張心志
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：基于降低城市污水廠電氣能耗的目的，針對污水廠電氣節(jié)能問題,，做了簡單的論述,，提出了減少能源消耗的策略,，共享給相關(guān)人員參考。從電氣設(shè)計(jì)到電氣運(yùn)行管理等全過程,，通過優(yōu)選設(shè)備和采取相應(yīng)的措施,，實(shí)現(xiàn)對能源消耗的有效控制,，能夠達(dá)到節(jié)能的效果?，F(xiàn)結(jié)合具體研究,，作如下論述。
關(guān)鍵詞：城市,；污水廠；電氣能耗
0引言
??隨著污水產(chǎn)生量的不斷增加以及環(huán)保要求不斷提高,，使得污水處理廠不斷增加,。從污水處理廠實(shí)際運(yùn)行來說，實(shí)現(xiàn)對污水處理的同時(shí),，也需要消耗很多能源,。按照介質(zhì)劃分，能耗主要包括燃料和電能以及藥劑等,。其中,，電能的消耗占據(jù)總能源消耗的60%~90%，因此做好此部分的節(jié)能,，有著重要的意義,。
１課題研究的意義
??目前來說，城市污水和廢水產(chǎn)生量不斷增加,，為了能夠滿足污水處理工作的基本需求,，各地區(qū)積極開展污水廠的建設(shè)，力求通過污水處理保護(hù)水環(huán)境,，控制水污染問題,。從污水處理廠的運(yùn)行情況來說，存在著能源消耗大的問題,，電氣節(jié)能技術(shù)水平不高,，廠子的經(jīng)濟(jì)效益不高，進(jìn)而影響著污水處理工作的開展效果,?；诖耍疃确治龃苏n題,，提出有效的電氣節(jié)能技術(shù)措施,，有著重要的意義,。
2降低城市污水廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
2.1照明系統(tǒng)
??污水廠綜合用房以及進(jìn)出水在線監(jiān)測用房，使用的照明設(shè)備選擇節(jié)能型熒光燈,。例如,，選擇三基色細(xì)管徑直管熒光燈，作為照明光源,，同時(shí)配備節(jié)能電子鎮(zhèn)流器,，能夠獲得不錯(cuò)的節(jié)能效果。對于室外照明,，池頂部分的照明使用金屬柱燈以及高壓鈉燈,，可以達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。室外的道路照明,，使用庭院燈＋高壓鈉燈方案,，可以獲得不錯(cuò)的節(jié)能效果。
2.2電氣系統(tǒng)
??通過計(jì)算負(fù)荷,，來選擇變壓器裝置,。按照標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際需求，選擇的變壓器負(fù)荷率要處于60%~70%范圍內(nèi),，實(shí)現(xiàn)對變壓器運(yùn)行損耗的有效控制,。同時(shí)要綜合經(jīng)濟(jì)性和損耗等因素選擇。選擇桿上油浸變壓器,，負(fù)責(zé)為建筑物單體用電設(shè)備以及污水處理工藝設(shè)備供電,。結(jié)合實(shí)際情況，可以選擇柴油發(fā)電機(jī)組供電,，保證廠區(qū)二級(jí)負(fù)荷,。在桿上變壓器裝置上設(shè)置計(jì)量柜，并且在桿上變壓器配電箱內(nèi)布置補(bǔ)償裝置,，經(jīng)過補(bǔ)償后低壓側(cè)的功率因數(shù)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),。
2.3電氣線路節(jié)能
??從電氣能源消耗問題的控制角度來說，線路損耗為問題,，要采取有效的解決措施,，實(shí)現(xiàn)對能源消耗的有效控制。通過進(jìn)行分析明確,，負(fù)荷三相不平衡會(huì)造成線路運(yùn)行產(chǎn)生大損耗,，因此要做好優(yōu)化。具體布置時(shí),，要遵循三相負(fù)荷平衡原理,，開展電氣線路的布置，達(dá)到平衡的狀態(tài),，減少因?yàn)樨?fù)荷造成的能源消耗,。除此之外,，根據(jù)工藝運(yùn)行的電力負(fù)荷和電量使用，做好輸電導(dǎo)線型號(hào)選擇和橫截面面積計(jì)算的把控,，確保運(yùn)行的合理性和安全性,。
3降低城市污水廠電氣能耗的策略總結(jié)
3.1做好供配電系統(tǒng)的節(jié)能
??此部分的能源消耗控制，多采取以下方法：（1）無功補(bǔ)償,。結(jié)合工藝運(yùn)行情況,，選擇集中補(bǔ)償或者分散補(bǔ)償。以分散補(bǔ)償為例,，通過在用電設(shè)備中配置相應(yīng)的電容器,，通過增加低壓線路電網(wǎng)運(yùn)行的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)對線路損失的控制,，不過很難實(shí)現(xiàn)對變壓器銅損的控制,。而集中補(bǔ)償可降低銅損，通過在負(fù)荷中心設(shè)置低壓配電房的方式,，實(shí)現(xiàn)集中補(bǔ)償,。（2）降低線路損耗。推廣使用銅芯電纜的方法,，控制線路整體的長度和截面大小，實(shí)現(xiàn)對線路損耗的有效控制,，達(dá)到成本節(jié)約的目的,。（3）電機(jī)節(jié)能。通過優(yōu)選電機(jī)設(shè)備的方式,，比如水泵裝置,，推廣運(yùn)用PLC變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對此部分的能源消耗控制,。
3.2優(yōu)化污水處理工藝
??目前來說,，污水處理工作的要求不斷提高，很多廠子為了達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn),，需要購進(jìn)新的設(shè)備,，引入新的污水處理工藝，實(shí)現(xiàn)污水處理能力水平的提高,，與此同時(shí)降低整體能源消耗,。基于污水處理工藝的運(yùn)用流程,，積極推廣變頻調(diào)速技術(shù)手段,，開展電氣技術(shù)改造工作，借助此技術(shù)手段,，增加處理污水量,，減少電氣能源消耗,，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約，同時(shí)可以減少電費(fèi)支出,，促使處理廠的經(jīng)濟(jì)效益得以增加,。
3.3優(yōu)選節(jié)能設(shè)備
??從電能消耗產(chǎn)生的原因來說，各類設(shè)備運(yùn)行為主要因素,，比如使用的風(fēng)機(jī)和水泵等,，能夠有效控制電能的使用。例如,，風(fēng)機(jī)和水泵等實(shí)際運(yùn)行時(shí),，常常處于滿載狀態(tài)運(yùn)行，設(shè)備實(shí)際負(fù)載顯著低于設(shè)計(jì)值,，使得污水處理工藝運(yùn)行能源消耗比較高,，能源的利用率很低，使得電能被浪費(fèi),?；诖耍獌?yōu)選節(jié)能設(shè)備,，推廣應(yīng)用變頻節(jié)能設(shè)備,，通過提高設(shè)備運(yùn)行效率的手段，同時(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)模糊控制理論,，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷情況的有效監(jiān)控,，依據(jù)負(fù)荷變化情況，進(jìn)行智能化水泵與風(fēng)機(jī)等運(yùn)行的調(diào)節(jié),，降低能源消耗,，增強(qiáng)工藝運(yùn)行的節(jié)能效果。
