面向生活污水處理廠的負荷特性及影響因素研究

朱昕婷

面向生活污水處理廠的負荷特性及影響因素研究

朱昕婷

（北京中聯環工程股份有限公司，北京 100037）

在城市生活污水處理廠實際運行過程中，電力負荷無法得到良好控制，造成用電設備運行效率普遍降低。為此，開展城市生活污水處理廠電力負荷特性分析。以電力負荷特性為基礎，通過建立電力負荷特性指標體系，計算城市生活污水處理廠電力負荷率，分析影響處理廠電力負荷的主要因素。結合電力負荷特性分析結果，提出減輕處理廠電力負荷運行負擔的建議，以期為處理廠資源優化配置提供科學、綠色、可靠的決策依據。

城市生活污水；處理廠；電力負荷；特性分析

0 引言

當前城市生活污水處理廠的運營現狀不容樂觀，其污水處理能力嚴重低于預期能力，甚至大部分的水污染處理廠處于半開放半停運的狀態[1]。為了進一步實現對城市生活污水蔓延趨勢的控制，保障城市供水水源，實現對城市用水的高效利用，有必要提升全國城市生活污水處理廠的運行效率[2]。

限制城市生活污水處理廠運行效率的主要原因是其電力負荷的影響。處理廠在運行過程中不能滿負荷運轉，會使部分城市生活污水未經加工處理就直接排放到環境中，造成環境污染，導致處理廠的社會效益和經濟效益不斷下降[3]。因此，進行面向生活污水處理廠的電力負荷特性分析很有必要。基于此，本文開展城市生活污水處理廠電力負荷特性分析，為后續提升處理廠運行效率提供依據。

1 城市生活污水處理廠電力負荷特性分析

準確的電力負荷特性分析可以為企業的生產經營與計劃管理等提供重要的數據支撐，從而指導企業的經營規劃工作[4]。通過對城市生活污水處理廠各環節的負荷特性進行深入分析，可以摸清不同環節的負荷運行狀況，把握其變化規律與發展趨勢，進而制定并完善相應的運行機制，實現對處理廠電力負荷的調控[5]，并最終達到提升處理廠運行效率的目的。

1.1 電力負荷特性指標體系建立

為更加客觀地對城市生活污水處理廠的電力負荷特性進行描述，準確地分析電力負荷變化趨勢，首先應當建立電力負荷特性指標體系，通過計算體系當中各項指標參數，達到分析負荷特性的目的[6]。城市生活污水處理廠主要的電力設備為鼓風機、水泵等，其用電量約占城市生活污水處理廠總電力負荷的70%以上。傳統電力負荷特性指標未考慮城市生活污水處理廠的用電特性，因此，本文根據CJJ 120—2008《城鎮排水系統電氣與自動化工程技術規程》，結合城市生活污水處理廠實際情況，設定供電負荷為二級負荷，選擇可獲得程度較高、并且適應性更強的指標[7]。

根據城市生活污水處理廠中各用電設備的實際運行情況，各設備的電力負荷與指標的日相關性、累積效應、耦合效應，選出各用電設備的如下指標：

1）每日最小或最大用電負荷。處理廠存在水流量多的高峰時間，也存在水流量少的低谷時間。根據處理廠用電負荷記錄表中的內容，選擇其中數值最大或最小的數據。用電負荷記錄過程中可將記錄時間間隔設置為60min、30min、15min或瞬時。

2）每日平均用電負荷。

3）每日用電負荷率。一般情況下，選取每月最大用電負荷日的平均負荷進行計算，即

除上述需要通過計算得出的指標以外還包括：每日電力負荷變化峰谷差，即處理廠用電設備每天最大的用電負荷與最小的用電負荷之差；每日電力負荷變化峰谷差率，即處理廠用電設備每日最大用電負荷與最小用電負荷相差數值與最大用電負荷比值。

在實際生活污水處理廠的工作中，還應考慮計算水泵的揚程、流量及用電功率，以保證水泵在任何條件下都能運行。因此，應著重考慮水泵在一天中的最大負荷，將其當做水泵正常運行時所需的平均功率。

關鍵電力負荷特性指標的影響程度采用相關分析法，即研究兩個指標之間是否存在某種依存關系，并探討其相關程度，比較相關系數，相關系數越大，則指標與污水處理廠總電力負荷的相關程度越高。相關系數的計算公式為

由此，找出適用于分析城市生活污水處理廠的電力負荷特性的關鍵指標，并確定指標對生活污水處理廠的電力負荷的影響程度。

1.2 城市生活污水處理廠電力負荷率確定

表1 用電設備電力負荷高峰出現時段

通過分析某城市生活污水處理廠用電設備的電力負荷特性可知，冬季與夏季產生不同負荷高峰個數的主要原因是冬季的白天時間較短，產生的城市生活污水增加時域較為集中[10]。同時，處理廠的值班班組交接與休息時間也會對負荷高峰個數造成一定影響。大多數處理廠均是以三班制交接。在交接班的休息時間內負荷普遍較低，之后負荷不斷增加逐漸達到負荷高峰。

