劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201800

摘要：《“十四五"國家信息化規劃》提出，完善城市信息模型平臺和運行管理服務(wù)平臺，探索建設數字孿生城市。實(shí)施智能化基礎設施建設和改造，有效提升城市運轉和經(jīng)濟運行狀態(tài)的泛在感知和智能決策能力。推行城市‘一張圖’數字化管理模式。到2025年，數字中國建設取得決定性進(jìn)展，信息化發(fā)展水平大幅躍升?！笆奈?期間，新建、改建和擴建再生水生產(chǎn)能力不少于1500 萬(wàn)立方米/日。大量污水處理廠(chǎng)的建設，降低了污染物的排放，改善了水環(huán)境，同時(shí)污水處理是高能耗產(chǎn)業(yè),這給能源消耗增加了壓力，污水廠(chǎng)用電設備分散給運維工作帶來(lái)了壓力，需要建立一套合理的數字化能效管理平臺進(jìn)行能源管理達到高效運維、節能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：一張圖、數字化、污水廠(chǎng)、高效運維、節能降耗

1.1.配電結構

       污水廠(chǎng)設備要求供電可靠性，一般不允許停電，中斷供電將造成重大的經(jīng)濟損失，因污水廠(chǎng)供電負荷等級為二級，應采用兩路電源供電，同時(shí)為保證電源可靠性，備用一臺柴油發(fā)電機，至少滿(mǎn)足廠(chǎng)內應急通風(fēng)換氣、消防、應急照明等用電。地下式污水廠(chǎng)和地上廠(chǎng)相比，對配電系統的性、可靠性要求更高。例如，地下式污水廠(chǎng)采用速閉閘或速閉閥保證進(jìn)水，若這些設備的供電出現問(wèn)題，則可能突然停止進(jìn)水，影響正常生產(chǎn);也可能無(wú)法停止進(jìn)水，造成箱體被淹的嚴重后果。此外，地下式污水廠(chǎng)箱體內配電系統設計需滿(mǎn)足消防切非等有別于常規地上式污水廠(chǎng)的要求。箱體內工作環(huán)境比外部差，影響運行人員進(jìn)人箱體的積極性。

1.2.污水處理工藝

       國內的污水處理工藝大概有30種，常見(jiàn)的氧化溝、A/A/O、A/O、SBR，處理流程包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、精細格柵、AAO生物池、MBR膜池及膜設備間紫外線(xiàn)消毒渠、回用水池及回用水泵房、鼓風(fēng)機房、儲泥池及污泥脫水車(chē)間等，復雜的處理工藝提升了運維和管理的難度。

1.3. 能耗分布

       污水處理廠(chǎng)的能耗成本主要為電能、藥物、燃料，其中電能消耗占有60~90%，我國污水二級處理電能消耗為0.19~0.36 kWh/m3，經(jīng)過(guò)對城鎮污水處理廠(chǎng)能耗狀況及其影響因素進(jìn)行分析，結果表明目前我國城市污水處理廠(chǎng)平均能耗為0.29kWh/m3，而美國污水處理廠(chǎng)平均能耗為0.2kWh/m3，日本為0.204~0.254kWh/m3?？傮w上看,我國在污水處理中的節能降耗、優(yōu)化運營(yíng)方面起步晚，還存在很大的節能降耗空間,而電能的消耗污水提升泵、鼓風(fēng)曝氣和污泥處理環(huán)節，較高的能耗水平在一定程度上影響了污水處理的建設和發(fā)展,同時(shí)為了響應雙碳戰略，需要探索一種科學(xué)的數字化能源管理措施來(lái)促進(jìn)節能降耗的完成。

       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，重點(diǎn)監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行可靠，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。

圖1 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

2.1.保障供電可靠性

       對污水廠(chǎng)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV配置多功能計量?jì)x表，用于監測各回路的電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

       污水廠(chǎng)存在大量的非線(xiàn)性負載，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)量治理措施進(jìn)一步提高供電可靠性。

