1 污水處理廠電氣設(shè)計(jì)節(jié)能減排技術(shù)內(nèi)涵

污水處理廠的電氣設(shè)計(jì)中，節(jié)能減排工作是從兩個技術(shù)領(lǐng)域加以闡釋的。一個是節(jié)能技術(shù)，一個是減排技術(shù)。二者有聯(lián)系，也有區(qū)別。節(jié)能減排相互之間是相輔相成的。要進(jìn)行減排，就要以節(jié)能技術(shù)作為鋪墊，要達(dá)到節(jié)能的目的，減排是必然要做的工作。如果只注重節(jié)能而忽略減排，則會導(dǎo)致能耗激增，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。只有對節(jié)能和減排技術(shù)都加以均衡發(fā)展，才能得到社會效益和環(huán)境效益的均衡發(fā)展。隨著國內(nèi)城鎮(zhèn)化的提高，城市生活污水處理廠的發(fā)展高速前行，因此污水處理廠的節(jié)能減排工作意義重大。

進(jìn)行污水處理節(jié)能和減排技術(shù)的設(shè)計(jì)，首要的是對電氣系統(tǒng)的節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃和布局。主要集中在變壓器的損耗、無功及諧波電流損耗、照明損耗、設(shè)置不當(dāng)帶來的空載損耗等問題上。

2 城市污水處理廠電氣節(jié)能的實(shí)現(xiàn)

2.1 電機(jī)節(jié)能

電機(jī)能耗是污水處理廠電能消耗的主要部分，常用的電機(jī)包括風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、水泵、污泥泵等，為了提高污水廠電氣節(jié)能效果，需要做好電機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)，采取有效的節(jié)能措施。電機(jī)能耗高低的影響因素主要包括電機(jī)自身性能、數(shù)量、容量、配置、控制方式、運(yùn)行管理等因素，可從這幾個方面入手采取節(jié)能措施：在購置電機(jī)時，應(yīng)優(yōu)選效率高、能耗低、運(yùn)行可靠的電機(jī)。污水處理廠要結(jié)合實(shí)際運(yùn)營情況，合理設(shè)計(jì)電機(jī)容量，確保電機(jī)輸出功率與機(jī)械負(fù)載功率相匹配，提高電機(jī)的負(fù)載率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電機(jī)自然功率因素的改善；在選擇水泵時，污水處理廠要根據(jù)用水量、季節(jié)變化、*大流量等條件進(jìn)行選擇，預(yù)留出一定額度；一般情況下，電機(jī)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時間不超過 10%，其余時間均處于低效運(yùn)行。由于電機(jī)處于高效運(yùn)行狀態(tài)下才能降低電能消耗，所以污水處理廠應(yīng)采用調(diào)控方式，對電機(jī)輸出負(fù)荷進(jìn)行合理設(shè)置，調(diào)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使電機(jī)長時間處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)，降低電能耗用量。

2.2 對污水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化

城市產(chǎn)生的污水量逐年遞增，這對污水處理廠的污水處理能力提出了更高的要求。污水處理廠需要采用先進(jìn)的設(shè)備和污水處理工藝，在提高污水處理能力的同時降低能耗，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)污水處理工藝的轉(zhuǎn)型升級。在污水處理廠建成初期，要及時清理污水處理系統(tǒng)中的漂浮物，減少廠區(qū)雨污排水系統(tǒng)中的柵渣量，便于在污水量突然增大的狀況下實(shí)現(xiàn)順利分流分壓，避免對潛水泵造成破壞，延長潛水泵的使用壽命；及時獲取電網(wǎng)運(yùn)行信息，利用電網(wǎng)峰谷平的具體情況以及計(jì)價規(guī)則，對污水處理廠中功率較大的設(shè)備運(yùn)行時間進(jìn)行調(diào)整，以降低用電成本；升級改造現(xiàn)有設(shè)備，保證全部污水能夠準(zhǔn)確入槽；將監(jiān)控設(shè)備安裝到車間，實(shí)時監(jiān)控污水處理的全過程，提高污水處理質(zhì)量；污水處理廠要采用變頻調(diào)速技術(shù)對現(xiàn)有電氣技術(shù)進(jìn)行改造升級，通過采用該技術(shù)能夠大幅度提高年處理污水量，降低電氣耗電量，節(jié)約能源消耗量約為25%，并且降低電費(fèi)支出，有利于提高污水處理廠的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 供配電系統(tǒng)節(jié)能

2.3.1 降低線損

電纜選用電導(dǎo)率小的材質(zhì)，盡量選用銅芯電纜，雖然成本投入較鋁芯電纜成本高，但是可在后期運(yùn)行中節(jié)省電費(fèi)支出；優(yōu)化電纜設(shè)計(jì)，縮短電纜長度，在水泵房和風(fēng)機(jī)房附近設(shè)置配電房，減小電纜用量；若電纜線路較長，則要加大一級電纜截面，并且保證電纜截面的熱穩(wěn)定性、載流量、電壓損失均符合設(shè)計(jì)要求，雖然這種做法會增加前期的建設(shè)投入，但是在后期運(yùn)行中可有效降低線路損耗，節(jié)約成本。

