【解決方案】城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

  為了在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)減少資源損耗，城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)時(shí)應(yīng)從供配電系統(tǒng)入手，對(duì)廠區(qū)的供配電系統(tǒng) 進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì),減少電能損耗,控制運(yùn)行成本。為實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo),還應(yīng)從系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等方面入手，多層次地控制系統(tǒng)能耗。一、城鎮(zhèn)污水處理廠能耗分析

城鎮(zhèn)污水處理廠是城市文明建設(shè)中處理城市污水、凈化 水資源的重要工具。但在污水處理廠實(shí)際運(yùn)行期間會(huì)損耗大量的電力資源、水資源和其他資源，其中，電力消耗是污水處理廠的主要能耗類型。據(jù)了解，我國一線城市的污水處理廠每處理1 m3的水會(huì)耗電0.07 kW-h,普通二線城市每處理1 m3 的水會(huì)耗電0.3 kW-ho污水處理廠在處理污水時(shí)需要借助脫水機(jī)、沖擊裝置,這類污水處理設(shè)備會(huì)損耗大量的水資源，且各類設(shè)備運(yùn)行過程中同樣需要消耗一定量的電力資源，而資源的損耗又會(huì)增加城市污水處理廠的運(yùn)行成本。

二、城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)的節(jié)能價(jià)值

  某城鎮(zhèn)污水處理廠一年的電費(fèi)成本為5 123萬元,占污水處理廠總成本的15%,水資源成本為357元，各類電氣設(shè)備的 運(yùn)維管理及基本維護(hù)約為3 567元。由此可 見,城鎮(zhèn)污水處理廠在運(yùn)行過程中為減少成本支出、預(yù)防能源損耗，還應(yīng)多層次地控制廠區(qū)生產(chǎn)中的能源消耗費(fèi)用。供配電系統(tǒng)作為城鎮(zhèn)污水處理廠的核心結(jié)構(gòu),支撐著污水處理廠的整體運(yùn)作。因此,只有全*位地優(yōu)化污水處理廠的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將節(jié)能減排理念融入供配電設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，才能減少污水處理廠的電力資源損耗,為污水處理廠的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。 1） 城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)的節(jié)能處理，可通過電纜線路設(shè)計(jì)、變壓器的選型減少電力資源損耗、控制城鎮(zhèn)污水處理廠的整體能耗。 2） 優(yōu)化城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì),有利于提升各類電氣設(shè)備的運(yùn)行效率，使其在高效運(yùn)作的過程中保證城鎮(zhèn)污水處理廠的生產(chǎn)效益,控制污水處理時(shí)間,節(jié)省污水處理成本，使污水處理廠能夠健康發(fā)展。

三、城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)能措施

1電纜線路的節(jié)能設(shè)計(jì)

  變壓器是城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)的核心裝置，由于 系統(tǒng)運(yùn)行中變壓器的有功損耗較大,所以,在城鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目中,各類變壓設(shè)備所需的電線、電纜較多,且線纜波動(dòng)范圍較大。因此，節(jié)能設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時(shí)，相關(guān)人員可通過電纜線路的節(jié)能設(shè)計(jì)減少電能損耗，節(jié)約電力資源。具體而言,城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)中,不同導(dǎo)體的電阻、電氣設(shè)備的電阻率與電纜、線路的長(zhǎng)度息息相關(guān),所以,為節(jié)約電纜線路能耗，可通過控制電阻率的方式節(jié)約電力資源。

1） 鋁制的線纜、銅制的線纜電阻率有明顯差異。城鎮(zhèn)污水處理廠在建設(shè)供配電系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可選擇電阻率較小的銅芯電纜，確定該線纜材料后,還應(yīng)在控制線纜內(nèi)電流大小的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)卦黾泳€纜面積，以減少電纜線路能耗。

2） 正式布設(shè)電纜時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化線纜敷設(shè)方案:盡量縮短城鎮(zhèn)污水處理廠負(fù)荷中心、供配電系統(tǒng)變壓器之間的間距;合理控制線纜長(zhǎng)度，使電纜"少走彎路”。

3） 整體設(shè)計(jì)電纜線路時(shí),其長(zhǎng)度、分布、材質(zhì)、規(guī)格應(yīng)符合供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)及安全設(shè)計(jì)要求，且線纜承載電流量能力應(yīng)大于線路所需的電流。

2引進(jìn)PLC節(jié)能控制技術(shù)

  城鎮(zhèn)現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)污水處理廠的監(jiān)測(cè)控制提出了更多的要求。PLC節(jié)能技術(shù)可應(yīng)用在污水處理廠的供配電系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)污水處理廠處理污水時(shí)的電力負(fù)荷。基于PLC節(jié)能技術(shù)的前后反饋理論、自適應(yīng)技術(shù)優(yōu)化控制供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，污水處理廠可以在污水處理活動(dòng)中自動(dòng)化地調(diào)節(jié)供配電系統(tǒng)的運(yùn)營管理方案,控制系統(tǒng)電流大小。同時(shí)基于供配電系統(tǒng)的節(jié)能控制,能夠監(jiān)測(cè)整合污水處理工藝,全*位地控制污水處理各環(huán)節(jié)中的能源損耗，如藥劑添加、供養(yǎng)強(qiáng)度、電力投入等叫基于PLC節(jié)能控制技術(shù)可使供配電系統(tǒng)*效運(yùn)行，減少系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間,進(jìn)一步減少系統(tǒng)電能損耗,控制碳排放量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的基本目標(biāo)。因此,在設(shè)計(jì)城鎮(zhèn)污水處理廠內(nèi)部的供配電系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)結(jié)合PLC節(jié)能控制技術(shù)建立以以太網(wǎng)為核心的節(jié)能通信監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)營期間的工藝參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)，針對(duì)性地控制系統(tǒng)的電力資源損耗。

