城市污水廠電氣能耗研究智慧水務(wù)能效管理平臺解決方案

隨著城市化進程的加速，城市污水廠在處理城市污水方面的作用日益凸顯。然而，城市污水廠的電氣能耗過大，給城市污水處理帶來了較大的經(jīng)濟壓力。因此，降低城市污水廠電氣能耗具有重要意義。本文旨在探討降低城市污水廠電氣能耗的對策，以期為城市污水廠的優(yōu)化運營提供參考。

二、文獻綜述

已有研究表明，城市污水廠的電氣能耗主要來自鼓風機、水泵、電機等設(shè)備。諸多學者針對不同設(shè)備進行了能耗研究，提出了相應的節(jié)能措施。例如，王曉等人的研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化鼓風機運行參數(shù)可以降低能耗；李明等人的研究表明，選用高效水泵及其配套電機能夠降低能耗；趙強等人的研究表明，采用變頻調(diào)速技術(shù)可以降低電機能耗。

三、問題陳述

盡管已有研究提出了針對不同設(shè)備的節(jié)能措施，但在城市污水廠的電氣能耗方面仍存在以下問題：

1. 城市污水廠電氣能耗較高，造成較大的經(jīng)濟壓力；

2. 針對城市污水廠電氣能耗的整體優(yōu)化策略不足；

3. 缺乏系統(tǒng)性的電氣能耗監(jiān)測和管理體系。

本文的研究目標在于解決上述問題，提出降低城市污水廠電氣能耗的有效對策。

四、研究方法

本文采用了文獻分析法、實地調(diào)查法和案例分析法進行研究。首先，對已有文獻進行梳理和評價，了解城市污水廠電氣能耗的現(xiàn)狀及研究方向；其次，通過實地調(diào)查，收集不同類型的城市污水廠的電氣能耗數(shù)據(jù)，分析其存在的問題；最后，結(jié)合實際案例，提出降低城市污水廠電氣能耗的對策和建議。

五、結(jié)果與討論

通過對文獻的梳理和評價，發(fā)現(xiàn)城市污水廠的電氣能耗主要來自鼓風機、水泵、電機等設(shè)備。其中，鼓風機和水泵的能耗較高，電機能耗次之。因此，針對這些設(shè)備提出以下降低能耗的對策：

1. 鼓風機：合理調(diào)節(jié)鼓風機的運行參數(shù)，使其在最佳狀態(tài)下運行，可有效降低能耗。例如，通過監(jiān)測污水處理過程中的溶解氧含量，調(diào)整鼓風機運行頻率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

2. 水泵：選用高效水泵和配套電機，提高水泵的運行效率。同時，根據(jù)實際需求，合理調(diào)節(jié)水泵的運行參數(shù)，如流量、揚程等，以降低能耗。

3. 電機：采用變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)實際需求調(diào)整電機運行速度，降低電機能耗。此外，加強對電機的維護和保養(yǎng)，提高電機的運行效率，也能達到節(jié)能減排的目的。

4. 整體優(yōu)化：建立城市污水廠電氣能耗監(jiān)測和管理體系，通過對各設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析，實現(xiàn)對整個污水處理過程的優(yōu)化管理。同時，結(jié)合污水處理量的預測數(shù)據(jù)，合理安排設(shè)備的運行時間和運行參數(shù)，達到整體節(jié)能減排的目標。

六、AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

6.1平臺概述

??安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計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)點安裝保護、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度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

6.2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、應急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

6.3平臺拓撲圖

6.4平臺子系統(tǒng)

6.4.1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和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

6.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

??水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(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、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

6.4.3電動機管理

??馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

6.4.4能耗管理

??為水務(wù)搭建計量體系，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，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)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(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，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行分析，同比、環(huán)比、對標等。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，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際先進指標對標，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。

6.4.5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現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

6.4.6電氣安全

（1）電氣火災監(jiān)測

??監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

??根據(jù)預先設(shè)置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(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。

6.4.7 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電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

6.4.8分布式光伏監(jiān)測

??實時監(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)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(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)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

6.4.9工藝仿真監(jiān)控

??平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、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)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

七、結(jié)論

本文通過對城市污水廠電氣能耗的研究，提出了針對不同設(shè)備的降低能耗的對策。同時，從整體優(yōu)化的角度出發(fā)，提出了建立城市污水廠電氣能耗監(jiān)測和管理體系的建議。這為城市污水廠的優(yōu)化運營提供了參考，對于降低城市污水處理成本、促進節(jié)能減排具有重要意義。