2.3.2 無功補(bǔ)償

分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償是無功補(bǔ)償?shù)膬煞N形式：分散補(bǔ)償只需在用電設(shè)備上并聯(lián)專用電容器即可，安裝簡單，可提高低壓線路電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低線路損失，但這種補(bǔ)償方式難以有效減少變壓器銅損；集中補(bǔ)償根據(jù)負(fù)荷情況將裝置集中安裝到低壓配電房，可降低變壓器銅損。由于污水處理廠在污水處理過程中的負(fù)荷較為集中，所以應(yīng)在負(fù)荷中心建設(shè)低壓配電房，采取集中補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

2.4 選用變頻節(jié)能設(shè)備

在污水處理廠運(yùn)行中需要使用數(shù)量較多的風(fēng)機(jī)、水泵，由于這類設(shè)備通常根據(jù)*大需量確定設(shè)備能力，所以導(dǎo)致設(shè)備在正常工作狀態(tài)下不會處于滿載運(yùn)行，實(shí)際負(fù)載明顯小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致污水處理中的能耗較高，能源利用效率偏低，造成電能的嚴(yán)重浪費(fèi)。此外，若電機(jī)長時間處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，未能得到有效調(diào)控，不僅會加快電機(jī)磨損，而且還會額外付出較高的維修費(fèi)用，縮短電機(jī)使用壽命。根據(jù)相關(guān)定律可知，流量與轉(zhuǎn)速成比例，功率與轉(zhuǎn)速的 3 次方成比例，所以應(yīng)在水泵中引入調(diào)速控制技術(shù)，根據(jù)流量的大小對功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高電機(jī)的節(jié)能效率。同時，也可采用智能化節(jié)電設(shè)備，借助于計(jì)算機(jī)模糊控制理論跟蹤控制設(shè)備的負(fù)荷狀態(tài)，根據(jù)負(fù)荷變化情況智能調(diào)節(jié)水泵的流量和風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，促使水泵和風(fēng)機(jī)隨著負(fù)荷變化作出變動，有效降低電能消耗量，提高節(jié)能效果。

2.5 照明節(jié)能

城市污水處理廠中的照明系統(tǒng)，在電氣能耗中所占的比例較大，為此，應(yīng)采取有效的措施降低照明系統(tǒng)能耗。

2.5.1 選用節(jié)能型光源附件

鎮(zhèn)流器是照明系統(tǒng)中的重要組成部分，其種類眾多、性能各異，在選擇氣體放電燈的鎮(zhèn)流器時，要盡量避免使用普通電感型鎮(zhèn)流器，而是要使用電子鎮(zhèn)流器、低能耗鎮(zhèn)流器，以達(dá)到降低線損、提高供電質(zhì)量的效果。在氣體放電燈中設(shè)置就地補(bǔ)償電容，提高燈具的功率因素，在同等照明亮度和時長的情況下降低線損。

2.5.2 優(yōu)化照明控制系統(tǒng)

污水處理廠的值班室、辦公室的燈具控制應(yīng)采用一對一的控制方式，而在大型車間中可根據(jù)生產(chǎn)情況采取區(qū)域型控制方式，在滿足照明需求的情況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能；在樓梯間、公共走道等場所采用聲光控方式，降低燈具的電能消耗，做到人來燈開、人走燈閉，提高節(jié)電效果；廠區(qū)內(nèi)的道路采用光控方式，白天吸收太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，天黑時自動開啟照明，天亮關(guān)閉照明，實(shí)現(xiàn)道路照明的自動化控制，避免電能浪費(fèi)。

2.5.3 對光源進(jìn)行合理選擇

隨著城市污水處理廠規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型車間數(shù)量也隨之增多。在大型車間中，需要采用充足的光源以滿足生產(chǎn)條件。為了實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能，污水處理廠應(yīng)合理選擇節(jié)能型的光源。大型廠房應(yīng)采用大功率細(xì)管徑熒光燈、高壓鈉燈或金屬鹵化物燈，這些光源的節(jié)能效果較高。在污水處理廠配電室、辦公室、值班室等人員工作的地方，要盡量避免使用白熾燈，而是要選擇緊湊型熒光燈、三基色細(xì)管徑熒光燈或金屬鹵化物小功率燈等。

3 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

3.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(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。

3.2平臺組成

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、一個APP實(shí)時了解水務(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。

3.3平臺拓?fù)鋱D

3.4平臺子系統(tǒng)

3.4.1變電站綜合自動化系統(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、異常報警等數(shù)據(jù)。

3.4.2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、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。

3.4.3電動機(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)測和報警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、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)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

3.4.4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)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實(shí)現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，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，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家指標(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。

3.4.5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、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實(shí)現(xiàn)自動控制功能，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。

3.4.6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、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時監(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。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，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

3.4.7 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)可自動啟動排風(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。

3.4.8分布式光伏監(jiān)測

實(shí)時監(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)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(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，各個屋頂?shù)难b機(jī)容量。

3.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實(shí)時監(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、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動超時、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)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。