分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用

文_房鎮(zhèn) 傅洪波 丁良才

1.昆明滇池水務(wù)股份有限公司 2.云南拓日科技有限公司

截止2018年，我國城鎮(zhèn)累計(jì)建成運(yùn)行污水處理廠4119座，污水處理能力1.82億m3/d，“十三五”末，城鎮(zhèn)污水處理能力將提升至2億m3/d以上。我國污水處理廠的能耗主要是電耗，平均電耗約為0.292kWh/t，87%的污水廠電耗不超過0.48 kWh/t，電費(fèi)約占污水處理成本的50%～70%。在國家大力提倡節(jié)能降耗的背景下，污水處理廠的節(jié)能降耗應(yīng)被引起足夠重視。

1 分布式光伏發(fā)電

分布式光伏發(fā)電，是指在用戶所在場地附近建設(shè)、運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)，且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。分布式光伏發(fā)電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則，充分利用當(dāng)?shù)靥柲苜Y源，替代和減少化石能源消費(fèi)。

2 分布式光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)及在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

分布式是對應(yīng)集中式發(fā)電站來說的，只要有陽光、有空地資源，閑置的屋頂、荒漠、鹽堿地、灘涂、垃圾場、污水廠，都可以利用起來做光伏電站。具體有以下優(yōu)點(diǎn)：①分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不受地域限制，在偏遠(yuǎn)山區(qū)、島嶼等地可以局部緩解用電緊張狀況；②容量小、電壓等級低，對電網(wǎng)影響小，可應(yīng)用在工業(yè)廠房、公共建筑、居民屋頂上；③污染小、環(huán)保效益突出。

在污水處理中的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面：一是通過光伏發(fā)電電解,實(shí)現(xiàn)污染物去除并回收；二是通過光伏發(fā)電為污水生物處理提供電能。

3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用

現(xiàn)以云南某污水處理廠300kWp分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，該污水處理廠利用CAST生物反應(yīng)池頂和辦公樓屋頂?shù)目臻g建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

3.1 污水處理廠簡介

該污水處理廠處理規(guī)模為20000m3/d,采用循環(huán)式活性污泥法工藝（CAST工藝），屬于污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用，其工藝流程圖見圖1。

圖1

3.2 系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏組件布置在CAST反應(yīng)池頂和辦公樓屋頂，并網(wǎng)逆變器放置在配電室機(jī)房內(nèi)。除以上設(shè)備外，為便于系統(tǒng)的運(yùn)行管理和發(fā)電量監(jiān)測，系統(tǒng)配置一套環(huán)境監(jiān)測裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)電系統(tǒng)處的太陽輻射、風(fēng)速、氣溫等數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)光伏方陣總?cè)萘繛?00kWp，合計(jì)安裝1104塊265Wp的光伏組件，配置6臺(tái)50kW并網(wǎng)逆變器。按照光伏組件耐壓1000V；并網(wǎng)逆變器最大耐壓1000V；組件電壓溫度系數(shù)-0.337%/℃；以當(dāng)?shù)貥O端最低環(huán)境溫度取-15℃；按照《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》取上限23塊光伏組件為一個(gè)組串。

3.3 光伏系統(tǒng)發(fā)電量預(yù)測

在最佳傾角24°情況下，光伏方陣獲得的全年有效日照小時(shí)數(shù)為1778h?？紤]系統(tǒng)總效率為80%，則該系統(tǒng)的有效日照小時(shí)數(shù)取值為1422.4h。光伏發(fā)電系統(tǒng)的壽命一般為25年，為便于計(jì)算，取平均每年衰減為0.8%，25年衰減為20%。按照年有效日照小時(shí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即可得出各發(fā)電系統(tǒng)的各年發(fā)電量（表1）。

表1 發(fā)電量預(yù)測

3.4 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目按照全部自發(fā)自用設(shè)計(jì)光伏裝機(jī)容量，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的收益來自于抵消向電網(wǎng)購電形成的收益，和獲得的國家給予的0.37元/kWh分布式光伏發(fā)電補(bǔ)貼。該項(xiàng)目獲得的收益如表2。

表2 光伏系統(tǒng)收益表（ 單位：萬元）

累計(jì)獲得國家補(bǔ)貼（元） 165.04 179.33 193.51 207.58 221.53累計(jì)節(jié)省電費(fèi)（元） 356.85 387.75 418.41 448.82 478.99累計(jì)總收益（元） 521.89 567.09 611.92 656.40 700.52時(shí) 間 第16年 第17年 第18年 第19年 第20年累計(jì)獲得國家補(bǔ)貼（元） 235.37 249.10 262.72 276.24 289.64累計(jì)節(jié)省電費(fèi)（元） 508.92 538.60 568.05 597.27 626.25累計(jì)總收益（元） 744.29 787.71 830.78 873.50 915.89時(shí) 間 第21年 第22年 第23年 第24年 第25年累計(jì)獲得國家補(bǔ)貼（元） 289.64 289.64 289.64 289.64 289.64累計(jì)節(jié)省電費(fèi)（元） 655.00 683.52 711.81 739.87 767.71累計(jì)總收益（元） 944.64 973.16 1001.45 1029.51 1057.35

從表2可以看出，項(xiàng)目投入運(yùn)營的25年內(nèi)累計(jì)節(jié)省電費(fèi)767.71萬元。國家給予分布式光伏系統(tǒng)20年的度電補(bǔ)貼期，該期間獲得的財(cái)政補(bǔ)貼為289.64萬元，25年內(nèi)實(shí)際可以實(shí)現(xiàn)的總收益為1057.35萬元。

3.5 社會(huì)效益、環(huán)境效益

在污水處理廠建立分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。根據(jù)IPCC2006換算取值，該項(xiàng)目25年發(fā)電期內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的減排值如表3。

表3 溫室氣體的節(jié)能減排統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

在本文中根據(jù)某污水處理廠實(shí)際布局與能耗需求，設(shè)計(jì)300kWp分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以對污水處理廠的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行間斷式供電。滿足了污水處理廠白天用電高峰期時(shí)的電力供應(yīng)，既將污水池上方二次開發(fā)利用又在一定程度上控制了污水池的蒸發(fā)量和溫度，提高了污水處理能力。