市政水厂协同供电模式下的运行调节方法研究与应用

潘旗 陈北洋 王正平

（华电水务工程有限公司 北京 100000）

市政水厂协同供电模式下的运行调节方法研究与应用

潘旗 陈北洋 王正平

（华电水务工程有限公司 北京 100000）

根据市电价波动、光伏发电量单峰型变化规律可计算协同供电模式下综合电价。通过分析综合电价及市政水厂运行特点，给出市政水厂协同供电模式下的运行方案。综合电价高峰时段集中处理，结合工/变频及功率匹配，确保用电设备高效运行。

综合电价；协同供电；运行调节

引言

在市政给排水领域，水厂运营效益主要由人工、药耗和能耗决定，其中能耗为最具弹性空间的因素之一。在通过对设备运行负荷、时间、功率匹配等进行彻底优化和排查后，节能降耗的手段似乎已至穷尽，另一方面，水厂空旷的厂区平面则为清洁能源的利用提供了应用空间。光伏发电技术虽已日臻成熟，但分布式光伏发电技术在市政水厂的应用却是近几年刚刚兴起。要确保该技术在水厂成功应用并取得一定效益，必须结合光伏发电电量变化规律以及水厂运行特点，给出协同供电模式下水厂的合理运行方案[1]。

1 光伏发电量的变化规律

1.1 光伏发电量变化规律

光伏发电量与辐射强度直接相关，有季节性、时段性规律。一年中太阳总辐射量变化呈单峰型。1～5月随太阳高度角渐增和白昼延长，月总辐射量逐渐增加；6~12月则随太阳高度角的减小和昼长缩短而逐月递减，光伏发电量变化趋势一致。一日内逆变器自凌晨5-7时开始运行，随日照强度增强光伏发电量逐渐增加，11-14时达到峰值，下午随日照强度减弱光伏发电量渐减少，17-19时停止运行。

1.2 光伏装机容量

水厂光伏装机规模需综合考虑几个因素：上级变压器容量、水厂剩余可利用空间、太阳能资源评价、处理水量及用电量。

2 厂用市电价格及光伏发电补贴

2.1 市电价格

网电电价根据时段不同，电价差距显著。石家庄某水厂全厂平均电价为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

分布式光伏发电有余上网收益为光伏度电补贴（0.42元/kWh）与标煤电价之和，自发自用收益为光伏度电补贴与对应时段的网电电价之和。

3 水厂协同供电模式

3.1 协同供电模式

光伏发电量与厂用电量关系图如图1所示，曲线1为光伏出力曲线，曲线2为水厂用电曲线，区域1为上网电量，区域2为厂用光伏电量，区域3为厂用市电[2]。

图1 光伏发电量与水厂用电量关系曲线

3.2 综合电价分析

水厂水量、日用电量具有季节性及时段性。一般情况夏季负荷高于冬季；一日内水量也有波动，变化系数在1.2-1.5左右，水量高峰出现在8:00-12:00，低谷出现在22:00-6:00。

根据上述规律，可将日运行周期分为若干时段。对各时段的供电模式、市电价格、光伏发电效率等分别进行统计，如表1所示。

表1 协同供电模式下水厂综合电价分析

在光伏效率100%的情况下，光伏发电量基本满足水厂用电量需求，光伏发电上网比率在5%以下，因此忽略余电上网收入，根据上述信息可计算协同供电模式下水厂的综合电价。

综合电价（元/kWh）=市电价（元/kWh）×市电供电率（%）-光伏补贴电价（元/kWh）×光伏效率（%）

综合电价水平趋势图如图2所示，由图可见，综合电价有明显的峰谷区间。

图2 综合电价水平趋势图

4 协同供电水厂运行调节

4.1 协同供电水厂运行调节

水厂主要耗电设备为鼓风机及水泵，因此合理调整风机水泵的运行方式，对于协同供电系统的经济运行十分关键。及时消纳光伏发电量，使主要用电设备在光伏发电集中时段运行，减少在网电电价较高且光伏发电量较低时段运行是主要的调节目标[3]。

根据综合电价水平趋势，22:00-6:00、16:00-18:00两时段，综合电价相当于市电谷值水平，22:00-6:00时段水厂负荷较低，集中调蓄处理，16:00-18:00水厂负荷一般，水厂维持正常运行方式。9:30-11:00时段，综合电价维持在极低水平（甚至为负值，取得电费收入），水厂负荷也是全天最高，建议水量集中到这个时段进行处理，主要用电设备集中运行；在18:00-22:00时段，综合电价达到市电峰值水平，且水厂自然负荷处于一般水平，建议集中调蓄处理，确保主要设备在高效区运行。水厂的调蓄处理主要有三个环节，如图3所示。

图3 水厂调蓄处理示意图

预处理环节调节水厂进水量；深度处理环节使用调节水池调蓄水量；出水环节使用清水池调节出厂水量。上述方式与工/变频、不同功率电气设备切换相结合，可实现系统节能。

4.2 协同供电水厂季节性调节

随着季节变化，光伏发电时间、处理水量及日用电量会发生波动，可结合上述原则灵活调节。总体来说，工艺参数控制因季而异，冬季单位电耗高于夏季。夏季高温，微生物活性较高，活性污泥的浓度高，可适当降低曝气量，相应缩短鼓风机运行时间；冬季低温，微生物活性降低，处理能力下降，应适当增加曝气量，相应延长鼓风机运行时间，单位电耗指标较高。因冬季光伏有效发电小时数较短，更应提高光伏发电时段的处理量并辅以采用提高污泥回流比、延长污泥龄、提高活性污泥浓度的方法，提高总体效率[4]。

[1]王少波,卿湘运.光伏发电系统在污水处理厂中的实施研究[J].能源环境保护,2016,30(2):1-5.

[2]孙振宇,沈明忠.污水处理厂分布式光伏的构建及优化[J].新能源进展,2017,5(2):151-156.

[3]吴友焕,余国保,张玲,等.污水处理厂光伏发电应用前景初探——以湖南某污水处理厂为例[J].太阳能,2016(5):36-40.

[4]赵宇.季节性气温变化对污水处理厂运行效果的影响[J].山西建筑,2014,40(16):149-150.