分布式光伏發電系統在污水處理廠的應用

文_房鎮 傅洪波 丁良才

1.昆明滇池水務股份有限公司 2.云南拓日科技有限公司

截止2018年，我國城鎮累計建成運行污水處理廠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，電費約占污水處理成本的50%～70%。在國家大力提倡節能降耗的背景下，污水處理廠的節能降耗應被引起足夠重視。

1 分布式光伏發電

分布式光伏發電，是指在用戶所在場地附近建設、運行方式以用戶側自發自用為主、多余電量上網，且在配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。分布式光伏發電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則，充分利用當地太陽能資源，替代和減少化石能源消費。

2 分布式光伏發電的優點及在污水處理領域的應用

分布式是對應集中式發電站來說的，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。具體有以下優點：①分布式光伏發電系統不受地域限制，在偏遠山區、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，對電網影響小，可應用在工業廠房、公共建筑、居民屋頂上；③污染小、環保效益突出。

在污水處理中的應用主要包括兩個方面：一是通過光伏發電電解,實現污染物去除并回收；二是通過光伏發電為污水生物處理提供電能。

3 分布式光伏發電系統在污水處理廠中的應用

現以云南某污水處理廠300kWp分布式光伏發電系統為例，該污水處理廠利用CAST生物反應池頂和辦公樓屋頂的空間建設光伏發電系統。

3.1 污水處理廠簡介

該污水處理廠處理規模為20000m3/d,采用循環式活性污泥法工藝（CAST工藝），屬于污染物的生物化學轉化技術的應用，其工藝流程圖見圖1。

圖1

3.2 系統主體設計

光伏發電系統的光伏組件布置在CAST反應池頂和辦公樓屋頂，并網逆變器放置在配電室機房內。除以上設備外，為便于系統的運行管理和發電量監測，系統配置一套環境監測裝置，實時監測發電系統處的太陽輻射、風速、氣溫等數據。

該系統光伏方陣總容量為300kWp，合計安裝1104塊265Wp的光伏組件，配置6臺50kW并網逆變器。按照光伏組件耐壓1000V；并網逆變器最大耐壓1000V；組件電壓溫度系數-0.337%/℃；以當地極端最低環境溫度取-15℃；按照《光伏發電站設計規范》取上限23塊光伏組件為一個組串。

3.3 光伏系統發電量預測

在最佳傾角24°情況下，光伏方陣獲得的全年有效日照小時數為1778h?？紤]系統總效率為80%，則該系統的有效日照小時數取值為1422.4h。光伏發電系統的壽命一般為25年，為便于計算，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數進行計算，即可得出各發電系統的各年發電量（表1）。

表1 發電量預測

3.4 經濟效益

本項目按照全部自發自用設計光伏裝機容量，光伏系統產生的收益來自于抵消向電網購電形成的收益，和獲得的國家給予的0.37元/kWh分布式光伏發電補貼。該項目獲得的收益如表2。

表2 光伏系統收益表（ 單位：萬元）

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

從表2可以看出，項目投入運營的25年內累計節省電費767.71萬元。國家給予分布式光伏系統20年的度電補貼期，該期間獲得的財政補貼為289.64萬元，25年內實際可以實現的總收益為1057.35萬元。

3.5 社會效益、環境效益

在污水處理廠建立分布式光伏發電系統，具有較好的經濟效益、社會效益和環境效益。根據IPCC2006換算取值，該項目25年發電期內可以實現的減排值如表3。

表3 溫室氣體的節能減排統計表

4 結語

在本文中根據某污水處理廠實際布局與能耗需求，設計300kWp分布式光伏發電系統，可以對污水處理廠的機電設備進行間斷式供電。滿足了污水處理廠白天用電高峰期時的電力供應，既將污水池上方二次開發利用又在一定程度上控制了污水池的蒸發量和溫度，提高了污水處理能力。