探討降低城市污水廠電氣能耗的對策研究

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，共享給相關人員參考。從電氣設計到電氣運行管理等全過程，通過優(yōu)選設備和采取相應的措施，實現(xiàn)對能源消耗的有效控制，能夠達到節(jié)能的效果?，F(xiàn)結合具體研究，作如下論述。

關鍵詞：城市；污水廠；電氣能耗

??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。從污水處理廠實際運行來說，實現(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。

??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，力求通過污水處理保護水環(huán)境，控制水污染問題。從污水處理廠的運行情況來說，存在著能源消耗大的問題，電氣節(jié)能技術水平不高，廠子的經(jīng)濟效益不高，進而影響著污水處理工作的開展效果?；诖?，深度分析此課題，提出有效的電氣節(jié)能技術措施，有著重要的意義。

2.1照明系統(tǒng)

??污水廠綜合用房以及進出水在線監(jiān)測用房，使用的照明設備選擇節(jié)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，可以達到節(jié)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(jié)能效果。

2.2電氣系統(tǒng)

??通過計算負荷，來選擇變壓器裝置。按照標準和實際需求，選擇的變壓器負荷率要處于60%~70%范圍內(nèi)，實現(xiàn)對變壓器運行損耗的有效控制。同時要綜合經(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。結合實際情況，可以選擇柴油發(fā)電機組供電，保證廠區(qū)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(nèi)布置補償裝置，經(jīng)過補償后低壓側(cè)的功率因數(shù)能夠達到標準。

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，實現(xiàn)對能源消耗的有效控制。通過進行分析明確，負荷三相不平衡會造成線路運行產(chǎn)生大損耗，因此要做好優(yōu)化。具體布置時，要遵循三相負荷平衡原理，開展電氣線路的布置，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(jù)工藝運行的電力負荷和電量使用，做好輸電導線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降低城市污水廠電氣能耗的策略總結

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，通過在用電設備中配置相應的電容器，通過增加低壓線路電網(wǎng)運行的功率因數(shù)，實現(xiàn)對線路損失的控制，不過很難實現(xiàn)對變壓器銅損的控制。而集中補償可降低銅損，通過在負荷中心設置低壓配電房的方式，實現(xiàn)集中補償。（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，實現(xiàn)對線路損耗的有效控制，達到成本節(jié)約的目的。（3）電機節(jié)能。通過優(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，實現(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，很多廠子為了達到處理標準，需要購進新的設備，引入新的污水處理工藝，實現(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\用流程，積極推廣變頻調(diào)速技術手段，開展電氣技術改造工作，借助此技術手段，增加處理污水量，減少電氣能源消耗，實現(xiàn)能源節(jié)約，同時可以減少電費支出，促使處理廠的經(jīng)濟效益得以增加。

3.3優(yōu)選節(jié)能設備

??從電能消耗產(chǎn)生的原因來說，各類設備運行為主要因素，比如使用的風機和水泵等，能夠有效控制電能的使用。例如，風機和水泵等實際運行時，常常處于滿載狀態(tài)運行，設備實際負載顯著低于設計值，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?；诖耍獌?yōu)選節(jié)能設備，推廣應用變頻節(jié)能設備，通過提高設備運行效率的手段，同時運用計算機模糊控制理論，實現(xiàn)對設備運行負荷情況的有效監(jiān)控，依據(jù)負荷變化情況，進行智能化水泵與風機等運行的調(diào)節(jié)，降低能源消耗，增強工藝運行的節(jié)能效果。

3.4照明節(jié)能

??污水廠運行中，照明能源消耗量較大，為降低能源消耗的環(huán)節(jié)。具體實踐中，采取有效的照明節(jié)能措施，能夠達到不錯的節(jié)能效果，實現(xiàn)對成本的有效控制，增加運營效益。首先，優(yōu)選光源。從建設的角度入手，通過合理構建廠區(qū)環(huán)境的方式，保證光源充足，確保能夠達到照明節(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，實現(xiàn)對線損的控制，增強供電的效果。最后，優(yōu)化照明控制系統(tǒng)。以保證照明需求為前提，推廣運用聲光控的方式，減少燈具使用的電能消耗，增強節(jié)電效果。

4 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

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智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(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、精細的解決方案。

4.2平臺組成

??AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(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，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、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實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

4.3平臺拓撲圖

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，對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、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)。

4.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

??水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(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電動機管理

??馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、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、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。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、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4能耗管理

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

將所有有關能源的參數(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，幫助領導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，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/國際*進指標對標，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。

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。

4.4.6電氣安全

（1）電氣火災監(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警。

（2）消防應急照明和疏散指示

??根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(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）消防設備電源監(jiān)測

??監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設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、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、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，當終端設備發(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電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、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啟動排風風機或新風系統(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。

4.4.9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、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、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、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.5相關平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

??綜上所述，降低城市污水廠電氣能耗，對增強電廠的運行效益，有著重要的意義。文中結合實例，分析了如何降低城市污水廠電氣能耗，總結了電氣節(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。

??[1]石勇.降低城市污水廠電氣能耗的對策研究

??[2] 武云鵬．污水處理廠的電氣設計與節(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)設計與應用手冊.2022.05版

張心志，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務研究發(fā)展。