城市污水廠(chǎng)電氣能耗研究智慧水務(wù)能效管理平臺解決方案

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

二、文獻綜述

已有研究表明，城市污水廠(chǎng)的電氣能耗主要來(lái)自鼓風(fēng)機、水泵、電機等設備。諸多學(xué)者針對不同設備進(jìn)行了能耗研究，提出了相應的節能措施。例如，王曉等人的研究發(fā)現，優(yōu)化鼓風(fēng)機運行參數可以降低能耗；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，采用變頻調速技術(shù)可以降低電機能耗。

三、問(wèn)題陳述

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

1. 城市污水廠(chǎng)電氣能耗較高，造成較大的經(jīng)濟壓力；

2. 針對城市污水廠(chǎng)電氣能耗的整體優(yōu)化策略不足；

3. 缺乏系統性的電氣能耗監測和管理體系。

本文的研究目標在于解決上述問(wèn)題，提出降低城市污水廠(chǎng)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(shí)地調查法和案例分析法進(jìn)行研究。首先，對已有文獻進(jìn)行梳理和評價(jià)，了解城市污水廠(chǎng)電氣能耗的現狀及研究方向；其次，通過(guò)實(shí)地調查，收集不同類(lèi)型的城市污水廠(chǎng)的電氣能耗數據，分析其存在的問(wèn)題；最后，結合實(shí)際案例，提出降低城市污水廠(chǎng)電氣能耗的對策和建議。

五、結果與討論

通過(guò)對文獻的梳理和評價(jià)，發(fā)現城市污水廠(chǎng)的電氣能耗主要來(lái)自鼓風(fēng)機、水泵、電機等設備。其中，鼓風(fēng)機和水泵的能耗較高，電機能耗次之。因此，針對這些設備提出以下降低能耗的對策：

1. 鼓風(fēng)機：合理調節鼓風(fēng)機的運行參數，使其在最佳狀態(tài)下運行，可有效降低能耗。例如，通過(guò)監測污水處理過(guò)程中的溶解氧含量，調整鼓風(fēng)機運行頻率，實(shí)現節能減排。

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(shí)，根據實(shí)際需求，合理調節水泵的運行參數，如流量、揚程等，以降低能耗。

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

4. 整體優(yōu)化：建立城市污水廠(chǎng)電氣能耗監測和管理體系，通過(guò)對各設備的能耗數據進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和分析，實(shí)現對整個(gè)污水處理過(guò)程的優(yōu)化管理。同時(shí)，結合污水處理量的預測數據，合理安排設備的運行時(shí)間和運行參數，達到整體節能減排的目標。

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(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行安全可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

6.2平臺組成

??AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。

6.3平臺拓撲圖

6.4平臺子系統

6.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控

??對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。

監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

6.4.2電能質(zhì)量監測與治理

??水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、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(dòng)機管理

??馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和報警。準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，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,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(guò)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域。

將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，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/國際先進(jìn)指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

6.4.5智能照明控制

??系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

6.4.6電氣安全

（1）電氣火災監測

??監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

??根據預先設置的應急預案快速啟動(dòng)疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設備電源監測

??監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。

（4）防火門(mén)監控系統

??防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控器能發(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)境監測

??污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)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(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

6.4.8分布式光伏監測

??實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監視，對逆變器直流側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、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。

平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。

6.4.9工藝仿真監控

??平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、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、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、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(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

七、結論

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