污水處理廠的電氣節(jié)能措施分析

徐 威

（武漢中科水生環(huán)境工程股份有限公司，湖北武漢 430064）

污水處理廠的能耗較大，故此，需要在節(jié)能降費(fèi)方面給予重視。但就目前，一些污水處理廠因本身電氣裝置不科學(xué)、設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)制不健全等因素，導(dǎo)致污水處理中會(huì)消耗大量的能源。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，污水處理廠應(yīng)開(kāi)展密切的流程擬建，采取有效措施，強(qiáng)化污水處理效能，推進(jìn)污水處理廠穩(wěn)定、持久的發(fā)展。

1 污水處理廠概述

1.1 污水處理廠的概念

城市污水處理廠也被稱為“廢水處理廠”，主要是用來(lái)處理廢水，使排出的廢水符合標(biāo)準(zhǔn)，從而保證水質(zhì)，保護(hù)水環(huán)境。污水處理廠是由多個(gè)單元過(guò)程組合而成的系統(tǒng)，具有復(fù)雜性的特點(diǎn)?，F(xiàn)今，污水處理廠通常采取集中處理和分散處理的方式，一般結(jié)合生物、化學(xué)、物理等方法進(jìn)行處理，在保證處理效果的前提下，減少能源耗損，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 污水處理設(shè)施的能耗組成

污水處理廠內(nèi)的電器設(shè)備較多，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，主要有進(jìn)水泵、污泥回流泵等耗能設(shè)備；有供氣設(shè)備、加藥泵、污泥泵等保持需氧量的設(shè)備；有除泥機(jī)、污泥吸附機(jī)、紫外線滅菌設(shè)備等操作工藝設(shè)備；有攪拌器、泥漿罐攪拌器等預(yù)防雜質(zhì)沉淀的設(shè)備，也有照明燈、電熱設(shè)備；另有污泥濃縮脫水機(jī)、濾網(wǎng)反沖洗等設(shè)備。在選擇和使用過(guò)程中，一定要結(jié)合設(shè)備的類(lèi)型參數(shù)進(jìn)行分析，選擇高效能、低耗損的節(jié)能型設(shè)備。

2 污水處理廠目前運(yùn)轉(zhuǎn)狀況

現(xiàn)階段，污水處理廠的操作程序正向標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)潔化、專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展，且很多污水處理廠所用的電氣設(shè)備都具有節(jié)能、智能的特點(diǎn)，都可以在一定程度上提升污水凈化功效。根據(jù)當(dāng)下污水處理廠電力運(yùn)轉(zhuǎn)情況來(lái)看，一些污水處理廠還會(huì)采取厭氧作業(yè)的操作方式來(lái)處理污水，在應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生沼氣資源，使整體處理效能得到明顯的提升。另外，許多污水處理廠采取污水好氧生物轉(zhuǎn)化的方式來(lái)處理污水，這種操作方式比較簡(jiǎn)單、便捷，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成污水凈化處理，不過(guò)，該方式在實(shí)際操作中也不可避免地出現(xiàn)一些問(wèn)題，以電氣能源耗損大為主要表現(xiàn)。因此，污水處理廠探索有效的電氣節(jié)能措施是十分必要的。

3 污水處理廠電氣節(jié)能問(wèn)題

3.1 電氣設(shè)備能源管理不到位

電能耗損關(guān)系到污水處理廠的經(jīng)濟(jì)效益，因此，必須建立科學(xué)完備的管理體制。然而，現(xiàn)下很多處理廠管理系統(tǒng)存在漏洞，并未結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)制度內(nèi)容做出改進(jìn)和完善，工作人員缺少對(duì)電氣節(jié)能的重視，導(dǎo)致污水處理廠能耗較大，如所用的電氣設(shè)備功率型號(hào)太大，或者選材太重，都會(huì)影響到電氣節(jié)能效果。

3.2 處理廠的電氣運(yùn)行不正常

污水處理廠靜電除塵器運(yùn)行中，容易出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，這樣一來(lái)，設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的電能也會(huì)增多，另外，倘若除塵效果不佳，也會(huì)帶來(lái)較大的用電損失。加上污水處理廠的電氣運(yùn)行設(shè)備較多，要是這些設(shè)備不能按照標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷運(yùn)行，一旦超出荷載限量，將會(huì)增加處理廠的電耗。

3.3 燈飾使用壽命短、效能低

由于污水處理廠的照明設(shè)備使用壽命較短，在運(yùn)行中，容易出現(xiàn)零部件損壞的問(wèn)題，而且部分處理廠對(duì)于節(jié)能燈推廣不及時(shí)，并未引進(jìn)先進(jìn)的照明節(jié)能技術(shù)，也就無(wú)法有效發(fā)揮節(jié)能效果。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污水處理廠配線也存在問(wèn)題，通常情況下，燈飾線路和電力負(fù)載線路連接一回路，但是電力負(fù)荷回路電壓一般超過(guò)400 V/230 V，致使燈飾所用電壓過(guò)高，造成電能浪費(fèi)。

