探讨污水处理厂能效平台在电气节能中的应用

时间：2023-07-21作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：266

摘要：随着我国经济的*发展，城市产生污水的数量在急速的增加，污水处理已经成为城市不可分割的一部分。相关的工作人员对生活污水进行处理的时候采用的方法是活性污泥生化处理工艺，这种处理工艺在运行的过程中主要消耗的能量就是电能 ,因此相关的工作人员在处理污水的过程中需要要注意节能减排。
关键词：污水处理厂；电气节能；措施；探讨
1 污水处理厂电气设计节能减排技术内涵
       污水处理厂的电气设计中，节能减排工作是从两个技术领域加以阐释的。一个是节能技术，一个是减排技术。二者有联系，也有区别。节能减排相互之间是相辅相成的。要进行减排，就要以节能技术作为铺垫，要达到节能的目的，减排是必然要做的工作。如果只注重节能而忽略减排，则会导致能耗激增，带来巨大的经济损失。只有对节能和减排技术都加以均衡发展，才能得到社会效益和环境效益的均衡发展。随着国内城镇化的提高，城市生活污水处理厂的发展高速前行，因此污水处理厂的节能减排工作意义重大。
       进行污水处理节能和减排技术的设计，首要的是对电气系统的节能减排技术进行规划和布局。主要集中在变压器的损耗、无功及谐波电流损耗、照明损耗、设置不当带来的空载损耗等问题上。
2 城市污水处理厂电气节能的实现
2.1 电机节能
       电机能耗是污水处理厂电能消耗的主要部分，常用的电机包括风机、搅拌机、水泵、污泥泵等，为了提高污水厂电气节能效果，需要做好电机的节能设计，采取有效的节能措施。电机能耗高低的影响因素主要包括电机自身性能、数量、容量、配置、控制方式、运行管理等因素，可从这几个方面入手采取节能措施：在购置电机时，应优选效、能耗低、运行可靠的电机。污水处理厂要结合实际运营情况，合理设计电机容量，确保电机输出功率与机械负载功率相匹配，提高电机的负载率，进一步实现电机自然功率因素的改善；在选择水泵时，污水处理厂要根据用水量、季节变化、*大流量等条件进行选择，预留出一定额度；一般情况下，电机完全达到满负荷运转的时间不过 10%，其余时间均处于低效运行。由于电机处于运行状态下才能降低电能消耗，所以污水处理厂应采用调控方式，对电机输出负荷进行合理设置，调控电机的运行状态，使电机长时间处于运转，降低电能耗用量。
2.2 对污水处理工艺进行优化
       城市产生的污水量逐年递增，这对污水处理厂的污水处理能力提出了更高的要求。污水处理厂需要采用先进的设备和污水处理工艺，在提高污水处理能力的同时降低能耗，实现传统污水处理工艺的转型升级。在污水处理厂建成初期，要及时清理污水处理系统中的漂浮物，减少厂区雨污排水系统中的栅渣量，便于在污水量突然增大的状况下实现顺利分流分压，避免对潜水泵造成破坏，延长潜水泵的使用寿命；及时获取电网运行信息，利用电网峰谷平的具体情况以及计价规则，对污水处理厂中功率较大的设备运行时间进行调整，以降低用电成本；升级改造现有设备，保证全部污水能够准确入槽；将监控设备安装到车间，实时监控污水处理的全过程，提高污水处理质量；污水处理厂要采用变频调速技术对现有电气技术进行改造升级，通过采用该技术能够大幅度提高年处理污水量，降低电气耗电量，节约能源消耗量约为25%，并且降低电费支出，有利于提高污水处理厂的经济效益。
2.3 供配电系统节能
2.3.1 降低线损
       电缆选用电导率小的材质，尽量选用铜芯电缆，虽然成本投入较铝芯电缆成本高，但是可在后期运行中节省电费支出；优化电缆设计，缩短电缆长度，在水泵房和风机房附近设置配电房，减小电缆用量；若电缆线路较长，则要加大一级电缆截面，并且保证电缆截面的热稳定性、载流量、电压损失均符合设计要求，虽然这种做法会增加前期的建设投入，但是在后期运行中可有效降低线路损耗，节约成本。
2.3.2 无功补偿
       分散补偿与集中补偿是无功补偿的两种形式：分散补偿只需在用电设备上并联电容器即可，安装简单，可提高低压线路电网的功率因数，降低线路损失，但这种补偿方式难以有效减少变压器铜损；集中补偿根据负荷情况将装置集中安装到低压配电房，可降低变压器铜损。由于污水处理厂在污水处理过程中的负荷较为集中，所以应在负荷中心建设低压配电房，采取集中补偿的方式。
2.4 选用变频节能设备
       在污水处理厂运行中需要使用数量较多的风机、水泵，由于这类设备通常根据*大需量确定设备能力，所以导致设备在正常工作状态下不会处于满载运行，实际负载明显小于设计值，导致污水处理中的能耗较高，能源利用效率偏低，造成电能的严重浪费。此外，若电机长时间处于高速运转状态，未能得到有效调控，不仅会加快电机磨损，而且还会额外付出较高的维修费用，缩短电机使用寿命。根据相关定律可知，流量与转速成比例，功率与转速的 3 次方成比例，所以应在水泵中引入调速控制技术，根据流量的大小对功率进行调节，提高电机的节能效率。同时，也可采用智能化节电设备，借助于计算机模糊控制理论跟踪控制设备的负荷状态，根据负荷变化情况智能调节水泵的流量和风机的风量，促使水泵和风机随着负荷变化作出变动，有效降低电能消耗量，提高节能效果。
2.5 照明节能
       城市污水处理厂中的照明系统，在电气能耗中所占的比例较大，为此，应采取有效的措施降低照明系统能耗。
2.5.1 选用节能型光源附件
       镇流器是照明系统中的重要组成部分，其种类众多、性能各异，在选择气体放电灯的镇流器时，要尽量避免使用普通电感型镇流器，而是要使用电子镇流器、低能耗镇流器，以达到降低线损、提高供电质量的效果。在气体放电灯中设置就地补偿电容，提高灯具的功率因素，在同等照明亮度和时长的情况下降低线损。
2.5.2 优化照明控制系统
       污水处理厂的值班室、办公室的灯具控制应采用一对一的控制方式，而在大型车间中可根据生产情况采取区域型控制方式，在满足照明需求的情况下实现节能；在楼梯间、公共走道等场所采用声光控方式，降低灯具的电能消耗，做到人来灯开、人走灯闭，提高节电效果；厂区内的道路采用光控方式，白天吸收太阳能，将太阳能转换为电能，天黑时自动开启照明，天亮关闭照明，实现道路照明的自动化控制，避免电能浪费。
2.5.3 对光源进行合理选择
       随着城市污水处理厂规模的不断扩大，大型车间数量也随之增多。在大型车间中，需要采用充足的光源以满足生产条件。为了实现照明节能，污水处理厂应合理选择节能型的光源。大型厂房应采用大功率细管径荧光灯、高压钠灯或金属卤化物灯，这些光源的节能效果较高。在污水处理厂配电室、办公室、值班室等人员工作的地方，要尽量避免使用白炽灯，而是要选择紧凑型荧光灯、三基色细管径荧光灯或金属卤化物小功率灯等。
3 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台
3.1平台概述
       安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。
3.2平台组成
       AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。
3.3平台拓扑图