3.4照明節(jié)能
??污水廠運(yùn)行中,，照明能源消耗量較大,，為降低能源消耗的環(huán)節(jié)。具體實(shí)踐中,，采取有效的照明節(jié)能措施,，能夠達(dá)到不錯(cuò)的節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)對成本的有效控制,，增加運(yùn)營效益,。首先，優(yōu)選光源,。從建設(shè)的角度入手,，通過合理構(gòu)建廠區(qū)環(huán)境的方式，保證光源充足,，確保能夠達(dá)到照明節(jié)能的目的,。推廣使用節(jié)能效果較好的光源,，比如細(xì)管徑熒光燈和高壓鈉燈等。其次,，推廣使用節(jié)能型光源附件,，比如電子鎮(zhèn)流器以及低能耗鎮(zhèn)流器等，實(shí)現(xiàn)對線損的控制,，增強(qiáng)供電的效果,。最后，優(yōu)化照明控制系統(tǒng),。以保證照明需求為前提,，推廣運(yùn)用聲光控的方式，減少燈具使用的電能消耗,，增強(qiáng)節(jié)電效果,。
4 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)
4.1平臺(tái)概述
??安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)體系,，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過在污水廠源,、網(wǎng)、荷,、儲(chǔ),、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、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(qiáng)度,，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)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(xué)、精細(xì)的解決方案,。
4.2平臺(tái)組成
??AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng),、電氣安全,、應(yīng)急電源、能源管理,、照明控制,、設(shè)備運(yùn)維等，貫穿水務(wù)能源流的始終,，幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺(tái),、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況,，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。
4.3平臺(tái)拓?fù)鋱D
4.4平臺(tái)子系統(tǒng)
4.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控
??對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV,、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù),，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信,、遙控,、遙調(diào)等功能，對異常情況及時(shí)預(yù)警,。
監(jiān)測變壓器,、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流,、電壓,、有功/無功功率、功率因數(shù),、負(fù)荷率,、溫度、三相平衡,、異常報(bào)警等數(shù)據(jù),。
4.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
??水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波,，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變,、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量,。
4.4.3電動(dòng)機(jī)管理
??馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測,、遙信,、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對過載,、短路,、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù),、監(jiān)測和報(bào)警,。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間,、故障地點(diǎn),、及相關(guān)信息，對電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC,、軟啟,、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制,，監(jiān)視,、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。
4.4.4能耗管理
??為水務(wù)搭建計(jì)量體系,，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗,，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域,。
將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個(gè)看板中,，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對比,，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗,，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況,。
能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠,、自來水廠、水泵站等的用電,、用水,、燃?xì)狻⒗錈崃肯牧?，同環(huán)比對比分析,，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢,。
能效分析按三級(jí)計(jì)量架構(gòu),，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求,，可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析,，同比、環(huán)比,、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù),，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖,，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際*進(jìn)指標(biāo)對標(biāo),，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝,，從而降低能耗。