月負荷率是指處理廠每個月用電設備的平均電力負荷與每個月最大用電負荷的日平均負荷的比值，處理廠每個月的平均電力負荷變化產生較大波動是由于在一個月內，處理廠進行停工檢修、作業順序存在不均衡等問題引發[11]。除上述影響以外，月負荷率出現波動還受以下幾點因素的影響：

2）季負荷率也可看作是季不均衡系數，季負荷率的變化與年電力負荷和年最大電力負荷的產生時間有直接關系[13]。通常情況下，處理廠每年最大的電力負荷出現在夏季，其主要原因是處理廠為了保證用電設備的高效利用和壽命延長，會增加部分用于降溫的用電設備，因此電力負荷會進一步增加。

1.3 分析影響處理廠電力負荷主要因素

通過上述對城市生活污水處理廠每日用電負荷率、每月用電負荷率和每年用電負荷率的計算，影響處理廠電力負荷變化的主要因素包括處理廠用電設備結構組成、氣候條件、各處理環節電力需求側管理等。

處理廠用電設備結構組成對處理廠電力負荷造成影響是由于處理廠中不同污水處理環節使用的用電設備不同，部分環節中可不使用用電設備，而部分環節中必須使用用電設備。用電設備越多，電力負荷的每日用電負荷、每月用電負荷和每年用電負荷數值均越大；用電設備越少，電力負荷的每日用電負荷、每月用電負荷和每年用電負荷數值均越 小[14]。因此，針對上述電力負荷特性，處理廠應當找到有效的調節手段，例如將部分用電過多的環節簡化或分散到各個用電設備組成較少的環節當中，否則有效負荷率水平將會持續不斷地下降。

氣候條件對處理廠電力負荷造成影響是由于不同氣候類型下，處理廠的氣候條件差異較大引起的。例如，在夏季，城市生活污水處理廠會消耗部分電能用于對用電設備的降溫；而在冬季，城市生活污水處理廠會消耗部分電能用于對處理廠作業人員的保暖[15]。通常情況下，氣候的影響對月負荷率的影響程度較高。當平均氣溫超過同一時期的夏季月份時，月負荷率會逐漸降低，電力負荷高峰時其峰谷之間的差距較大。

各處理環節電力需求側管理是人為向處理廠電力負荷施加的影響因素，其主要目的是保證用電經濟性的同時，提升用電設備的運行可靠性。當前，處理廠中各處理環節電力需求側管理通常會采用削峰、填谷、移峰等方式，其主要目的是為了降低用電設備在電力負荷時段內對電力的需求，使各用電設備的需求在不斷增加的同時，依然能夠保持較為平穩的電力負荷波動。為實現城市生活污水處理廠的高質量用電水平，可采取以下有效的電力需求側管理方法：首先，通過對污水處理環節中可變作業流程進行合理規劃，將電力負荷值較高的用電設備轉移到流程中電力負荷值較低的環節，實現對電力負荷的移峰；其次，提高新增用電設備使用低谷電能的比重，在保證用電設備穩定運行的過程中，實現電力負荷的柔性運動。除此之外，針對處理廠中電力負荷較高的用電設備，還可適當實施間斷運行機制，在電力運行相對緊張階段，縮短這一類型用電設備的使用時間，以此達到提升處理廠用電可靠性、提高經濟效益的目的。

2 結論

當前我國電力體制不斷深化和改革，電力負荷特性的分析工作對城市生活污水處理廠的經營與發展發揮重要作用。本文通過對處理廠電力負荷特性進行研究，分析影響處理廠電力負荷波動的主要因素，為處理廠日后進行電網規劃和用電負荷分配提供參考。

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Study on load characteristics and influencing factors for domestic sewage treatment plants

ZHU Xinting

(Beijing China-Union Engineering Co., Ltd, Beijing 100037)

The power load of urban domestic sewage treatment plants can’t be well controlled in the actual operation process, which leads to the general reduction of the operation efficiency of electrical equipment. Therefore, the power load characteristics of urban domestic sewage treatment plants are analyzed. On the basis of power load characteristics, the power load rate of municipal domestic sewage treatment plant is calculated by establishing the index system of power load characteristics, and the main factors affecting the power load of the treatment plant are analyzed. Combined with the analysis results of power load characteristics, some suggestions are put forward to reduce the burden of the treatment plant, so as to provide scientific, green and reliable decision-making basis for the optimal allocation of resources for the treatment plant.

urban domestic sewage; treatment plant; power load; characteristic analysis

2020-12-30

2021-01-15

朱昕婷（1984—），女，漢族，新疆烏魯木齊人，學士，主要研究方向為市政電氣設計。