簡婷
韦德1946网址 上海嘉定 201800
摘要：隨著汙水處理量的增加和處理標準的提升，我國汙水處理設施的噸水電耗和總電耗逐年上升。通過汙水處理廠調研，本文係統研究了各功能單元的能耗分布特征和主要設備的電耗水平。因此，有必要從設備合理選型和優化運行、錯峰用電的角度，分析了汙水廠節能降耗和降低運行成本的途徑。
關(guan) 鍵詞：汙水處理程；地下水廠；能耗分析
1引言
近十幾年來，我國的城鎮汙水處理事業(ye) 得到了快速發展，城鎮汙水排放量不斷增加，處理要求也日趨嚴(yan) 格。《“十四五”城鎮汙水處理及資源化利用發展規劃》指出，2021—2025 年有效緩解我國城鎮汙水收集處理設施發展不平衡不充分的矛盾，係統推動補短板強弱項，提升汙水收集處理效能，加快推進汙水資源化利用，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(chan) 能力不少於(yu) 1500 萬(wan) 立方米/日。大量汙水處理廠的建設，降低了汙染物的排放，改善了水環境，同時汙水處理是高能耗產(chan) 業(ye) ,這給能源消耗增加了壓力，因此需要建立一套基於(yu) 物聯網技術的能效管理平台進行能源管理達到節能降耗的目的。
2 汙水處理廠能耗特征研究
2.1 汙水處理廠基本信息
為研究我國典型城鎮汙水處理廠的能耗水平及 主要電耗分布情況，筆者對我國不同地區的具有代表 性的汙水處理廠開展實地調研。其間挑選 7 座連續穩 定運行兩年以上（運行不間斷）、負荷率不低於 80% 的汙水廠，並進行分區用電量監測，汙水廠基本情況如表 1 所示。
2.2 汙水廠處理單元能耗特征分析
所選 7 座汙水廠均執行《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB 18918—2002）一級 A 出水標準， 根據工藝流程，可以劃分為一級處理、二級處理、深 度處理、汙泥處理、再生水 5 個功能分區，分別安裝 電量統計裝置，進行為期 1 年的電耗記錄。 汙水廠噸水電耗和各功能分區電耗占比如圖 2 所示。由圖可知，所選汙水廠 2017 年的噸水電耗 平均值保持在 0.2 ～ 0.45 kW·h/m3 。從五座處理工 藝為 A2O 的汙水廠數據來看，噸水電耗與處理規模 相關性明顯，處理規模 5 萬 m3 /d 的 E 廠噸水電耗為 0.43 kW·h/m3 ，大於 10 萬 m3 /d 的汙水廠噸水電耗低於 0.3 kW·h/m3 ，處理規模越大，電耗相對越低。各汙水 廠二級處理段的能耗較大，占總電耗的 50% ～ 65%， 其次為一級處理和深度處理段，平均占比分別為 19% 和 16%，部分廠再生水用電占比超過 5%
圖 2 汙水廠電耗及分布情況
本次選擇具有代表性的 A 廠全流程主要設備的用電情況進行為(wei) 期1年的計量統計，係統分析各設備的耗電量。一級處理段主要耗電設備為(wei) 進水提升泵，二級處理主要為(wei) 風機、推進器和回流泵，深度處理段為(wei) 二次提升泵，汙泥處理段為(wei) 汙泥脫水機，再生水段 為(wei) 提升泵。 對 A 廠各單元和設備電耗的統計結果表明，二級處理單元和汙水提升能耗較大，占整個(ge) 汙水處理廠總能能耗80%左右。一級處理電耗比例達到20%，其中進水提升泵電耗占該單元電耗的 85%；二級處理單元的能耗主要集中在鼓風機、攪拌器和內(nei) 外回流泵上，其中，鼓風機占該單元電耗的 59%，占全廠工藝總電耗的 43%。全廠較大的能耗處理單元為(wei) 生物處理段、進水泵房、二次提升泵房，節能降耗的重點設備為(wei) 風機和提升泵。
3.節能降耗途徑分析
3.1設備選型及優化
設計時為保證較大流量需求，我國大多數城鎮汙水處理廠（尤其是建設年代較早的汙水處理廠）普遍存在設備選型過大、配置單一、恒速運行等配置不合理問題。因此，提高設備配置水平，合理進行設備選型是汙水廠降低能耗的關鍵所在。
3.2 錯峰用電
為緩解我國城市用電高峰時段負荷過高、電網峰穀時段負荷差較大等電力供應緊張的情況，國家出台了相關政策，各省市根據不同時間段的用電負荷情況製定了不同的電價，如峰、平、穀三檔電價和尖、峰、平、穀四檔電價，收費標準依次降低。在對城鎮汙水處理廠進行調研時發現，部分汙水廠在保證出水穩定達標的前提下，通過合理控製，在電網負荷較低時加大運行負荷，用電高峰期減少設備運行數量或調低設備運行頻率，將電網用電高峰時段的部分負荷轉移到用電低穀時段，減少電網的峰穀負荷差。這樣可以降低汙水廠運行費用，同時實現社會資源的優化配置。下麵以 X 汙水廠為例進行分析，其峰平穀用電量及分布情況如圖 3 所示。
3 安科瑞電氣針對水廠用電推出能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台
3.1平台概述