4.4.5智能照明控制
??系統(tǒng)為污水廠、自來水廠,、水泵站等提供了照明控制管理方案,，支持單控、區(qū)域控制,、自動(dòng)控制,、感應(yīng)控制、定時(shí)控制,、場景控制,、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能,，盡量利用自然光照,，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全,、節(jié)能的目的,。
4.4.6電氣安全
（1）電氣火災(zāi)監(jiān)測
??監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對污水廠,、自來水廠,、水泵站的電氣安全預(yù)警。
（2）消防應(yīng)急照明和疏散指示
??根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動(dòng)疏散方案引導(dǎo)人員疏散,。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。
（3）消防設(shè)備電源監(jiān)測
??監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常,，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備可以正常投入使用,。
（4）防火門監(jiān)控系統(tǒng)
??防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動(dòng)閉門器,、電磁釋放器的工作狀態(tài),，實(shí)時(shí)監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài),，顯示終端設(shè)備開路,、短路等故障信號(hào)。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來,，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路,、斷路等故障時(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報(bào)警信號(hào),，能指示報(bào)警部位并保存報(bào)警信息,，保障了電氣安全的可靠性。
4.4.7 環(huán)境監(jiān)測
??污水廠,、自來水廠,、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水,、視頻,、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠,、自來水廠,、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng),，排除隱患,，保持良好的水處理環(huán)境。
4.4.8分布式光伏監(jiān)測
??實(shí)時(shí)監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流,、電壓,、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運(yùn)行監(jiān)視,，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓,、直流電流、直流功率,，逆變器交流電壓,、交流電流、頻率,、功率因數(shù),、當(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測,，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù),。
平臺(tái)結(jié)合廠區(qū)實(shí)際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂,、車棚的分布情況,，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置,，各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量,。
4.4.9工藝仿真監(jiān)控
??平臺(tái)通過2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵,、污水提升,、細(xì)格柵、曝氣沉砂,、改良生化處理,、二沉、加氯接觸消毒,、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī),、污水提升泵,、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī),、加藥泵,、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵,、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù),，進(jìn)行短路、過流,、過載,、起動(dòng)超時(shí)、斷相,、不平衡,、低功率、接地/漏電,、te保護(hù),、堵轉(zhuǎn)、逆序,、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī),，與PLC、軟啟,、變頻器等配合,，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視,、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn),。
4.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單
4.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量,、電動(dòng)機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
5結(jié)論
??綜上所述,，降低城市污水廠電氣能耗，對增強(qiáng)電廠的運(yùn)行效益,，有著重要的意義,。文中結(jié)合實(shí)例，分析了如何降低城市污水廠電氣能耗,，總結(jié)了電氣節(jié)能措施,，具體如下：優(yōu)化污水處理工藝、優(yōu)選節(jié)能設(shè)備等,。通過采取系列節(jié)能措施,，減少能源消耗,，提高能源利用率，增加污水廠的效益,，發(fā)揮污水廠的價(jià)值和作用,。
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作者簡介
張心志,，男,，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務(wù)研究發(fā)展,。