3靈活設(shè)計(jì)變電站

  電能是城鎮(zhèn)污水處理廠的主要損耗能源。設(shè)計(jì)廠區(qū)內(nèi)的供配電系統(tǒng)時(shí)，需要靈活設(shè)計(jì)變電站，利用變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)的供配電級(jí)。對(duì)于城鎮(zhèn)污水處理廠，變電站有著不可忽視的作用。設(shè)計(jì)變電站時(shí),相關(guān)人員可根據(jù)污水處理廠內(nèi)電力資源的主要負(fù)荷中心是污水處理廠電力需求較大的區(qū)域，對(duì)該區(qū)域的供配電裝置、變電設(shè)備進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，不僅可以控制電力資源,還能減少供配電成本,確保城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)的安全性和可靠性。此外，降低城鎮(zhèn)污水處理廠的供配電級(jí)時(shí)，應(yīng)根據(jù)污水處理廠所需的電負(fù)荷范圍，使配電級(jí)數(shù)符合1 000-10 000 kW的用電負(fù)荷需求，盡量控制配電級(jí)數(shù)，預(yù)防電力資源損失。

4節(jié)能設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)

  對(duì)污水處理廠供配電系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)針對(duì)電氣控制設(shè)計(jì)節(jié)能方案,具體思路如下:

1） 科學(xué)選擇供配電系統(tǒng)中的變頻調(diào)速設(shè)備，通過此類設(shè)備增強(qiáng)供配電系統(tǒng)的節(jié)能性。城鎮(zhèn)污水處理廠的電氣設(shè)計(jì)中,變頻調(diào)速設(shè)備本身具有較強(qiáng)的節(jié)能特點(diǎn)，采用該設(shè)計(jì)可在流體學(xué)定律的支持下,通過調(diào)整電流量、設(shè)備轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，保證城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)中的用電質(zhì)量，提升其節(jié)電率叫比如,在變頻調(diào)速設(shè)備的應(yīng)用過程中,污水處理廠可使用智能化水平較高的供配電裝置，該類裝置運(yùn)行過程中可利用變頻調(diào)速技術(shù)智能調(diào)節(jié)處理裝置內(nèi)的電流量，并根據(jù)污水處理廠處理過程中的設(shè)備負(fù)荷,節(jié)約電能消耗。

2）城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)重視電氣控制方面的節(jié)能設(shè)計(jì),選擇符合污水處理廠要求的電氣控制系統(tǒng)，優(yōu)化供配電系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。具體而言，城鎮(zhèn)污水處理廠電氣設(shè)備較多、污水處理工藝復(fù)雜，在對(duì)污水處理廠電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí),相關(guān)人員可依據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、BIM技術(shù)，建立污水處理過程中的數(shù)據(jù)模型，從而智能化控制污水處理廠的生產(chǎn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)。在各項(xiàng)技術(shù)支持下，使污水處理廠的電氣設(shè)備便于調(diào)試,并且節(jié)能效果良好，可以*準(zhǔn)地控制污水處理廠運(yùn)行中的電流量。

四、城鎮(zhèn)污水處理廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

1優(yōu)化變電所整體結(jié)構(gòu)

2科學(xué)選用變壓器

3重視系統(tǒng)諧波治理

五、AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)

1.平臺(tái)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(tái)的產(chǎn)品生*體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析、治理裝置，用于監(jiān)測(cè)污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，重*監(jiān)測(cè)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。

  AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)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(tái)、一個(gè)APP實(shí)時(shí)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。

2.平臺(tái)拓?fù)鋱D

3.平臺(tái)子系統(tǒng)

（1）變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

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

監(jiān)測(cè)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(bào)警等數(shù)據(jù)。

（2）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

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

（3）電動(dòng)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(cè)、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。*效、準(zhǔn)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(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

（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(gè)看板中，從多個(gè)維度對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)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(duì)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(shì)。

能效分析按三級(jí)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(duì)各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對(duì)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(shì)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)/先進(jìn)指標(biāo)對(duì)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。

（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(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)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(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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、舒適、高效的目的。

（6）電氣安全

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

（7）環(huán)境監(jiān)測(cè)

污水廠、自來水廠、水泵站等場(chǎng)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(dòng)啟動(dòng)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。

（8）分布式光伏監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)，以曲線方式繪制上述監(jiān)測(cè)的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺(tái)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(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。

（9）工藝仿真監(jiān)控

平臺(tái)通過2D、3D方式實(shí)時(shí)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(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動(dòng)超時(shí)、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(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

六、結(jié)語

  綜上所述,近年來各類能源缺失、損耗問題愈發(fā)嚴(yán)重，為緩解能源危機(jī)，滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基本要求，還應(yīng)積極落實(shí)節(jié)能減排理念。因此，城鎮(zhèn)污水處理廠在建設(shè)管理中，還應(yīng)通過供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)運(yùn)行中的電力資源損耗,用較少的能源消耗處理城市污水,保護(hù)生態(tài)環(huán)境，為社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)創(chuàng)造良好的環(huán)境。