市政水廠協同供電模式下的運行調節方法研究與應用

潘旗 陳北洋 王正平

（華電水務工程有限公司 北京 100000）

市政水廠協同供電模式下的運行調節方法研究與應用

潘旗 陳北洋 王正平

（華電水務工程有限公司 北京 100000）

根據市電價波動、光伏發電量單峰型變化規律可計算協同供電模式下綜合電價。通過分析綜合電價及市政水廠運行特點，給出市政水廠協同供電模式下的運行方案。綜合電價高峰時段集中處理，結合工/變頻及功率匹配，確保用電設備高效運行。

綜合電價；協同供電；運行調節

引言

在市政給排水領域，水廠運營效益主要由人工、藥耗和能耗決定，其中能耗為最具彈性空間的因素之一。在通過對設備運行負荷、時間、功率匹配等進行徹底優化和排查后，節能降耗的手段似乎已至窮盡，另一方面，水廠空曠的廠區平面則為清潔能源的利用提供了應用空間。光伏發電技術雖已日臻成熟，但分布式光伏發電技術在市政水廠的應用卻是近幾年剛剛興起。要確保該技術在水廠成功應用并取得一定效益，必須結合光伏發電電量變化規律以及水廠運行特點，給出協同供電模式下水廠的合理運行方案[1]。

1 光伏發電量的變化規律

1.1 光伏發電量變化規律

光伏發電量與輻射強度直接相關，有季節性、時段性規律。一年中太陽總輻射量變化呈單峰型。1～5月隨太陽高度角漸增和白晝延長，月總輻射量逐漸增加；6~12月則隨太陽高度角的減小和晝長縮短而逐月遞減，光伏發電量變化趨勢一致。一日內逆變器自凌晨5-7時開始運行，隨日照強度增強光伏發電量逐漸增加，11-14時達到峰值，下午隨日照強度減弱光伏發電量漸減少，17-19時停止運行。

1.2 光伏裝機容量

水廠光伏裝機規模需綜合考慮幾個因素：上級變壓器容量、水廠剩余可利用空間、太陽能資源評價、處理水量及用電量。

2 廠用市電價格及光伏發電補貼

2.1 市電價格

網電電價根據時段不同，電價差距顯著。石家莊某水廠全廠平均電價為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

分布式光伏發電有余上網收益為光伏度電補貼（0.42元/kWh）與標煤電價之和，自發自用收益為光伏度電補貼與對應時段的網電電價之和。

3 水廠協同供電模式

3.1 協同供電模式

光伏發電量與廠用電量關系圖如圖1所示，曲線1為光伏出力曲線，曲線2為水廠用電曲線，區域1為上網電量，區域2為廠用光伏電量，區域3為廠用市電[2]。

圖1 光伏發電量與水廠用電量關系曲線

3.2 綜合電價分析

水廠水量、日用電量具有季節性及時段性。一般情況夏季負荷高于冬季；一日內水量也有波動，變化系數在1.2-1.5左右，水量高峰出現在8:00-12:00，低谷出現在22:00-6:00。

根據上述規律，可將日運行周期分為若干時段。對各時段的供電模式、市電價格、光伏發電效率等分別進行統計，如表1所示。

表1 協同供電模式下水廠綜合電價分析

在光伏效率100%的情況下，光伏發電量基本滿足水廠用電量需求，光伏發電上網比率在5%以下，因此忽略余電上網收入，根據上述信息可計算協同供電模式下水廠的綜合電價。

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

綜合電價水平趨勢圖如圖2所示，由圖可見，綜合電價有明顯的峰谷區間。

圖2 綜合電價水平趨勢圖

4 協同供電水廠運行調節

4.1 協同供電水廠運行調節

水廠主要耗電設備為鼓風機及水泵，因此合理調整風機水泵的運行方式，對于協同供電系統的經濟運行十分關鍵。及時消納光伏發電量，使主要用電設備在光伏發電集中時段運行，減少在網電電價較高且光伏發電量較低時段運行是主要的調節目標[3]。

根據綜合電價水平趨勢，22:00-6:00、16:00-18:00兩時段，綜合電價相當于市電谷值水平，22:00-6:00時段水廠負荷較低，集中調蓄處理，16:00-18:00水廠負荷一般，水廠維持正常運行方式。9:30-11:00時段，綜合電價維持在極低水平（甚至為負值，取得電費收入），水廠負荷也是全天最高，建議水量集中到這個時段進行處理，主要用電設備集中運行；在18:00-22:00時段，綜合電價達到市電峰值水平，且水廠自然負荷處于一般水平，建議集中調蓄處理，確保主要設備在高效區運行。水廠的調蓄處理主要有三個環節，如圖3所示。

圖3 水廠調蓄處理示意圖

預處理環節調節水廠進水量；深度處理環節使用調節水池調蓄水量；出水環節使用清水池調節出廠水量。上述方式與工/變頻、不同功率電氣設備切換相結合，可實現系統節能。

4.2 協同供電水廠季節性調節

隨著季節變化，光伏發電時間、處理水量及日用電量會發生波動，可結合上述原則靈活調節。總體來說，工藝參數控制因季而異，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，可適當降低曝氣量，相應縮短鼓風機運行時間；冬季低溫，微生物活性降低，處理能力下降，應適當增加曝氣量，相應延長鼓風機運行時間，單位電耗指標較高。因冬季光伏有效發電小時數較短，更應提高光伏發電時段的處理量并輔以采用提高污泥回流比、延長污泥齡、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.光伏發電系統在污水處理廠中的實施研究[J].能源環境保護,2016,30(2):1-5.

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

[3]吳友煥,余國保,張玲,等.污水處理廠光伏發電應用前景初探——以湖南某污水處理廠為例[J].太陽能,2016(5):36-40.

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