機容量，確保電機輸出功率與機械負載功率相匹配，提高電機的負載率，進一步實現(xiàn)電機自然功率因素的改善；在選擇水泵時，污水處理廠要根據(jù)用水量、季節(jié)變化、*大流量等條件進行選擇，預(yù)留出一定額度；一般情況下，電機達到滿負荷運轉(zhuǎn)的時間不超過 10%，其余時間均處于低效運行。由于電機處于高效運行狀態(tài)下才能降低電能消耗，所以污水處理廠應(yīng)采用調(diào)控方式，對電機輸出負荷進行合理設(shè)置，調(diào)控電機的運行狀態(tài)，使電機長時間處于高效運轉(zhuǎn)，降低電能耗用量。

2.2 對污水處理工藝進行優(yōu)化

城市產(chǎn)生的污水量逐年遞增，這對污水處理廠的污水處理能力提出了更高的要求。污水處理廠需要采用先進的設(shè)備和污水處理工藝，在提高污水處理能力的同時降低能耗，實現(xiàn)傳統(tǒng)污水處理工藝的轉(zhuǎn)型升級。在污水處理廠建成初期，要及時清理污水處理系統(tǒng)中的漂浮物，減少廠區(qū)雨污排水系統(tǒng)中的柵渣量，便于在污水量突然增大的狀況下實現(xiàn)順利分流分壓，避免對潛水泵造成破壞，延長潛水泵的使用壽命；及時獲取電網(wǎng)運行信息，利用電網(wǎng)峰谷平的具體情況以及計價規(guī)則，對污水處理廠中功率較大的設(shè)備運行時間進行調(diào)整，以降低用電成本；升級改造現(xiàn)有設(shè)備，保證全部污水能夠準確入槽；將監(jiān)控設(shè)備安裝到車間，實時監(jiān)控污水處理的全過程，提高污水處理質(zhì)量；污水處理廠要采用變頻調(diào)速技術(shù)對現(xiàn)有電氣技術(shù)進行改造升級，通過采用該技術(shù)能夠大幅度提高年處理污水量，降低電氣耗電量，節(jié)約能源消耗量約為25%，并且降低電費支出，有利于提高污水處理廠的經(jīng)濟效益。

2.3 供配電系統(tǒng)節(jié)能

2.3.1 降低線損

電纜選用電導(dǎo)率小的材質(zhì)，盡量選用銅芯電纜，雖然成本投入較鋁芯電纜成本高，但是可在后期運行中節(jié)省電費支出；優(yōu)化電纜設(shè)計，縮短電纜長度，在水泵房和風(fēng)機房附近設(shè)置配電房，減小電纜用量；若電纜線路較長，則要加大一級電纜截面，并且保證電纜截面的熱穩(wěn)定性、載流量、電壓損失均符合設(shè)計要求，雖然這種做法會增加前期的建設(shè)投入，但是在后期運行中可有效降低線路損耗，節(jié)約成本。

2.3.2 無功補償

分散補償與集中補償是無功補償?shù)膬煞N形式：分散補償只需在用電設(shè)備上并聯(lián)專用電容器即可，安裝簡單，可提高低壓線路電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低線路損失，但這種補償方式難以有效減少變壓器銅損；集中補償根據(jù)負荷情況將裝置集中安裝到低壓配電房，可降低變壓器銅損。由于污水處理廠在污水處理過程中的負荷較為集中，所以應(yīng)在負荷中心建設(shè)低壓配電房，采取集中補償?shù)姆绞健?/span>

2.4 選用變頻節(jié)能設(shè)備

在污水處理廠運行中需要使用數(shù)量較多的風(fēng)機、水泵，由于這類設(shè)備通常根據(jù)*大需量確定設(shè)備能力，所以導(dǎo)致設(shè)備在正常工作狀態(tài)下不會處于滿載運行，實際負載明顯小于設(shè)計值，導(dǎo)致污水處理中的能耗較高，能源利用效率偏低，造成電能的嚴重浪費。此外，若電機長時間處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，未能得到有效調(diào)控，不僅會加快電機磨損，而且還會額外付出較高的維修費用，縮短電機使用壽命。根據(jù)相關(guān)定律可知，流量與轉(zhuǎn)速成比例，功率與轉(zhuǎn)速的 3 次方成比例，所以應(yīng)在水泵中引入調(diào)速控制技術(shù)，根據(jù)流量的大小對功率進行調(diào)節(jié)，提高電機的節(jié)能效率。同時，也可采用智能化節(jié)電設(shè)備，借助于計算機模糊控制理論跟蹤控制設(shè)備的負荷狀態(tài)，根據(jù)負荷變化情況智能調(diào)節(jié)水泵的流量和風(fēng)機的風(fēng)量，促使水泵和風(fēng)機隨著負荷變化作出變動，有效降低電能消耗量，提高節(jié)能效果。

