探討降低城市污水廠電氣能耗的對策研究
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易允恒
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，通過優選設備和采取相應的措施，實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。
關鍵詞：城市；污水廠；電氣能耗
0引言
隨著污水產生量的不斷增加以及環保要求不斷提高，使得污水處理廠不斷增加。從污水處理廠實際運行來說，實現對污水處理的同時，也需要消耗很多能源。按照介質劃分，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，各地區積極開展污水廠的建設，力求通過污水處理保護水環境，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，電氣節能技術水平不高，廠子的經濟效益不高，進而影響著污水處理工作的開展效果?；诖?，深度分析此課題，提出有效的電氣節能技術措施，有著重要的意義。
2降低城市污水廠電氣節能設計要點分析
2.1照明系統
污水廠綜合用房以及進出水在線監測用房，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，實現對變壓器運行損耗的有效控制。同時要綜合經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，可以選擇柴油發電機組供電，保證廠區二級負荷。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，經過補償后低壓側的功率因數能夠達到標準。
2.3電氣線路節能
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生大損耗，因此要做好優化。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，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做好供配電系統的節能
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運行的功率因數，實現對線路損失的控制，不過很難實現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，實現對線路損耗的有效控制，達到成本節約的目的。（3）電機節能。通過優選電機設備的方式，比如水泵裝置，推廣運用PLC變頻控制技術，實現對此部分的能源消耗控制。
3.2優化污水處理工藝
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，實現污水處理能力水平的提高，與此同時降低整體能源消耗。基于污水處理工藝的運用流程，積極推廣變頻調速技術手段，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，實現能源節約，同時可以減少電費支出，促使處理廠的經濟效益得以增加。
3.3優選節能設備
從電能消耗產生的原因來說，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?，要優選節能設備，推廣應用變頻節能設備，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，實現對設備運行負荷情況的有效監控，依據負荷變化情況，進行智能化水泵與風機等運行的調節，降低能源消耗，增強工藝運行的節能效果。
3.4照明節能
污水廠運行中，照明能源消耗量較大，為降低能源消耗的環節。具體實踐中，采取有效的照明節能措施，能夠達到不錯的節能效果，實現對成本的有效控制，增加運營效益。首先，優選光源。從建設的角度入手，通過合理構建廠區環境的方式，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，實現對線損的控制，增強供電的效果。后，優化照明控制系統。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品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監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由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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運行狀況，并且根據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
4.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控
對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。
監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。
4.4.2電能質量監測與治理
水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。
4.4.3電動機管理
馬達監控實現水務中電機的保護、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、監測和報警。準確地反映出故障狀態、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
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域。
將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，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。
能耗數據統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、環比、對標等。通過污水處理產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，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家/指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。
4.4.5智能照明控制
系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠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纜溫度，實現對污水廠、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。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。
（3）消防設備電源監測
監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。
（4）防火門監控系統
防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，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 環境監測
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，排除隱患，保持良好的水處理環境。
4.4.8分布式光伏監測
實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。
平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。
4.4.9工藝仿真監控
平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、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。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、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
4.5相關平臺部署硬件選型清單
4.5.1電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統
5結論
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，總結了電氣節能措施，具體如下：優化污水處理工藝、優選節能設備等。通過采取系列節能措施，減少能源消耗，提高能源利用率，增加污水廠的效益，發揮污水廠的價值和作用。
參考文獻
[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能研究[J]．產業創新研究，2019(06)：127-128．
[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
Email：2851375246@qq.com ： QQ：2851375246 ：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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