安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平台的產品生態體係，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台通過在汙水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用於監測汙水廠能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，保護汙水廠運行安全可靠，提高汙水廠能效，為汙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台
3.2 平台組成
AcrelEMS智慧水務綜合能效管理係統由變電站綜合自動化係統、電力監控及能效管理係統組成，涵蓋了水務中壓變配電係統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控製、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平台、一個APP實時了解水務配電係統運行狀況，並且根據權限可以適用於水務後勤部門管理需要。
3.3 平台拓撲圖
3.3.1監控管理層
監控管理層設置在綜合能源管理中心，配置能源管理數據服務器和監控主機，通過水務綜合能效管理係統，完成對廠區配電係統、主要用能設備如電機、風機的遠程數據采集和實時監控，並對數據進行統計分析，以曲線、棒圖、餅圖、散列等方式呈現給用戶，方便值班人員時刻掌握各工段的運行參數和狀態，全廠需量、電能及其他重要統計數據，同時預留數據上傳上一級水務係統的通訊接口。
3.3.2網絡通信層
網絡通訊層從能源中心到用戶變電所、水泵站、工藝車間敷設光纜，配置網絡交換機和光電轉換機，構建星型以太雙網，提高網絡傳輸的可靠性通信方式，實現能源管理的主幹通信功能。在每個站配置數據采集箱和通訊管理機，采集能源中心，汙水泵站、曝氣生物處理、汙泥泵站的用電數據、開關狀態，采集各PLC控製盤監控的水泵、風機等設備運行參數和狀態，如風機水泵的啟停、運行時間以及水泵壓力、流量、風機氣壓以及曝氣係統的工作狀態以及水池水位等。
3.3.3現場設備層
現場設備層，由分散安裝在用戶站、汙水泵站、曝氣生物處理、汙泥泵站內的繼電保護、多功能電表、電動機保護器、溫度傳感器、火災探測器、水池水位計、壓力表、流量計、以及各PLC控製櫃等組成，完成配電回路的電參數監測、電機保護，水池水位、水泵流量、風機風量監測，實現水泵、風機的自動/手動運行控製。
3.4 平台功能
本平台包含了電力監控子係統，能耗分析子係統，智能照明子係統，電能質量監測和提升子係統，電氣火災監測子係統，消防電源監控子係統，防火門監控子係統，消防應急照明和疏散指示子係統 ，工藝監控，視頻監控等子係統，下麵介紹安科瑞能耗管理係統以及硬件選型。
圖2 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台主接線圖
3.4.1 能耗分析子係統
AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台通過搭建計量體係，采集汙水處理廠能源數據，顯示汙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，並且可細化到樓層、車間、產線、班組、工序，計算產品單耗、單位麵積能耗或萬元產值能耗，從而計算出能耗總量和單位能耗。
3.4.2能耗數據統計
采集工廠工藝用電、廠務用電等消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。
3.4.3提升主要用能設備能效
汙水處理廠中有著大量的電機、水泵，其中汙水提升泵和鼓風曝氣能耗占據了工藝能耗中的大多數，平台針對這些工藝設備進行監測分析，工藝之間橫向比較，尋找具有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並提供解決方案，找到較好的運行區域，顯著降低能源消耗
3.4.4優化能源結構
AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台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、餘電上網。在儲能環節，平台接入BMS和PCS數據，支持充放電配置策略，並對電池管理係統提供實時預警，根據其負荷特點，削峰填穀，充分使用新能源，降低汙水廠碳排放。
3.4.5典型硬件
4 小結
地下汙水廠的建設,本著安全可靠、經濟合理 、運行管理的原則，通過合理運用能源管理平台，利用先進的大數據、雲計算等互聯網技術，能夠提高汙水廠的供電可靠性，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，提高汙水處理廠的能耗管理水平。
參考文獻
[1] 範波，顏秀勤，夏瓊瓊.汙水處理廠節能降耗途徑分析。2020 年 1 月
[2] 安科瑞企業微電網設計應用手冊.2022.05版
作者簡介
簡婷，女，現任職於韦德1946网址，主要從智慧水務研究發展。
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