面向生活污水处理厂的负荷特性及影响因素研究

朱昕婷

面向生活污水处理厂的负荷特性及影响因素研究

朱昕婷

（北京中联环工程股份有限公司，北京 100037）

在城市生活污水处理厂实际运行过程中，电力负荷无法得到良好控制，造成用电设备运行效率普遍降低。为此，开展城市生活污水处理厂电力负荷特性分析。以电力负荷特性为基础，通过建立电力负荷特性指标体系，计算城市生活污水处理厂电力负荷率，分析影响处理厂电力负荷的主要因素。结合电力负荷特性分析结果，提出减轻处理厂电力负荷运行负担的建议，以期为处理厂资源优化配置提供科学、绿色、可靠的决策依据。

城市生活污水；处理厂；电力负荷；特性分析

0 引言

当前城市生活污水处理厂的运营现状不容乐观，其污水处理能力严重低于预期能力，甚至大部分的水污染处理厂处于半开放半停运的状态[1]。为了进一步实现对城市生活污水蔓延趋势的控制，保障城市供水水源，实现对城市用水的高效利用，有必要提升全国城市生活污水处理厂的运行效率[2]。

限制城市生活污水处理厂运行效率的主要原因是其电力负荷的影响。处理厂在运行过程中不能满负荷运转，会使部分城市生活污水未经加工处理就直接排放到环境中，造成环境污染，导致处理厂的社会效益和经济效益不断下降[3]。因此，进行面向生活污水处理厂的电力负荷特性分析很有必要。基于此，本文开展城市生活污水处理厂电力负荷特性分析，为后续提升处理厂运行效率提供依据。

1 城市生活污水处理厂电力负荷特性分析

准确的电力负荷特性分析可以为企业的生产经营与计划管理等提供重要的数据支撑，从而指导企业的经营规划工作[4]。通过对城市生活污水处理厂各环节的负荷特性进行深入分析，可以摸清不同环节的负荷运行状况，把握其变化规律与发展趋势，进而制定并完善相应的运行机制，实现对处理厂电力负荷的调控[5]，并最终达到提升处理厂运行效率的目的。

1.1 电力负荷特性指标体系建立

为更加客观地对城市生活污水处理厂的电力负荷特性进行描述，准确地分析电力负荷变化趋势，首先应当建立电力负荷特性指标体系，通过计算体系当中各项指标参数，达到分析负荷特性的目的[6]。城市生活污水处理厂主要的电力设备为鼓风机、水泵等，其用电量约占城市生活污水处理厂总电力负荷的70%以上。传统电力负荷特性指标未考虑城市生活污水处理厂的用电特性，因此，本文根据CJJ 120—2008《城镇排水系统电气与自动化工程技术规程》，结合城市生活污水处理厂实际情况，设定供电负荷为二级负荷，选择可获得程度较高、并且适应性更强的指标[7]。

根据城市生活污水处理厂中各用电设备的实际运行情况，各设备的电力负荷与指标的日相关性、累积效应、耦合效应，选出各用电设备的如下指标：

1）每日最小或最大用电负荷。处理厂存在水流量多的高峰时间，也存在水流量少的低谷时间。根据处理厂用电负荷记录表中的内容，选择其中数值最大或最小的数据。用电负荷记录过程中可将记录时间间隔设置为60min、30min、15min或瞬时。

2）每日平均用电负荷。

3）每日用电负荷率。一般情况下，选取每月最大用电负荷日的平均负荷进行计算，即

除上述需要通过计算得出的指标以外还包括：每日电力负荷变化峰谷差，即处理厂用电设备每天最大的用电负荷与最小的用电负荷之差；每日电力负荷变化峰谷差率，即处理厂用电设备每日最大用电负荷与最小用电负荷相差数值与最大用电负荷比值。

在实际生活污水处理厂的工作中，还应考虑计算水泵的扬程、流量及用电功率，以保证水泵在任何条件下都能运行。因此，应着重考虑水泵在一天中的最大负荷，将其当做水泵正常运行时所需的平均功率。

关键电力负荷特性指标的影响程度采用相关分析法，即研究两个指标之间是否存在某种依存关系，并探讨其相关程度，比较相关系数，相关系数越大，则指标与污水处理厂总电力负荷的相关程度越高。相关系数的计算公式为