圖2  AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺主接線(xiàn)圖

2.2.建立能源計量體系

       AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過(guò)搭建計量體系，采集污水處理廠(chǎng)能源數據，顯示污水處理廠(chǎng)的能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助其分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域幫助其了解各工藝環(huán)節能源消耗量，并且可細化到樓層、車(chē)間、產(chǎn)線(xiàn)、班組、工序，計算產(chǎn)品單耗、單位面積能耗或萬(wàn)元產(chǎn)值能耗，從而計算出能耗總量和單位能耗。

圖3 能源流向圖

 

2.3.數據集抄并實(shí)時(shí)計量

       AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺提供自定義時(shí)間抄表功能，可以在任意時(shí)間，任意地點(diǎn)，完成對企業(yè)的三級計量體系數據閱覽，減少了人工投入。同時(shí)各類(lèi)保護、儀表主動(dòng)定時(shí)上傳數據，保證了能源時(shí)效性，為其節能降耗，提供了基礎數據支撐。

圖4 數據集抄報表

2.4. 優(yōu)化能源結構

       AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺支持接入分布式光伏電站以及風(fēng)力發(fā)電站，為企業(yè)提供分布式電站運行監測和發(fā)電日/月/年/累計收益和減排分析，支持自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。在儲能環(huán)節，平臺接入BMS和PCS數據，支持充放電配置策略，并對電池管理系統提供實(shí)時(shí)預警，根據其負荷特點(diǎn)，削峰填谷，充分使用新能源，降低污水廠(chǎng)碳排放。

圖5 分布式光伏電站監測運維

2.5. 提升主要用能設備能效

       污水處理廠(chǎng)中有著(zhù)大量的電機、水泵，其中污水提升泵和鼓風(fēng)曝氣能耗占據了工藝能耗中的大多數，平臺針對這些工藝設備進(jìn)行監測分析，工藝之間橫向比較，尋找具調控潛力的用電設備、工藝單元，幫助用戶(hù)發(fā)現其能效提升空間并提供解決方案，找到運行區域，顯著(zhù)降低能源消耗

圖6 管網(wǎng)圖和能效監測

2.6. 報警及時(shí)推送

       平臺提供能源報警功能，一旦發(fā)現跑冒滴漏，能源消耗異常，電參量異常等情況，能提供多種方式的報警，包括但不限于郵件、短信、釘釘推送等。

圖7 報警記錄與管理

2.7. 加強運維管理

       加強巡視維護工作，及時(shí)發(fā)現或設備隱患，提高供電可靠性。配置重要設備包括變壓器、電氣柜、高壓電纜、空調主機、水泵、鼓風(fēng)機等設備信息，配置二維碼，快速在移動(dòng)端獲取設備信息、設備維修歷史記錄以及解決問(wèn)題的常用辦法。

       故障預判和快速診斷功能將以往出現問(wèn)題再采取措施的被動(dòng)檢修維護政為主動(dòng)出擊、防患于未然的主動(dòng)運維模式。既可以使運維管理工作更從容。還大大提高系統的性和可靠性。

圖8 設備運維檔案

 

2.8. 典型硬件

       隨著(zhù)污水處理廠(chǎng)的不斷擴建，運行費用的持續上升，能源消耗不斷增加，通過(guò)合理運用能源管理平臺，利用先進(jìn)的大數據、云計算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高污水廠(chǎng)數字化程度，能夠提高污水廠(chǎng)的供電可靠性，實(shí)現高效運維和少人值守，找到節能降耗的實(shí)際方案，為管理者提供管理手段，降低污水廠(chǎng)的運營(yíng)成本，促進(jìn)污水廠(chǎng)的提質(zhì)增效。

[1] 徐進(jìn).某地下式污水廠(chǎng)智能配電方案設計與思考[J].建筑電氣.2022年05期

[2] 馬培.對城市污水處理廠(chǎng)能耗分析與節能降耗途徑探討[J].城市建設理論研究(電子版).2018年06期

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2020.06版