智慧水务配电能效管理系统在污水处理厂的应用

安科瑞陈伟 acrelchenwei

文章主要研究污水处理厂的电气节能设计。针对污水处理厂实际运行中耗电量高的问题，需要从用电设备选型、配电回路设计、智慧水厂建设等方面进行节能设计。通过在工程实际中的应用，证明了相关设计的可靠性与有效性。

污水处理厂的消耗主要集中在电力、药物、燃料等方面，电能在污水处理厂总能耗的占比超过70%。同时，在污水处理厂投资中，电气部分投资占比为12%左右。因此，加强污水处理厂的电气节能设计对污水处理厂减少能耗与投资具有重要意义。

在污水处理厂中需要用到大量的用电设备，如在预处理系统中需要用到排污泵、闸门、除污机等，在沉淀池中需要用到搅拌机、提升泵、排泥机等，在污泥处理系统中需要用到压榨泵、清洗泵、螺杆泵等，这些用电设备需要消耗大量电能。此外，紫外消毒、照明、除臭等系统也需要消耗大量的电能。根据《城市污水处理工程项目建设标准》的有关规定，达到一级B排放标准的污水处理厂处理每立方米污水的电耗是0.15～0.28kW·h，达到一级A排放标准的污水处理厂处理每立方米污水的电耗是0.28～0.4kW·h。

在污水处理厂的电气设计中，节能优化需要考虑的问题。在节能设计前，需要针对《城市污水处理工程项目建设标准》中污水处理厂电耗的“硬指标”，分析污水处理厂的能耗特点。污水处理厂中的工艺处理单元大致可以分为预处理单元、生化处理单元和污泥处理单元，如图1所示。其中，预处理单元中一般会有多台大功率水泵；生化处理单元的电能消耗一般达到整厂工艺设备电能消耗的50%～70%，而生化处理单元中的曝气处理能耗又在其中占很大比例，因为曝气处理的用电设备主要是鼓风机等。由此可见，污水处理厂的电能消耗分布相对集中，呈现“大集中，小分散”的特点。

污水处理厂中有大量的用电设备，包括鼓风机、泵、搅拌器、照明设备等。作为设计人员，不仅要考虑用电设备的配电、选型与布局等问题，针对污水处理厂的高耗能问题，还需要在设计阶段考虑用电设备的节能与优化问题。常用的电气节能手段包括选用能效等级高的变压器、选用符合经济电流密度要求的缆线、变电所位置合理选址等，上述方法目前已经发展较为成熟，在大多数的厂站设计中都用到了相关的方法。随着科技的进步，特别是数字化、智能化技术的发展，污水处理厂电气节能设计的新技术、新方法也慢慢得到普及。

常规节能方法

（1）合理选择变电所位置。小型污水处理厂规模较小、工艺简单，用电设备比较少、负荷比较集中。针对小型污水处理厂，在条件允许情况下可设置1个变电所，并深入负荷中心，使变电所离用电点的总距离较小，进而实现低压配电距离的*小化，减少配电回路中缆线、管线、沟槽等的消耗与开挖。大型污水处理厂的面积和规模比较大，用电设备布局较为分散，用电负荷呈现“分散式集中”的特点。在设计阶段，可以采用多变电中心的模式，设置1个总的变电中心，外加多个分散的分变电所，实现放射式的供电布局。一方面，可以减少电气设备过于集中导致的电房面积过大和电气设备的噪声、散热等问题；另一方面，可以减少缆线电压损失，提高电能质量，有利于用电设备的正常运行。

（2）选择能效等级较高的变压器。变压器容量的选择对整个供配电系统具有决定性的影响，若变压器容量过大，会产生变压器负荷率降低、工程建设费用增大、变压器损耗增大等问题。因此，在设计阶段，要选择容量合适的变压器。在新版规范《电力变压器能效限定值及能效等级》中，对变压器的空载损耗和负载损耗的要求有所变化，如表2所示。以10kV干式变压器为例，1级电工钢带变压器的空载损耗相对于之前降低了25%左右，负载损耗针对大容量的变压器也有较大程度的下降，因此在有条件的情况下，需要优先选用能效等级较高的变压器，有利于实现节能。

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AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

总体来说，在污水处理厂电气节能设计中，可以采用常规设计方法和建立指挥水厂等新方法、新技术。目前，污水处理厂的智慧化建设正在如火如荼地开展，但同时存在许多问题如缺乏统一的规划和管理，操作人员对设备和系统不熟悉，部分功能过于复杂等。因此，针对智慧水厂的建设，还有很多工作要做。