由此，找出适用于分析城市生活污水处理厂的电力负荷特性的关键指标，并确定指标对生活污水处理厂的电力负荷的影响程度。

1.2 城市生活污水处理厂电力负荷率确定

表1 用电设备电力负荷高峰出现时段

通过分析某城市生活污水处理厂用电设备的电力负荷特性可知，冬季与夏季产生不同负荷高峰个数的主要原因是冬季的白天时间较短，产生的城市生活污水增加时域较为集中[10]。同时，处理厂的值班班组交接与休息时间也会对负荷高峰个数造成一定影响。大多数处理厂均是以三班制交接。在交接班的休息时间内负荷普遍较低，之后负荷不断增加逐渐达到负荷高峰。

月负荷率是指处理厂每个月用电设备的平均电力负荷与每个月最大用电负荷的日平均负荷的比值，处理厂每个月的平均电力负荷变化产生较大波动是由于在一个月内，处理厂进行停工检修、作业顺序存在不均衡等问题引发[11]。除上述影响以外，月负荷率出现波动还受以下几点因素的影响：

2）季负荷率也可看作是季不均衡系数，季负荷率的变化与年电力负荷和年最大电力负荷的产生时间有直接关系[13]。通常情况下，处理厂每年最大的电力负荷出现在夏季，其主要原因是处理厂为了保证用电设备的高效利用和寿命延长，会增加部分用于降温的用电设备，因此电力负荷会进一步增加。

1.3 分析影响处理厂电力负荷主要因素

通过上述对城市生活污水处理厂每日用电负荷率、每月用电负荷率和每年用电负荷率的计算，影响处理厂电力负荷变化的主要因素包括处理厂用电设备结构组成、气候条件、各处理环节电力需求侧管理等。

处理厂用电设备结构组成对处理厂电力负荷造成影响是由于处理厂中不同污水处理环节使用的用电设备不同，部分环节中可不使用用电设备，而部分环节中必须使用用电设备。用电设备越多，电力负荷的每日用电负荷、每月用电负荷和每年用电负荷数值均越大；用电设备越少，电力负荷的每日用电负荷、每月用电负荷和每年用电负荷数值均越 小[14]。因此，针对上述电力负荷特性，处理厂应当找到有效的调节手段，例如将部分用电过多的环节简化或分散到各个用电设备组成较少的环节当中，否则有效负荷率水平将会持续不断地下降。

气候条件对处理厂电力负荷造成影响是由于不同气候类型下，处理厂的气候条件差异较大引起的。例如，在夏季，城市生活污水处理厂会消耗部分电能用于对用电设备的降温；而在冬季，城市生活污水处理厂会消耗部分电能用于对处理厂作业人员的保暖[15]。通常情况下，气候的影响对月负荷率的影响程度较高。当平均气温超过同一时期的夏季月份时，月负荷率会逐渐降低，电力负荷高峰时其峰谷之间的差距较大。

各处理环节电力需求侧管理是人为向处理厂电力负荷施加的影响因素，其主要目的是保证用电经济性的同时，提升用电设备的运行可靠性。当前，处理厂中各处理环节电力需求侧管理通常会采用削峰、填谷、移峰等方式，其主要目的是为了降低用电设备在电力负荷时段内对电力的需求，使各用电设备的需求在不断增加的同时，依然能够保持较为平稳的电力负荷波动。为实现城市生活污水处理厂的高质量用电水平，可采取以下有效的电力需求侧管理方法：首先，通过对污水处理环节中可变作业流程进行合理规划，将电力负荷值较高的用电设备转移到流程中电力负荷值较低的环节，实现对电力负荷的移峰；其次，提高新增用电设备使用低谷电能的比重，在保证用电设备稳定运行的过程中，实现电力负荷的柔性运动。除此之外，针对处理厂中电力负荷较高的用电设备，还可适当实施间断运行机制，在电力运行相对紧张阶段，缩短这一类型用电设备的使用时间，以此达到提升处理厂用电可靠性、提高经济效益的目的。

2 结论

当前我国电力体制不断深化和改革，电力负荷特性的分析工作对城市生活污水处理厂的经营与发展发挥重要作用。本文通过对处理厂电力负荷特性进行研究，分析影响处理厂电力负荷波动的主要因素，为处理厂日后进行电网规划和用电负荷分配提供参考。

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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，汉族，新疆乌鲁木齐人，学士，主要研究方向为市政电气设计。