摘要：本文主要研究污水處理廠的電氣節(jié)能設(shè)計。針對污水處理廠實際運行中功耗高的問題，需要從電氣設(shè)備選型、配電電路設(shè)計、智能水廠建設(shè)等方面進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。相關(guān)設(shè)計的可靠性和有效性已通過在項目實踐中的應(yīng)用得到證明。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；電氣設(shè)計；節(jié)能設(shè)計；數(shù)字化；智能水廠；

引言

污水處理廠是城市污水處理和資源利用的主要場所。污泥處理產(chǎn)生的污泥可以用作生物發(fā)電燃料。污水處理廠的建設(shè)對改善城市生活環(huán)境、加快生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。然而，污水處理也是一個高能耗行業(yè)，其中電能消耗占很大比例。因此，加強污水處理廠的電氣節(jié)能設(shè)計對污水處理廠的節(jié)能減排非常重要。

1研究背景

2021年6月，國家發(fā)布了《“十四五"城市污水處理和資源利用發(fā)展規(guī)劃》，指出“十四五"期間，中國應(yīng)基本消除城市建成區(qū)生活污水直接排放口和收集處理設(shè)施空白區(qū)，增加2.000污水處理能力×107m3/d。到2025年，全國城市生活污水集中收集率將達(dá)到70%。我國2019年至2020年的污水處理情況如表1所示。

2污水處理廠的能耗特點

污水處理廠的消耗主要集中在電力、藥品、燃料等方面，占污水處理廠總能耗的70%以上。同時，電氣投資約占污水處理廠投資的12%。因此，加強污水處理廠的電氣節(jié)能設(shè)計對降低污水處理廠的能耗和投資具有重要意義。

污水處理廠需要大量的電氣設(shè)備，如污水泵、閘門、除污機(jī)等。用于預(yù)處理系統(tǒng)，攪拌機(jī)、提升泵、排泥機(jī)等。用于沉淀池，壓榨泵、清洗泵、螺桿泵等。用于污泥處理系統(tǒng)。這些電氣設(shè)備需要消耗大量的電能。此外，紫外線消毒、照明、除臭等系統(tǒng)也需要消耗大量的電能。根據(jù)《城市污水處理工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，達(dá)到一級B排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠每立方米處理污水的耗電量為0.15?！?.28kW·h，達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠每立方米處理污水的耗電量為0.28～0.4kW·h。

在污水處理廠的電氣設(shè)計中，需要考慮節(jié)能優(yōu)化。在節(jié)能設(shè)計之前，有必要分析污水處理廠的能耗特點，以滿足《城市污水處理工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中污水處理廠電耗的“硬指標(biāo)"。污水處理廠的工藝處理單元大致可分為預(yù)處理單元、生化處理單元和污泥處理單元，如圖1所示。其中，預(yù)處理單元中一般有多個大功率泵；生化處理單元的電能消耗一般達(dá)到整個工藝設(shè)備電能消耗的50%～70%，由于曝氣處理的電氣設(shè)備主要是鼓風(fēng)機(jī)，生化處理單元中的曝氣處理能耗占很大比例。可以看出，污水處理廠的電能消耗分布相對集中，呈現(xiàn)出“大集中、小分散"的特點。

3污水處理廠電氣節(jié)能設(shè)計

污水處理廠有大量的電氣設(shè)備，包括鼓風(fēng)機(jī)、泵、攪拌器、照明設(shè)備等。作為一名設(shè)計師，我們不僅要考慮電氣設(shè)備的配電、選型和布局，還要考慮污水處理廠在設(shè)計階段的高能耗，以及電氣設(shè)備的節(jié)能和優(yōu)化。常用的電氣節(jié)能手段包括選擇能效等級高的變壓器、選擇符合經(jīng)濟(jì)電流密度要求的電纜、合理選擇變電站位置等。目前，上述方法已經(jīng)相對成熟，并在大多數(shù)工廠設(shè)計中使用了相關(guān)方法。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是數(shù)字化和智能化

