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摘要：《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》指出，2021—2025 年有效緩解我國城鎮(zhèn)污水收集處理設施發(fā)展不平衡不充分的矛盾，系統(tǒng)推動補短板強弱項，全面提升污水收集處理效能，加快推進污水資源化利用，提高設施運行維護水平。“十四五”期間，新建、改建和擴建再生水生產(chǎn)能力不少于1500 萬立方米/日。大量污水處理廠的建設，降低了污染物的排放，改善了水環(huán)境，同時污水處理是高能耗產(chǎn)業(yè),這給能源消耗增加了壓力，因此需要建立一套合理的能效管理平臺進行能源管理達到節(jié)能降耗的目的。
關鍵詞：污水廠、水環(huán)境、能源管理、節(jié)能降耗
1.1. 配電結構
污水廠設備要求供電可靠性，一般不允許停電，中斷供電將造成重大的經(jīng)濟損失，因污水廠供電負荷等級為二級，應采用兩路電源供電，同時為保證電源可靠性，備用一臺柴油發(fā)電機，至少滿足廠內應急通風換氣、消防、應急照明等用電。
1.2. 污水處理工藝
國內的污水處理工藝大概有30種，最為常見的氧化溝、A/A/O、A/O、SBR，處理流程包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、精細格柵、AAO生物池、MBR膜池及膜設備間紫外線消毒渠、回用水池及回用水泵房、鼓風機房、儲泥池及污泥脫水車間等，復雜的處理工藝提升了運維和管理的難度。
1.3. 能耗分布
污水處理廠的能耗成本主要為電能、藥物、燃料，其中電能消耗占有60~90%，我國污水二級處理電能消耗為0.19~0.36 kWh/m³，經(jīng)過對城鎮(zhèn)污水處理廠能耗狀況及其影響因素進行分析，結果表明目前我國城市污水處理廠平均能耗為0.29kWh/m³，而美國污水處理廠平均能耗為0.2kWh/m³，日本為0.204~0.254kWh/m³。總體上看,我國在污水處理中的節(jié)能降耗、優(yōu)化運營方面起步晚，還存在很大的節(jié)能降耗空間,而電能的消耗最大在污水提升泵、鼓風曝氣和污泥處理環(huán)節(jié)，較高的能耗水平在一定程度上影響了污水處理的建設和發(fā)展,同時為了響應雙碳戰(zhàn)略，需要探索一種科學的能源管理措施來促進節(jié)能降耗的完成。
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，重點監(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。
圖1 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺
2.1.保障供電可靠性
對污水廠配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV配置多功能計量儀表，用于監(jiān)測各回路的電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。
污水廠存在大量的非線性負載，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量，并配置對應的電能質量治理措施進一步提高供電可靠性。
圖2 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺主接線圖
2.2.建立能源計量體系
AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過搭建計量體系，采集污水處理廠能源數(shù)據(jù)，顯示污水處理廠的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助其分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域幫助其了解各工藝環(huán)節(jié)能源消耗量，并且可細化到樓層、車間、產(chǎn)線、班組、工序，計算產(chǎn)品單耗、單位面積能耗或萬元產(chǎn)值能耗，從而計算出能耗總量和單位能耗。
圖3 能源流向圖
2.3.數(shù)據(jù)集抄并實時計量
AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺提供自定義時間抄表功能，可以在任意時間，任意地點，完成對企業(yè)的三級計量體系數(shù)據(jù)閱覽，減少了人工投入。同時各類保護、儀表主動定時上傳數(shù)據(jù)，保證了能源時效性，為其節(jié)能降耗，提供了基礎數(shù)據(jù)支撐。
圖4 數(shù)據(jù)集抄報表
2.4. 優(yōu)化能源結構
AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺支持接入分布式光伏電站以及風力發(fā)電站，為企業(yè)提供分布式電站運行監(jiān)測和發(fā)電日/月/年/累計收益和減排分析，支持自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。在儲能環(huán)節(jié)，平臺接入BMS和PCS數(shù)據(jù)，支持充放電配置策略，并對電池管理系統(tǒng)提供實時預警，根據(jù)其負荷特點，削峰填谷，充分使用新能源，降低污水廠碳排放。
圖5 分布式光伏電站監(jiān)測運維
2.5. 提升主要用能設備能效
污水處理廠中有著大量的電機、水泵，其中污水提升泵和鼓風曝氣能耗占據(jù)了工藝能耗中的大多數(shù)，平臺針對這些工藝設備進行監(jiān)測分析，工藝之間橫向比較，尋找調控潛力的用電設備、工藝單元，幫助用戶發(fā)現(xiàn)其能效提升空間并提供解決方案，找到最佳的運行區(qū)域，顯著降低能源消耗。
圖6 管網(wǎng)圖和能效監(jiān)測
2.6. 報警及時推送
平臺提供能源報警功能，一旦發(fā)現(xiàn)跑冒滴漏，能源消耗異常，電參量異常等情況，能提供多種方式的報警，包括但不限于郵件、短信、釘釘推送等。
圖7 報警記錄與管理
2.7. 加強運維管理
加強巡視維護工作，及時發(fā)現(xiàn)或消除設備隱患，提高供電可靠性。配置重要設備包括變壓器、電氣柜、高壓電纜、空調主機、水泵、鼓風機等設備信息，配置二維碼，快速在移動端獲取設備信息、設備維修歷史記錄以及解決問題的常用辦法。
圖8 設備運維檔案
2.8. 典型硬件
| 序號 | 名稱 | 型號、規(guī)格 | 安裝位置 | 用途 |
| 1 | 電能質量監(jiān)測 | APview500 | 進線開關柜 | 監(jiān)測市電電能質量 |
| 2 | 35kV、10kV回路保護 | AM6 | 35、10kV開關柜 | 35、10kV回路保護、測控 |
| 3 | 智能操控裝置 | ASD500-Pn | 35、10kV開關柜 | 35、10kV回路操作、顯示和測溫 |
| 4 | 弧光保護 | ARB5 | 35、10kV回路母線室、斷路器室、電纜室
| 用于監(jiān)測關鍵電氣接點弧光監(jiān)測、保護 |
| 5 | 無線測溫傳感器 | ATE400、ATE200 | 35、10、0.4kV母排、斷路器、線纜接頭 | 用于監(jiān)測關鍵電氣接點溫度 |
| 6 | 有源濾波裝置 | AnSin□-M | 0.4kV母線側 | 濾除配電系統(tǒng)2~25次諧波畸變 |
| 7 | 無功補償裝置 | AZC智能電容 | 0.4kV母線側 | 提供無功補償 |
| 8 | 多功能儀表 | APM520/APM510 | 10kV、0.4kV回路 | 監(jiān)測電氣參數(shù)和開關狀態(tài)、故障報警 |
| 9 | 智能照明控制器 | ASL100 | 照明配電箱 | 照明單控、群控、定時/自動控制 |
| 10 | 電氣火災傳感器 | ARCM200 | 配電柜/配電箱 | 監(jiān)測漏電電流和線纜溫度 |
| 11 | 消防設備電源傳感器 | AFPM | 消防配電箱 | 監(jiān)測消防設備電壓、電流狀態(tài) |
| 12 | 應急照明和疏散指示系統(tǒng) | A-C-A100 | 消防疏散通道 | 提供消防應急照明并指引疏散人群快速疏散 |
| 13 | 限流式保護器 | ASCP200 | 照明插座回路 | 防止過載、短路產(chǎn)生火花 |
| 14 | 電動機保護器 | ARD3M | 電動機 | 保護電機安全穩(wěn)定運行 |
| 15 | 環(huán)境傳感器 | 溫濕度、浸水、有害氣體、煙霧等傳感器 | 配電室、工藝區(qū)域 | 監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，維護環(huán)境安全 |
| 16 | 智能網(wǎng)關 | ANet-2E4SM | 數(shù)據(jù)采集柜 | 采集設備數(shù)據(jù)，邏輯控制、上傳平臺 |
三、結語
隨著污水處理廠的不斷擴建，運行費用的持續(xù)上升，能源消耗不斷增加，通過合理運用能源管理平臺，利用先進的大數(shù)據(jù)、云計算等互聯(lián)網(wǎng)技術，能夠提高污水廠的供電可靠性，找到節(jié)能降耗的實際方案，深入能耗分析，發(fā)掘節(jié)能潛力，為管理者提供精準化的管理手段，提高污水處理廠的能耗管理水平。
參考文獻
[1] 盧嘉錫.城市污水處理廠的能耗分析及節(jié)能降耗措施[J].低碳世界.2018年08期
[2] 馬培.對城市污水處理廠能耗分析與節(jié)能降耗途徑探討[J].城市建設理論研究(電子版).2018年06期
作者介紹：
安躍強，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為為智能電網(wǎng)供配電。
