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

關鍵詞：污水處理廠；電氣設計；節(jié)能設計；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。污水處理廠的建設對改善城市生活環(huán)境、加快生態(tài)文明建設具有重要意義。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備，如污水泵、閘門、除污機等。用于預處理系統(tǒng)，攪拌機、提升泵、排泥機等。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標準》的相關規(guī)定，達到一級B排放標準的污水處理廠每立方米處理污水的耗電量為0.15?！?.28kW·h，達到一級A排放標準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計中，需要考慮節(jié)能優(yōu)化。在節(jié)能設計之前，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標準》中污水處理廠電耗的“硬指標"。污水處理廠的工藝處理單元大致可分為預處理單元、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到整個工藝設備電能消耗的50%～70%，由于曝氣處理的電氣設備主要是鼓風機，生化處理單元中的曝氣處理能耗占很大比例?？梢钥闯?，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)能設計

污水處理廠有大量的電氣設備，包括鼓風機、泵、攪拌器、照明設備等。作為一名設計師，我們不僅要考慮電氣設備的配電、選型和布局，還要考慮污水處理廠在設計階段的高能耗，以及電氣設備的節(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)工廠設計中使用了相關方法。隨著科學技術的進步，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建設數(shù)字化、智能化的智能水廠

近年來，隨著我國“新基礎設施"、“碳高峰、碳中和"等理念的提出，我國智能水廠的建設進入了一個快速發(fā)展的時期。智能水廠的建設是促進數(shù)字經(jīng)濟與實體經(jīng)濟深度融合、賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型升級的重要途徑。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)的相關配合可以從根本上減少人力物力的消耗，最終達到節(jié)能減排的效果。在國家大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟的背景下，有必要對傳統(tǒng)污水處理廠進行數(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。

4污水處理廠電氣節(jié)能設計實踐

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，設計了動態(tài)有源濾波和智能變頻調速系統(tǒng)。在智能水廠建設中，設計了智能照明系統(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建設能效管理解決方案----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)測主要能耗設備的能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理能效管理提供科學精細的解決方案，通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、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、應急電源、能源管理、照明控制、設備運行維護等，幫助運行維護管理人員通過一套平臺和應用程序實時了解水配電系統(tǒng)的運行情況，可根據(jù)權限適用于水后勤部門的管理需要。

5.3平臺拓撲圖

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；電力質量監(jiān)測與管理；電機管理；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相關平臺部署硬件選擇清單

6結束語

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

參考文獻：

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

[2]wang明雨.污水處理廠電氣節(jié)能設計研究

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2022.05版