2.5 照明節(jié)能

城市污水處理廠中的照明系統(tǒng)，在電氣能耗中所占的比例較大，為此，應(yīng)采取有效的措施降低照明系統(tǒng)能耗。

2.5.1 選用節(jié)能型光源附件

鎮(zhèn)流器是照明系統(tǒng)中的重要組成部分，其種類眾多、性能各異，在選擇氣體放電燈的鎮(zhèn)流器時，要盡量避免使用普通電感型鎮(zhèn)流器，而是要使用電子鎮(zhèn)流器、低能耗鎮(zhèn)流器，以達到降低線損、提高供電質(zhì)量的效果。在氣體放電燈中設(shè)置就地補償電容，提高燈具的功率因素，在同等照明亮度和時長的情況下降低線損。

2.5.2 優(yōu)化照明控制系統(tǒng)

污水處理廠的值班室、辦公室的燈具控制應(yīng)采用一對一的控制方式，而在大型車間中可根據(jù)生產(chǎn)情況采取區(qū)域型控制方式，在滿足照明需求的情況下實現(xiàn)節(jié)能；在樓梯間、公共走道等場所采用聲光控方式，降低燈具的電能消耗，做到人來燈開、人走燈閉，提高節(jié)電效果；廠區(qū)內(nèi)的道路采用光控方式，白天吸收太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，天黑時自動開啟照明，天亮關(guān)閉照明，實現(xiàn)道路照明的自動化控制，避免電能浪費。

2.5.3 對光源進行合理選擇

隨著城市污水處理廠規(guī)模的不斷擴大，大型車間數(shù)量也隨之增多。在大型車間中，需要采用充足的光源以滿足生產(chǎn)條件。為了實現(xiàn)照明節(jié)能，污水處理廠應(yīng)合理選擇節(jié)能型的光源。大型廠房應(yīng)采用大功率細管徑熒光燈、高壓鈉燈或金屬鹵化物燈，這些光源的節(jié)能效果較高。在污水處理廠配電室、辦公室、值班室等人員工作的地方，要盡量避免使用白熾燈，而是要選擇緊湊型熒光燈、三基色細管徑熒光燈或金屬鹵化物小功率燈等。

3 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

3.1 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)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、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度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

3.2 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)備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

3.3 平臺拓撲圖

3.4 平臺子系統(tǒng)

3.4.1 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和弧光保護，實現(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)機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

3.4.2 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、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。

3.4.3 電動機管理

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

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3.4.4 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，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、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(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，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行分析，同比、環(huán)比、對標等。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)/國家指標對標，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。

3.4.5 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現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

3.4.6 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。

3.4.7 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電池間可燃氣體濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

3.4.8 分布式光伏監(jiān)測

實時監(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、累計發(fā)電量進行監(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)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

3.4.9 工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)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(shè)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、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、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，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

3.5 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

3.5.1 電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.2 智能照明系統(tǒng)

3.5.3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.4 消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.5 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4 結(jié)束語

從上面文章的描述中我們就能夠看出，污水處理廠的電氣節(jié)能措施具有一定的復(fù)雜性，相關(guān)的工作人員對污水處理廠進行節(jié)能處理的時候應(yīng)該把握好其供配電系統(tǒng)，同時對電氣線路、電氣設(shè)備、控制系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)的節(jié)能措施進行掌控，只有這樣才能從根本上解決污水處理廠電能損耗的情況，讓污水處理廠在運行的過程中更加的順利，并且使污水處理廠的運行具有足夠的經(jīng)濟性。

參考文獻

[1] 王巍威.污水處理廠電氣節(jié)能措施探討

[2] 牛鑫 . 淺談污水處理廠電氣節(jié)能措施 [J]. 技術(shù)與應(yīng)用，2014（11）：121-122.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版

作者簡介：

吳柯霓，女，安科瑞電氣股份有限公司