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探讨降低城市污水厂电气能耗的对策研究

发布时间:2022-11-15浏览:47次

简婷

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要:基于降低城市污水厂电气能耗的目的,针对污水厂电气节能问题,做了简单的论述,提出了减少能源消耗的策略,共享给相关人员参考。从电气设计到电气运行管理等全过程,通过优选设备和采取相应的措施,实现对能源消耗的有效控制,能够达到节能的效果。现结合具体研究,作如下论述。

关键词:城市;污水厂;电气能耗

 

0 引言

  随着污水产生量的不断增加以及环保要求不断提高,使得污水处理厂不断增加。从污水处理厂实际运行来说,实现对污水处理的同时,也需要消耗很多能源。按照介质划分,能耗主要包括燃料和电能以及药剂等。其中,电能的消耗占据总能源消耗的60%~90%,因此做好此部分的节能,有着重要的意义。


1课题研究的意义

  目前来说,城市污水和废水产生量不断增加,为了能够满足污水处理工作的基本需求,各地区积极开展污水厂的建设,力求通过污水处理保护水环境,控制水污染问题。从污水处理厂的运行情况来说,存在着能源消耗大的问题,电气节能技术水平不高,厂子的经济效益不高,进而影响着污水处理工作的开展效果。基于此,深度分析此课题,提出有效的电气节能技术措施,有着重要的意义。

 

2 降低城市污水厂电气节能设计要点分析

2.1照明系统

  污水厂综合用房以及进出水在线监测用房,使用的照明设备选择节能型荧光灯。例如,选择三基色细管径直管荧光灯,作为照明光源,同时配备节能电子镇流器,能够获得不错的节能效果。对于室外照明,池顶部分的照明使用金属柱灯以及高压钠灯,可以达到节能降耗的目标。室外的道路照明,使用庭院灯+高压钠灯方案,可以获得不错的节能效果。

2.2电气系统

  通过计算负荷,来选择变压器装置。按照标准和实际需求,选择的变压器负荷率要处于60%~70%范围内,实现对变压器运行损耗的有效控制。同时要综合经济性和损耗等因素选择。选择杆上油浸变压器,负责为建筑物单体用电设备以及污水处理工艺设备供电。结合实际情况,可以选择柴油发电机组供电,保证厂区二级负荷。在杆上变压器装置上设置计量柜,并且在杆上变压器配电箱内布置补偿装置,经过补偿后低压侧的功率因数能够达到标准。

2.3电气线路节能

  从电气能源消耗问题的控制角度来说,线路损耗为问题,要采取有效的解决措施,实现对能源消耗的有效控制。通过进行分析明确,负荷三相不平衡会造成线路运行产生大损耗,因此要做好优化。具体布置时,要遵循三相负荷平衡原理,开展电气线路的布置,达到平衡的状态,减少因为负荷造成的能源消耗。除此之外,根据工艺运行的电力负荷和电量使用,做好输电导线型号选择和横截面面积计算的把控,确保运行的合理性和安全性。

 

3 降低城市污水厂电气能耗的策略总结

3.1做好供配电系统的节能

  此部分的能源消耗控制,多采取以下方法:(1)无功补偿。结合工艺运行情况,选择集中补偿或者分散补偿。以分散补偿为例,通过在用电设备中配置相应的电容器,通过增加低压线路电网运行的功率因数,实现对线路损失的控制,不过很难实现对变压器铜损的控制。而集中补偿可降低铜损,通过在负荷中心设置低压配电房的方式,实现集中补偿。(2)降低线路损耗。推广使用铜芯电缆的方法,控制线路整体的长度和截面大小,实现对线路损耗的有效控制,达到成本节约的目的。(3)电机节能。通过优选电机设备的方式,比如水泵装置,推广运用PLC变频控制技术,实现对此部分的能源消耗控制。

3.2优化污水处理工艺

  目前来说,污水处理工作的要求不断提高,很多厂子为了达到处理标准,需要购进新的设备,引入新的污水处理工艺,实现污水处理能力水平的提高,与此同时降低整体能源消耗。基于污水处理工艺的运用流程,积极推广变频调速技术手段,开展电气技术改造工作,借助此技术手段,增加处理污水量,减少电气能源消耗,实现能源节约,同时可以减少电费支出,促使处理厂的经济效益得以增加。

3.3优选节能设备

  从电能消耗产生的原因来说,各类设备运行为主要因素,比如使用的风机和水泵等,能够有效控制电能的使用。例如,风机和水泵等实际运行时,常常处于满载状态运行,设备实际负载显著低于设计值,使得污水处理工艺运行能源消耗比较高,能源的利用率很低,使得电能被浪费。基于此,要优选节能设备,推广应用变频节能设备,通过提高设备运行效率的手段,同时运用计算机模糊控制理论,实现对设备运行负荷情况的有效监控,依据负荷变化情况,进行智能化水泵与风机等运行的调节,降低能源消耗,增强工艺运行的节能效果。

3.4照明节能

  污水厂运行中,照明能源消耗量较大,为降低能源消耗的环节。具体实践中,采取有效的照明节能措施,能够达到不错的节能效果,实现对成本的有效控制,增加运营效益。首先,优选光源。从建设的角度入手,通过合理构建厂区环境的方式,保证光源充足,确保能够达到照明节能的目的。推广使用节能效果较好的光源,比如细管径荧光灯和高压钠灯等。其次,推广使用节能型光源附件,比如电子镇流器以及低能耗镇流器等,实现对线损的控制,增强供电的效果。最后,优化照明控制系统。以保证照明需求为前提,推广运用声光控的方式,减少灯具使用的电能消耗,增强节电效果。

 

4 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

4.1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。

4.2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,帮助运维管理人员通过一套平台、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。

4.3平台拓扑图

 

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4.4平台子系统

4.4.1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。

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4.4.2电能质量监测与治理

  水务中大量的大功率电机、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。

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4.4.3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,保障正常生产。

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4.4.4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,帮助领导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。

 

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4.4.5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。

 

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4.4.6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

  根据预先设置的应急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,保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

 

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(4)防火门监控系统

  防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态,实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态,显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来,当终端设备发生短路、断路等故障时,防火门监控器能发出报警信号,能指示报警部位并保存报警信息,保障了电气安全的可靠性。

4.4.7 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,保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超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。

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4.4.8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顶、车棚的分布情况,显示汇流箱、并网点位置,各个屋顶的装机容量。

 

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4.4.9工艺仿真监控

  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、加氯接触消毒、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、起动超时、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,保障正常生产。

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 5 结论

  综上所述,降低城市污水厂电气能耗,对增强电厂的运行效益,有着重要的意义。文中结合实例,分析了如何降低城市污水厂电气能耗,总结了电气节能措施,具体如下:优化污水处理工艺、优选节能设备等。通过采取系列节能措施,减少能源消耗,提高能源利用率,增加污水厂的效益,发挥污水厂的价值和作用。

参考文献

  [1]石勇.降低城市污水厂电气能耗的对策研究

  [2] 武云鹏.污水处理厂的电气设计与节能研究[J].产业创新研究,2019(06):127-128.

  [3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

作者简介

简婷,女,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要从智慧水务研究发展。

 

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