綜合能效管理平臺在污水處理廠中的應用

摘要：《“十四五”城鎮污水處理及資源化利用發展規劃》指出，2021—2025 年合理減緩我國城鎮污水收集處理設施發展不平衡不充分的矛盾，系統推動補短板強弱項，全方面提升污水收集處理效能，加速推進污水資源化利用，提高設施運行維護水平?！笆奈濉逼陂g，新建、改建和擴建再生水生產能力不少于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，改良了水環境，同時污水處理是高能耗產業,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能降耗的目的。

關鍵詞：污水廠、水環境、能源管理、節能降耗

    一、污水處理廠配電結構和處理工藝

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，較為常見的氧化溝、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，經過對城鎮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能降耗、優化運營方面起步晚，還存在很大的節能降耗空間,而電能的消耗大在污水提升泵、鼓風曝氣和污泥處理環節，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展,同時為了響應雙碳戰略，需要探索一種科學的能源管理措施來促使節能降耗的完成。

二、能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

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，著重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。

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控，對0.4kV配置多功能計量儀表，用于監測各回路的電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、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據，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域幫助其了解各工藝環節能源消耗量，并且可細化到樓層、車間、產線、班組、工序，計算產品單耗、單位面積能耗或萬元產值能耗，從而計算出能耗總量和單位能耗。

圖3 能源流向圖

2.3.數據集抄并實時計量

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，完成對企業的三級計量體系數據閱覽，減少了人工投入。同時各類保護、儀表主動定時上傳數據，保證了能源時效性，為其節能降耗，提供了基礎數據支撐。

2.4. 優化能源結構

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電站，為企業提供分布式電站運行監測和發電日/月/年/累計收益和減排分析，支持自發自用、余電上網。在儲能環節，平臺接入BMS和PCS數據，支持充放電配置策略，并對電池管理系統提供實時預警，根據其負荷特點，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了工藝能耗中的大多數，平臺針對這些工藝設備進行監測分析，工藝之間橫向比較，尋找較具調控潛力的用電設備、工藝單元，幫助用戶發現其能效提升空間并提供解決方案，找到較佳的運行區域，顯著降低能源消耗。

圖6 管網圖和能效監測

2.6. 報警及時推送

平臺提供能源報警功能，一旦發現跑冒滴漏，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，及時發現或消滅設備隱患，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

三、結語 

隨著污水處理廠的不斷擴建，運行費用的持續上升，能源消耗不斷增加，通過合理運用能源管理平臺，利用先進的大數據、云計算等互聯網技術，能夠提高污水廠的供電可靠性，找到節能降耗的實際方案，深入能耗分析，發掘節能潛力，為管理者提供準確化的管理手段，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能降耗途徑探討[J].城市建設理論研究(電子版).2018年06期