3.4平台子系统
3.4.1变电站综合自动化系统及电力监控
       对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。
       监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。



3.4.2电能质量监测与治理


水务*量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。


3.4.3电动机管理
       马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,**正常生产。



3.4.4能耗管理
       为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。
       将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。
       能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。
       能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。



3.5.4智能照明控制

       系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能的目的。



3.4.6电气安全
（1）电气火灾监测
监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。
（2）消防应急照明和疏散指示
根据预先设置的应预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。
（3）消防设备电源监测
监测消防设备的工作电源是否正常，**在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。



3.4.7 环境监测
       污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，**污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。



3.4.8分布式光伏监测
       实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。
       平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋的装机容量。



3.4.9工艺监控

       平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,**正常生产。



3.5相关平台部署硬件选型清单
3.5.1电力监控、电能质量、电动机管理及配电室环境监控系统





3.5.2电气火灾监控系统



3.5.3消防设备电源监控系统



3.5.4防火门监控系统



4结束语
       污水处理厂的电气节能措施具有一定的复杂性，相关的工作人员对污水处理厂进行节能处理的时候应该把握好其供配电系统，同时对电气线路、电气设备、控制系统以及照明系统的节能措施进行掌控，只有这样才能从根本上解决污水处理厂电能损耗的情况，让污水处理厂在运行的过程中更加的顺利，并且使污水处理厂的运行具有足够的经济性。
参考文献
[1]王巍威.污水处理厂电气节能措施探讨
[2] 牛鑫 . 浅谈污水处理厂电气节能措施 [J]. 技术与应用，2014（11）：121-122.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版


安科瑞电气股份有限公司专注于10KV馈线保护装置,电流互感器,温湿度控制器,有源电力滤波器,混合动态滤波补偿装置,有源滤波器厂家,低压馈线保护器等, 欢迎致电 18702111791

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