4 污水處理廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

4.1 合理設(shè)置變電場(chǎng)所

科學(xué)選擇變電操控站建設(shè)場(chǎng)所是污水處理廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的第一步，在設(shè)置變電場(chǎng)所中，應(yīng)該考慮到節(jié)能降耗的問(wèn)題，盡量使用直流屏、低壓抽屜式配電屏、低壓配電柜等，適當(dāng)調(diào)節(jié)污水處理廠內(nèi)電氣設(shè)備的參數(shù)，并通過(guò)分析電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，做實(shí)管理，降低供配電系統(tǒng)的電能耗損，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

4.2 恰當(dāng)選用變壓裝置

變壓裝置是污水處理廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若是設(shè)計(jì)出現(xiàn)紕漏，會(huì)直接影響到整個(gè)電站布局總體設(shè)計(jì)質(zhì)效。據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，變壓裝置在運(yùn)行中所消耗的電能通常占污水處理廠總體電力裝置的0.9%，其具體能耗主要是鐵損和線損，要是變壓裝置運(yùn)轉(zhuǎn)中的負(fù)載水平較高，那么，電力能耗相對(duì)較小，不過(guò)此時(shí)，變壓裝置的鐵損耗也要降低。倘若變壓器的負(fù)載量超過(guò)最低值，鐵損下降，但線損也會(huì)提高?？梢?jiàn)，精細(xì)選用變壓裝置的重要性。

4.3 高效配置現(xiàn)場(chǎng)電纜

污水處理廠在編制電氣操作流程實(shí)施方案時(shí)，應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性和實(shí)效性，結(jié)合眼下發(fā)展情況，合理布置路線。在電纜施工中，可以采取多類(lèi)互存差別化的電器材料，減小對(duì)電力材料的消耗，同時(shí)還能節(jié)約電氣生產(chǎn)成本。

在甄別電纜時(shí)，要把控好技術(shù)，測(cè)量電纜的電阻和線路的長(zhǎng)度，分析二者之間的關(guān)聯(lián)。為縮小電纜總長(zhǎng)度，應(yīng)收縮電氣裝備的空間布局，在不影響電氣設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，增加電纜的橫斷面積，使電阻始終保持在恰當(dāng)?shù)膮^(qū)間，最大限度減少能耗。

Case 3.當(dāng)G=M3(1,1,1)時(shí),元素(aibjck)3=(aibj)3=a3ib3j[b,a]3ij=1,冪圖可平面化.

4.4 全面衡算負(fù)載限度

污水處理廠的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，要對(duì)負(fù)荷參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，最常使用的就是系數(shù)計(jì)算法和單位指標(biāo)法?，F(xiàn)今，相關(guān)單位機(jī)構(gòu)也提供了科學(xué)的技術(shù)方案。

（1）全面核算負(fù)載技術(shù)數(shù)據(jù)，做出完美的匹配。

（2）系數(shù)衡算法主要是對(duì)所用裝備、電纜消耗數(shù)量進(jìn)行考量，分別整理出有功率和無(wú)功功率的，從而歸納運(yùn)行電流值與電壓值的關(guān)聯(lián)性和衡算方法，再更改換算系數(shù)，計(jì)算出電氣設(shè)備的負(fù)載指數(shù)。

（3）單位指標(biāo)法一般是指對(duì)某一特定時(shí)間內(nèi)耗電數(shù)量進(jìn)行衡算，如某周、某月、某個(gè)季度，要把握整體電氣裝置的最高負(fù)載，根據(jù)負(fù)載參數(shù)對(duì)變壓裝置進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整，減少污水中處理廠電氣耗損。

4.5 優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.5.1 變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）受負(fù)荷電流的影響，在系統(tǒng)運(yùn)行中，銅部件會(huì)損耗負(fù)荷電流，且其耗損與負(fù)荷電流之間形成正比，倘若負(fù)荷電流較大，那么變壓器銅耗損也增加。

（2）鐵質(zhì)部件的耗損與負(fù)荷電流之間不存在比例關(guān)系，要想解決變電器帶來(lái)的能源耗損問(wèn)題，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，可以用節(jié)能型變壓器代替原有設(shè)備。節(jié)能變壓器的工作原理是在空載狀態(tài)下，能夠負(fù)載較低耗損的變壓器，充分發(fā)揮出電氣系統(tǒng)的效能。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)多數(shù)污水處理廠幾乎都使用干式變壓器，這種類(lèi)型的變壓器具有方便維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這種變壓器與油浸式變壓器相比，它的空載和負(fù)載耗損較大，而且干式變壓器承受過(guò)載能力差，必要時(shí)還是要選用油浸式變壓器。在新技術(shù)支持下，油浸式變壓器已經(jīng)升級(jí)至S14、S13、S11等，在一定程度上降低了污水處理廠的電氣能耗。