3.1常規(guī)節(jié)能方法

（1）合理選擇變電站的位置。

（2）選擇能效等級較高的變壓器。

（3）采用低壓變頻器。

（4）合理選擇電纜的規(guī)格和型號。

3.2建設(shè)數(shù)字化、智能化的智能水廠

近年來，隨著我國“新基礎(chǔ)設(shè)施"、“碳高峰、碳中和"等理念的提出，我國智能水廠的建設(shè)進(jìn)入了一個快速發(fā)展的時期。智能水廠的建設(shè)是促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實體經(jīng)濟(jì)深度融合、賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要途徑。智能水廠包括智能安全系統(tǒng)、智能藥品投加系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的相關(guān)配合可以從根本上減少人力物力的消耗，最終達(dá)到節(jié)能減排的效果。在國家大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的背景下，有必要對傳統(tǒng)污水處理廠進(jìn)行數(shù)字化、智能化的升級

（1）采用電能效率管理系統(tǒng)。

（2）采用智能照明系統(tǒng)。

（3）采用智能曝氣控制技術(shù)。

4污水處理廠電氣節(jié)能設(shè)計實踐

以廣州市某污水處理廠為例，該廠污水處理能力為2.5×105m3/d。在電氣節(jié)能設(shè)計中，采用10/0.4kV變配電中心、一級低壓配電室和二級低壓配電室的配電方式，減少了配電線路的損耗。同時，采用節(jié)能燈具和電纜橋架，設(shè)計了動態(tài)有源濾波和智能變頻調(diào)速系統(tǒng)。在智能水廠建設(shè)中，設(shè)計了智能照明系統(tǒng)、地下無線覆蓋系統(tǒng)、獨立生化池和曝氣自動控制系統(tǒng)、自動檢測機(jī)器人系統(tǒng)、電能能效管理系統(tǒng)等。根據(jù)實際運行效果，與傳統(tǒng)污水處理廠相比，采用節(jié)能設(shè)計的污水處理廠的能耗水平降低了1%

5安科瑞電氣推出智慧城市水務(wù)建設(shè)能效管理解決方案----AcrelEMS-SW智能水能效管理平臺

5.1平臺概述

從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺，安科瑞電氣擁有產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)，AcrelEMS-SW智能水能效管理平臺用于監(jiān)測污水廠總能耗和能耗強度，重點監(jiān)測主要能耗設(shè)備的能效，保護(hù)污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理能效管理提供科學(xué)精細(xì)的解決方案，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(hù)、監(jiān)測、分析和處理裝置。

5.2平臺組成

AcrelEMS智能水綜合能源效率管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控和能源效率管理系統(tǒng)組成，涵蓋水中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運行維護(hù)等，幫助運行維護(hù)管理人員通過一套平臺和應(yīng)用程序?qū)崟r了解水配電系統(tǒng)的運行情況，可根據(jù)權(quán)限適用于水后勤部門的管理需要。

5.3平臺拓?fù)鋱D

5.4平臺子系統(tǒng)

變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)測；電力質(zhì)量監(jiān)測與管理；電機(jī)管理；能源消耗管理；

智能照明控制；電氣安全；環(huán)境監(jiān)測；分布式光伏監(jiān)測；工藝模擬監(jiān)測；

5.5相關(guān)平臺部署硬件選擇清單

6結(jié)束語

一般來說，在污水處理廠的電氣節(jié)能設(shè)計中，可以采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，建立指揮水廠等新方法、新技術(shù)。目前，污水處理廠的智能化建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行，但也存在許多問題，如缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和管理，操作人員不熟悉設(shè)備和系統(tǒng)，一些功能過于復(fù)雜。因此，智能水廠的建設(shè)還有很多工作要做。

參考文獻(xiàn)：

[1]石磊.電氣節(jié)能技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用[J].電子技術(shù),2021,50(11):120-121.

[2]wang明雨.污水處理廠電氣節(jié)能設(shè)計研究

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用手冊.2022.05版