市政水廠協(xié)同供電模式下的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法研究與應(yīng)用

潘旗 陳北洋 王正平

（華電水務(wù)工程有限公司 北京 100000）

市政水廠協(xié)同供電模式下的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法研究與應(yīng)用

潘旗 陳北洋 王正平

（華電水務(wù)工程有限公司 北京 100000）

根據(jù)市電價(jià)波動(dòng)、光伏發(fā)電量單峰型變化規(guī)律可計(jì)算協(xié)同供電模式下綜合電價(jià)。通過(guò)分析綜合電價(jià)及市政水廠運(yùn)行特點(diǎn)，給出市政水廠協(xié)同供電模式下的運(yùn)行方案。綜合電價(jià)高峰時(shí)段集中處理，結(jié)合工/變頻及功率匹配，確保用電設(shè)備高效運(yùn)行。

綜合電價(jià)；協(xié)同供電；運(yùn)行調(diào)節(jié)

引言

在市政給排水領(lǐng)域，水廠運(yùn)營(yíng)效益主要由人工、藥耗和能耗決定，其中能耗為最具彈性空間的因素之一。在通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷、時(shí)間、功率匹配等進(jìn)行徹底優(yōu)化和排查后，節(jié)能降耗的手段似乎已至窮盡，另一方面，水廠空曠的廠區(qū)平面則為清潔能源的利用提供了應(yīng)用空間。光伏發(fā)電技術(shù)雖已日臻成熟，但分布式光伏發(fā)電技術(shù)在市政水廠的應(yīng)用卻是近幾年剛剛興起。要確保該技術(shù)在水廠成功應(yīng)用并取得一定效益，必須結(jié)合光伏發(fā)電電量變化規(guī)律以及水廠運(yùn)行特點(diǎn)，給出協(xié)同供電模式下水廠的合理運(yùn)行方案[1]。

1 光伏發(fā)電量的變化規(guī)律

1.1 光伏發(fā)電量變化規(guī)律

光伏發(fā)電量與輻射強(qiáng)度直接相關(guān)，有季節(jié)性、時(shí)段性規(guī)律。一年中太陽(yáng)總輻射量變化呈單峰型。1～5月隨太陽(yáng)高度角漸增和白晝延長(zhǎng)，月總輻射量逐漸增加；6~12月則隨太陽(yáng)高度角的減小和晝長(zhǎng)縮短而逐月遞減，光伏發(fā)電量變化趨勢(shì)一致。一日內(nèi)逆變器自凌晨5-7時(shí)開始運(yùn)行，隨日照強(qiáng)度增強(qiáng)光伏發(fā)電量逐漸增加，11-14時(shí)達(dá)到峰值，下午隨日照強(qiáng)度減弱光伏發(fā)電量漸減少，17-19時(shí)停止運(yùn)行。

1.2 光伏裝機(jī)容量

水廠光伏裝機(jī)規(guī)模需綜合考慮幾個(gè)因素：上級(jí)變壓器容量、水廠剩余可利用空間、太陽(yáng)能資源評(píng)價(jià)、處理水量及用電量。

2 廠用市電價(jià)格及光伏發(fā)電補(bǔ)貼

2.1 市電價(jià)格

網(wǎng)電電價(jià)根據(jù)時(shí)段不同，電價(jià)差距顯著。石家莊某水廠全廠平均電價(jià)為0.75元/kWh。尖峰0.9378元/kWh，高峰 0.8255元/kWh，平峰 0.6011元/kWh，低谷0.3767元/kWh。

2.2 光伏收益

分布式光伏發(fā)電有余上網(wǎng)收益為光伏度電補(bǔ)貼（0.42元/kWh）與標(biāo)煤電價(jià)之和，自發(fā)自用收益為光伏度電補(bǔ)貼與對(duì)應(yīng)時(shí)段的網(wǎng)電電價(jià)之和。

3 水廠協(xié)同供電模式

3.1 協(xié)同供電模式

光伏發(fā)電量與廠用電量關(guān)系圖如圖1所示，曲線1為光伏出力曲線，曲線2為水廠用電曲線，區(qū)域1為上網(wǎng)電量，區(qū)域2為廠用光伏電量，區(qū)域3為廠用市電[2]。

圖1 光伏發(fā)電量與水廠用電量關(guān)系曲線

3.2 綜合電價(jià)分析

水廠水量、日用電量具有季節(jié)性及時(shí)段性。一般情況夏季負(fù)荷高于冬季；一日內(nèi)水量也有波動(dòng)，變化系數(shù)在1.2-1.5左右，水量高峰出現(xiàn)在8:00-12:00，低谷出現(xiàn)在22:00-6:00。