4.5.2 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

除把控好變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)外，污水處理廠還要做好無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)工作，主要以電路負(fù)荷值為基準(zhǔn)，應(yīng)用集中補(bǔ)償或者就地補(bǔ)償?shù)妊b置，采取這樣的操作方式，對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，確保污水處理廠內(nèi)的電氣設(shè)備都可以處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，從而降低電氣線路的耗損，也能使電力資源得到高效利用。

4.5.3 諧波處理設(shè)計(jì)

污水處理廠的電氣系統(tǒng)較為復(fù)雜，由于含有大量的非線性線路，容易出現(xiàn)諧波的現(xiàn)象，倘若未能及時(shí)解決諧波問(wèn)題，會(huì)對(duì)污水處理廠的電氣系統(tǒng)運(yùn)行造成干擾，同時(shí)產(chǎn)生大量的電損。在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，就要重視這一問(wèn)題，可以采取接線的方法，連接污水處理廠中變壓器的相關(guān)點(diǎn)，并安裝源濾波器、無(wú)源濾波器，以此提升整個(gè)電氣系統(tǒng)的抗諧波能力。但在電氣系統(tǒng)運(yùn)行中也會(huì)出現(xiàn)一些諧波，不過(guò)應(yīng)用這種方法后，可以保障電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。

5 污水處理廠電氣節(jié)能措施

5.1 供配電系統(tǒng)節(jié)能措施

（1）應(yīng)將配電室、變電所合理地設(shè)置于配電中心，使配電的半徑有效減少，這樣一來(lái)，初始投資金額也會(huì)相應(yīng)減少，降低電纜線的損耗，從而安全、穩(wěn)定地供電。

（2）應(yīng)正確選取變壓器，明確變壓器數(shù)量與容量。應(yīng)與經(jīng)濟(jì)最優(yōu)負(fù)荷率為前提，正確選取變壓器個(gè)數(shù)、變壓器容量。應(yīng)按照用電性質(zhì)對(duì)變壓器數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化配置，防止由于變壓器負(fù)荷減少而導(dǎo)致電力浪費(fèi)。根據(jù)變壓器損耗曲線，應(yīng)控制最小變壓器損耗率的區(qū)間，一般以0.5～0.6為宜。

（3）增加功率因數(shù)后，能夠通過(guò)供配電系統(tǒng)的渠道使變壓器無(wú)功損耗、線路無(wú)功損耗有效降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的最終目的。當(dāng)增加功率因數(shù)、減少無(wú)功功率后，負(fù)荷電流、功率便會(huì)減少，在此基礎(chǔ)上，線路截面、變壓器容量的選取更加具有合理性，充分達(dá)到減少投資、節(jié)能降耗的目標(biāo)。

（4）高次諧波抑制。伴隨污水處理廠普及和推廣變頻調(diào)速裝置，其非線性負(fù)荷處于不斷增加的發(fā)展?fàn)顟B(tài)中，相應(yīng)地增加了水處理系統(tǒng)諧波的整體含量，這會(huì)使系統(tǒng)自身功率因數(shù)大幅降低，形成電路、設(shè)備熱效應(yīng)，大量損耗電能。因此，應(yīng)全面地檢測(cè)、監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)與供電系統(tǒng)的諧波，實(shí)施切實(shí)可行的諧波抑制方案，讓電網(wǎng)受到諧波帶來(lái)的不利影響有效減少，在節(jié)能領(lǐng)域發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值。需要注意的是，節(jié)能問(wèn)題是污水處理廠配電系統(tǒng)的重要問(wèn)題。

5.2 設(shè)備和線路節(jié)能措施

（1）用電負(fù)荷科學(xué)分配，采用三相負(fù)荷來(lái)保持不同供電電路間的平衡性，如路燈負(fù)荷和照明負(fù)荷等。與此同時(shí)，應(yīng)對(duì)用電負(fù)荷的合理性、平衡性加以考慮，防止出現(xiàn)過(guò)高的單相負(fù)荷現(xiàn)象，從而避免線路隨之出現(xiàn)損耗。

