摘要：《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》指出，2021—2025年合理減緩我國(guó)城鎮(zhèn)污水收集處理設(shè)施發(fā)展不平衡不充分的矛盾，系統(tǒng)推動(dòng)補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)，全方面提升污水收集處理效能，加速推進(jìn)污水資源化利用，提高設(shè)施運(yùn)行維護(hù)水平。“十四五”期間，新建、改建和擴(kuò)建再生水生產(chǎn)能力不少于1500萬(wàn)立方米/日。大量污水處理廠的建設(shè)，降低了污染物的排放，改良了水環(huán)境，同時(shí)污水處理是高能耗產(chǎn)業(yè),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(tái)進(jìn)行能源管理達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：污水廠、水環(huán)境、能源管理、節(jié)能降耗

01

污水廠配電結(jié)構(gòu)和處理工藝

配電結(jié)構(gòu)

污水廠設(shè)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(jīng)濟(jì)損失，因污水廠供電負(fù)荷等級(jí)為二級(jí)，應(yīng)采用兩路電源供電，同時(shí)為保證電源可靠性，備用一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，至少滿足廠內(nèi)應(yīng)急通風(fēng)換氣、消防、應(yīng)急照明等用電。

污水處理工藝

國(guó)內(nèi)的污水處理工藝大概有30種，較為常見(jiàn)的氧化溝、A/A/O、A/O、SBR，處理流程包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、精細(xì)格柵、AAO生物池、MBR膜池及膜設(shè)備間紫外線消毒渠、回用水池及回用水泵房、鼓風(fēng)機(jī)房、儲(chǔ)泥池及污泥脫水車間等，復(fù)雜的處理工藝提升了運(yùn)維和管理的難度。

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(guó)污水二級(jí)處理電能消耗為0.19~0.36 kWh/m3，經(jīng)過(guò)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠能耗狀況及其影響因素進(jìn)行分析，結(jié)果表明目前我國(guó)城市污水處理廠平均能耗為0.29kWh/m3，而美國(guó)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(guó)在污水處理中的節(jié)能降耗、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)方面起步晚，還存在很大的節(jié)能降耗空間，而電能的消耗大在污水提升泵、鼓風(fēng)曝氣和污泥處理環(huán)節(jié)，較高的能耗水平在一定程度上影響了污水處理的建設(shè)和發(fā)展，同時(shí)為了響應(yīng)雙碳戰(zhàn)略，需要探索一種科學(xué)的能源管理措施來(lái)促使節(jié)能降耗的完成。

02

能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)

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(guò)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(cè)、分析、治理裝置，用于監(jiān)測(cè)污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，著重監(jiān)測(cè)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。

圖1 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)

保障供電可靠性

對(duì)污水廠配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級(jí)配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于監(jiān)測(cè)各回路的電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。

污水廠存在大量的非線性負(fù)載，通過(guò)監(jiān)測(cè)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(duì)應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施進(jìn)一步提高供電可靠性。

圖2 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)主接線圖

建立能源計(jì)量體系

AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過(guò)搭建計(jì)量體系，采集污水處理廠能源數(shù)據(jù)，顯示污水處理廠的能源流向和能源損耗，通過(guò)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(qū)域幫助其了解各工藝環(huán)節(jié)能源消耗量，并且可細(xì)化到樓層、車間、產(chǎn)線、班組、工序，計(jì)算產(chǎn)品單耗、單位面積能耗或萬(wàn)元產(chǎn)值能耗，從而計(jì)算出能耗總量和單位能耗。

圖3 能源流向圖

數(shù)據(jù)集抄并實(shí)時(shí)計(jì)量

AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)提供自定義時(shí)間抄表功能，可以在任意時(shí)間，任意地點(diǎn)，完成對(duì)企業(yè)的三級(jí)計(jì)量體系數(shù)據(jù)閱覽，減少了人工投入。同時(shí)各類保護(hù)、儀表主動(dòng)定時(shí)上傳數(shù)據(jù)，保證了能源時(shí)效性，為其節(jié)能降耗，提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

圖4 數(shù)據(jù)集抄報(bào)表

優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)

AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)支持接入分布式光伏電站以及風(fēng)力發(fā)電站，為企業(yè)提供分布式電站運(yùn)行監(jiān)測(cè)和發(fā)電日/月/年/累計(jì)收益和減排分析，支持自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。在儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，平臺(tái)接入BMS和PCS數(shù)據(jù)，支持充放電配置策略，并對(duì)電池管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)預(yù)警，根據(jù)其負(fù)荷特點(diǎn)，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(jiān)測(cè)運(yùn)維

提升主要用能設(shè)備能效

污水處理廠中有著大量的電機(jī)、水泵，其中污水提升泵和鼓風(fēng)曝氣能耗占據(jù)了工藝能耗中的大多數(shù)，平臺(tái)針對(duì)這些工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，工藝之間橫向比較，尋找較具調(diào)控潛力的用電設(shè)備、工藝單元，幫助用戶發(fā)現(xiàn)其能效提升空間并提供解決方案，找到較佳的運(yùn)行區(qū)域，顯著降低能源消耗。

圖6 管網(wǎng)圖和能效監(jiān)測(cè)

報(bào)警及時(shí)推送

平臺(tái)提供能源報(bào)警功能，一旦發(fā)現(xiàn)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(bào)警，包括但不限于郵件、短信、釘釘推送等。

圖7 報(bào)警記錄與管理

加強(qiáng)運(yùn)維管理

加強(qiáng)巡視維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)或消滅設(shè)備隱患，提高供電可靠性。配置重要設(shè)備包括變壓器、電氣柜、高壓電纜、空調(diào)主機(jī)、水泵、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備信息，配置二維碼，快速在移動(dòng)端獲取設(shè)備信息、設(shè)備維修歷史記錄以及解決問(wèn)題的常用辦法。

圖8 設(shè)備運(yùn)維檔案

典型硬件

03

結(jié)語(yǔ)

隨著污水處理廠的不斷擴(kuò)建，運(yùn)行費(fèi)用的持續(xù)上升，能源消耗不斷增加，通過(guò)合理運(yùn)用能源管理平臺(tái)，利用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠提高污水廠的供電可靠性，找到節(jié)能降耗的實(shí)際方案，深入能耗分析，發(fā)掘節(jié)能潛力，為管理者提供準(zhǔn)確化的管理手段，提高污水處理廠的能耗管理水平。