一、污水厂配电结构和处理工艺
1.1.配电结构
污水厂设备要求供电可靠性,一般不允许停电,中断供电将造成重大的经济损失,因污水厂供电负荷等级为二级,应采用两路电源供电,同时为保证电源可靠性,备用一台柴油发电机,至少满足厂内应急通风换气、消防、应急照明等用电。
1.2. 污水处理工艺
国内的污水处理工艺大概有30种,常见的氧化沟、A/A/O、A/O、SBR,处理流程包括粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、精细格栅、AAO生物池、MBR膜池及膜设备间紫外线消毒渠、回用水池及回用水泵房、鼓风机房、储泥池及污泥脱水车间等,复杂的处理工艺提升了运维和管理的难度。
1.3. 能耗分布
污水处理厂的能耗成本主要为电能、药物、燃料,其中电能消耗占有60~90%,我国污水二级处理电能消耗为0.19~0.36 kWh/m³,经过对城镇污水处理厂能耗状况及其影响因素进行分析,结果表明目前我国城市污水处理厂平均能耗为0.29kWh/m³,而美国污水处理厂平均能耗为0.2kWh/m³,日本为0.204~0.254kWh/m³。总体上看,我国在污水处理中的节能降耗、优化运营方面起步晚,还存在很大的节能降耗空间,而电能的消耗污水提升泵、鼓风曝气和污泥处理环节,较高的能耗水平在一定程度上影响了污水处理的建设和发展,同时为了响应双碳战略,需要探索一种科学的能源管理措施来促进节能降耗的完成。
二、能效管理解决方案--AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台
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,重点监测主要用能设备能效,保护污水厂运行安全可靠,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。
图1 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台
2.1.保障供电可靠性
对污水厂配电系统中35kV、10kV电压等级配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控,对0.4kV配置多功能计量仪表,用于监测各回路的电气参数和用能情况,可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS,包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。
污水厂存在大量的非线性负载,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进一步提高供电可靠性。
图2 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台主接线图
2.2.建立能源计量体系
AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过搭建计量体系,采集污水处理厂能源数据,显示污水处理厂的能源流向和能源损耗,通过能源流向图帮助其分析能源消耗去向,找出能源消耗异常区域帮助其了解各工艺环节能源消耗量,并且可细化到楼层、车间、产线、班组、工序,计算产品单耗、单位面积能耗或万元产值能耗,从而计算出能耗总量和单位能耗。
图3 能源流向图
2.3.数据集抄并实时计量
AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台提供自定义时间抄表功能,可以在任意时间,任意地点,完成对企业的三级计量体系数据阅览,减少了人工投入。同时各类保护、仪表主动定时上传数据,保证了能源时效性,为其节能降耗,提供了基础数据支撑。
图4 数据集抄报表
2.4. 优化能源结构
AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台支持接入分布式光伏电站以及风力发电站,为企业提供分布式电站运行监测和发电日/月/年/累计收益和减排分析,支持自发自用、余电上网。在储能环节,平台接入BMS和PCS数据,支持充放电配置策略,并对电池管理系统提供实时预警,根据其负荷特点,削峰填谷,充分使用新能源,降低污水厂碳排放。
图5 分布式光伏电站监测运维
2.5. 提升主要用能设备能效
污水处理厂中有着大量的电机、水泵,其中污水提升泵和鼓风曝气能耗占据了工艺能耗中的大多数,平台针对这些工艺设备进行监测分析,工艺之间横向比较,寻找调控潜力的用电设备、工艺单元,帮助用户发现其能效提升空间并提供解决方案,找到运行区域,显著降低能源消耗。
图6 管网图和能效监测
2.6. 报警及时推送
平台提供能源报警功能,一旦发现跑冒滴漏,能源消耗异常,电参量异常等情况,能提供多种方式的报警,包括但不限于邮件、短信、钉钉推送等。
图7 报警记录与管理
2.7. 加强运维管理
加强巡视维护工作,及时发现或消除设备隐患,提高供电可靠性。配置重要设备包括变压器、电气柜、高压电缆、空调主机、水泵、鼓风机等设备信息,配置二维码,快速在移动端获取设备信息、设备维修历史记录以及解决问题的常用办法。
图8 设备运维档案
2.8. 典型硬件
三、结语
随着污水处理厂的不断扩建,运行费用的持续上升,能源消耗不断增加,通过合理运用能源管理平台,利用先进的大数据、云计算等互联网技术,能够提高污水厂的供电可靠性,找到节能降耗的实际方案,深入能耗分析,发掘节能潜力,为管理者提供准确化的管理手段,提高污水处理厂的能耗管理水平。
参考文献
[1] 卢嘉锡.城市污水处理厂的能耗分析及节能降耗措施[J].低碳世界.2018年08期
[2] 马培.对城市污水处理厂能耗分析与节能降耗途径探讨[J].城市建设理论研究(电子版).2018年06期