根據(jù)上述規(guī)律，可將日運(yùn)行周期分為若干時(shí)段。對(duì)各時(shí)段的供電模式、市電價(jià)格、光伏發(fā)電效率等分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 協(xié)同供電模式下水廠綜合電價(jià)分析

在光伏效率100%的情況下，光伏發(fā)電量基本滿足水廠用電量需求，光伏發(fā)電上網(wǎng)比率在5%以下，因此忽略余電上網(wǎng)收入，根據(jù)上述信息可計(jì)算協(xié)同供電模式下水廠的綜合電價(jià)。

綜合電價(jià)（元/kWh）=市電價(jià)（元/kWh）×市電供電率（%）-光伏補(bǔ)貼電價(jià)（元/kWh）×光伏效率（%）

綜合電價(jià)水平趨勢(shì)圖如圖2所示，由圖可見，綜合電價(jià)有明顯的峰谷區(qū)間。

圖2 綜合電價(jià)水平趨勢(shì)圖

4 協(xié)同供電水廠運(yùn)行調(diào)節(jié)

4.1 協(xié)同供電水廠運(yùn)行調(diào)節(jié)

水廠主要耗電設(shè)備為鼓風(fēng)機(jī)及水泵，因此合理調(diào)整風(fēng)機(jī)水泵的運(yùn)行方式，對(duì)于協(xié)同供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行十分關(guān)鍵。及時(shí)消納光伏發(fā)電量，使主要用電設(shè)備在光伏發(fā)電集中時(shí)段運(yùn)行，減少在網(wǎng)電電價(jià)較高且光伏發(fā)電量較低時(shí)段運(yùn)行是主要的調(diào)節(jié)目標(biāo)[3]。

根據(jù)綜合電價(jià)水平趨勢(shì)，22:00-6:00、16:00-18:00兩時(shí)段，綜合電價(jià)相當(dāng)于市電谷值水平，22:00-6:00時(shí)段水廠負(fù)荷較低，集中調(diào)蓄處理，16:00-18:00水廠負(fù)荷一般，水廠維持正常運(yùn)行方式。9:30-11:00時(shí)段，綜合電價(jià)維持在極低水平（甚至為負(fù)值，取得電費(fèi)收入），水廠負(fù)荷也是全天最高，建議水量集中到這個(gè)時(shí)段進(jìn)行處理，主要用電設(shè)備集中運(yùn)行；在18:00-22:00時(shí)段，綜合電價(jià)達(dá)到市電峰值水平，且水廠自然負(fù)荷處于一般水平，建議集中調(diào)蓄處理，確保主要設(shè)備在高效區(qū)運(yùn)行。水廠的調(diào)蓄處理主要有三個(gè)環(huán)節(jié)，如圖3所示。

圖3 水廠調(diào)蓄處理示意圖

預(yù)處理環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)水廠進(jìn)水量；深度處理環(huán)節(jié)使用調(diào)節(jié)水池調(diào)蓄水量；出水環(huán)節(jié)使用清水池調(diào)節(jié)出廠水量。上述方式與工/變頻、不同功率電氣設(shè)備切換相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。

4.2 協(xié)同供電水廠季節(jié)性調(diào)節(jié)

隨著季節(jié)變化，光伏發(fā)電時(shí)間、處理水量及日用電量會(huì)發(fā)生波動(dòng)，可結(jié)合上述原則靈活調(diào)節(jié)?？傮w來(lái)說(shuō)，工藝參數(shù)控制因季而異，冬季單位電耗高于夏季。夏季高溫，微生物活性較高，活性污泥的濃度高，可適當(dāng)降低曝氣量，相應(yīng)縮短鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間；冬季低溫，微生物活性降低，處理能力下降，應(yīng)適當(dāng)增加曝氣量，相應(yīng)延長(zhǎng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間，單位電耗指標(biāo)較高。因冬季光伏有效發(fā)電小時(shí)數(shù)較短，更應(yīng)提高光伏發(fā)電時(shí)段的處理量并輔以采用提高污泥回流比、延長(zhǎng)污泥齡、提高活性污泥濃度的方法，提高總體效率[4]。

[1]王少波,卿湘運(yùn).光伏發(fā)電系統(tǒng)在污水處理廠中的實(shí)施研究[J].能源環(huán)境保護(hù),2016,30(2):1-5.

[2]孫振宇,沈明忠.污水處理廠分布式光伏的構(gòu)建及優(yōu)化[J].新能源進(jìn)展,2017,5(2):151-156.

[3]吳友煥,余國(guó)保,張玲,等.污水處理廠光伏發(fā)電應(yīng)用前景初探——以湖南某污水處理廠為例[J].太陽(yáng)能,2016(5):36-40.

[4]趙宇.季節(jié)性氣溫變化對(duì)污水處理廠運(yùn)行效果的影響[J].山西建筑,2014,40(16):149-150.