（2）合理選取導(dǎo)線截面、電纜。對(duì)電纜進(jìn)行選取的過(guò)程中，應(yīng)將電纜、電線經(jīng)濟(jì)截面積作為主要依據(jù)。在電纜選型方面，應(yīng)將短路電流和工作電流作為重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，并按照電纜使用壽命、投資情況展開(kāi)合理而經(jīng)濟(jì)的選擇。對(duì)配電路線進(jìn)行選取的過(guò)程中，盡可能地對(duì)高導(dǎo)電性導(dǎo)線進(jìn)行選取，使導(dǎo)線的截面盡量增大，從而讓線路損耗顯著降低。

5.3 控制系統(tǒng)的節(jié)能措施

污水處理廠中有多種類(lèi)型的設(shè)備，加之污水處理的各種工藝相對(duì)復(fù)雜，因此其控制系統(tǒng)需正確選擇。應(yīng)優(yōu)先選擇精確、智能的控制系統(tǒng)，自動(dòng)化調(diào)整所有參數(shù)，與上位機(jī)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，提高污水處理廠設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、啟動(dòng)的合理性，發(fā)揮更好的節(jié)能效果。

與此同時(shí)，應(yīng)對(duì)變頻調(diào)速的節(jié)能設(shè)備進(jìn)行選取，其原因是廢水處理廠的設(shè)備普遍具有較高的容量和負(fù)荷，如泵、風(fēng)機(jī)等。進(jìn)行設(shè)備選取的過(guò)程中，通常應(yīng)按照最高的污水處理要求加以選擇。但在實(shí)際中，各種設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)負(fù)荷，從而導(dǎo)致能源浪費(fèi)、能源消耗等情況出現(xiàn)。

除此之外，廠內(nèi)電機(jī)通常處于快速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易增加電機(jī)磨損程度，并且維修電機(jī)會(huì)產(chǎn)生較高的費(fèi)用。應(yīng)借助節(jié)能新設(shè)備的使用來(lái)控制計(jì)算機(jī)，動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)設(shè)備的負(fù)荷狀態(tài)，智能化調(diào)節(jié)水泵流量、風(fēng)機(jī)風(fēng)量等，既保證了降耗、節(jié)能，又發(fā)揮了控制效果。

5.4 照明系統(tǒng)的節(jié)能措施

污水處理廠的工作模式為全天候運(yùn)作模式，這無(wú)疑會(huì)消耗大量的電力，因此，照明節(jié)能變得至關(guān)重要。選取照明裝置時(shí)，應(yīng)盡可能選取對(duì)光學(xué)控制性能良好的節(jié)能燈，與此同時(shí)，照明屬于節(jié)能、環(huán)?？刂葡到y(tǒng)，其科學(xué)使用與智能化操作技術(shù)應(yīng)用具有一定的必要性。要想使能源得到節(jié)約，應(yīng)做好相鄰光源的電路切換工作，從而讓工作人員通過(guò)照明實(shí)現(xiàn)用電節(jié)約的目的。

從工作人員角度看，制裁、激勵(lì)等機(jī)制相結(jié)合有利于引導(dǎo)全體工作人員節(jié)約能源。基于眩光限制的前提，應(yīng)對(duì)開(kāi)啟式照明燈具、高效率燈具進(jìn)行選取，保證安裝燈具的最低高度、美觀度等使用要求，使安裝燈具的高度得到有效控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的良好效果。應(yīng)科學(xué)設(shè)置局部的照明，在照度要求較高的區(qū)域進(jìn)行局部照明設(shè)置，通常照明要求高的區(qū)域需實(shí)施高處照明；選取鎮(zhèn)流器時(shí)，應(yīng)以電子鎮(zhèn)流器、因數(shù)電感鎮(zhèn)流器優(yōu)先。

應(yīng)設(shè)置智能、新型的控制照明裝置，裝置需具備人體感應(yīng)、時(shí)控、光控等完整的功能，能夠在存在照明需求時(shí)瞬間打開(kāi)燈，不存在照明需求時(shí)則關(guān)閉燈。除此之外，應(yīng)利用好自然光與太陽(yáng)能源，讓節(jié)能效益實(shí)現(xiàn)最大化。

6 結(jié)束語(yǔ)

污水處理廠要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)深入貫徹節(jié)能理念，針對(duì)現(xiàn)存的節(jié)能問(wèn)題，如電氣設(shè)備能源管理不到位、電氣運(yùn)行不正常等，進(jìn)一步優(yōu)化電氣節(jié)能設(shè)計(jì)。通過(guò)合理設(shè)置變電場(chǎng)所，恰當(dāng)選用變壓裝置以及高效配置現(xiàn)場(chǎng)電纜等，減少能源耗損。同時(shí)，要采取科學(xué)的節(jié)能措施來(lái)解決節(jié)能問(wèn)題，主要是采取供配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電氣設(shè)備和線路節(jié)能措施，降低能耗，減少成本，促進(jìn)污水處理廠長(zhǎng)效發(fā)展。