分布式光伏发电系统在污水处理厂的应用

文_房镇 傅洪波 丁良才

1.昆明滇池水务股份有限公司 2.云南拓日科技有限公司

截止2018年，我国城镇累计建成运行污水处理厂4119座，污水处理能力1.82亿m3/d，“十三五”末，城镇污水处理能力将提升至2亿m3/d以上。我国污水处理厂的能耗主要是电耗，平均电耗约为0.292kWh/t，87%的污水厂电耗不超过0.48 kWh/t，电费约占污水处理成本的50%～70%。在国家大力提倡节能降耗的背景下，污水处理厂的节能降耗应被引起足够重视。

1 分布式光伏发电

分布式光伏发电，是指在用户所在场地附近建设、运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则，充分利用当地太阳能资源，替代和减少化石能源消费。

2 分布式光伏发电的优点及在污水处理领域的应用

分布式是对应集中式发电站来说的，只要有阳光、有空地资源，闲置的屋顶、荒漠、盐碱地、滩涂、垃圾场、污水厂，都可以利用起来做光伏电站。具体有以下优点：①分布式光伏发电系统不受地域限制，在偏远山区、岛屿等地可以局部缓解用电紧张状况；②容量小、电压等级低，对电网影响小，可应用在工业厂房、公共建筑、居民屋顶上；③污染小、环保效益突出。

在污水处理中的应用主要包括两个方面：一是通过光伏发电电解,实现污染物去除并回收；二是通过光伏发电为污水生物处理提供电能。

3 分布式光伏发电系统在污水处理厂中的应用

现以云南某污水处理厂300kWp分布式光伏发电系统为例，该污水处理厂利用CAST生物反应池顶和办公楼屋顶的空间建设光伏发电系统。

3.1 污水处理厂简介

该污水处理厂处理规模为20000m3/d,采用循环式活性污泥法工艺（CAST工艺），属于污染物的生物化学转化技术的应用，其工艺流程图见图1。

图1

3.2 系统主体设计

光伏发电系统的光伏组件布置在CAST反应池顶和办公楼屋顶，并网逆变器放置在配电室机房内。除以上设备外，为便于系统的运行管理和发电量监测，系统配置一套环境监测装置，实时监测发电系统处的太阳辐射、风速、气温等数据。

该系统光伏方阵总容量为300kWp，合计安装1104块265Wp的光伏组件，配置6台50kW并网逆变器。按照光伏组件耐压1000V；并网逆变器最大耐压1000V；组件电压温度系数-0.337%/℃；以当地极端最低环境温度取-15℃；按照《光伏发电站设计规范》取上限23块光伏组件为一个组串。

3.3 光伏系统发电量预测

在最佳倾角24°情况下，光伏方阵获得的全年有效日照小时数为1778h。考虑系统总效率为80%，则该系统的有效日照小时数取值为1422.4h。光伏发电系统的寿命一般为25年，为便于计算，取平均每年衰减为0.8%，25年衰减为20%。按照年有效日照小时数进行计算，即可得出各发电系统的各年发电量（表1）。

表1 发电量预测

3.4 经济效益

本项目按照全部自发自用设计光伏装机容量，光伏系统产生的收益来自于抵消向电网购电形成的收益，和获得的国家给予的0.37元/kWh分布式光伏发电补贴。该项目获得的收益如表2。

表2 光伏系统收益表（ 单位：万元）

累计获得国家补贴（元） 165.04 179.33 193.51 207.58 221.53累计节省电费（元） 356.85 387.75 418.41 448.82 478.99累计总收益（元） 521.89 567.09 611.92 656.40 700.52时 间 第16年 第17年 第18年 第19年 第20年累计获得国家补贴（元） 235.37 249.10 262.72 276.24 289.64累计节省电费（元） 508.92 538.60 568.05 597.27 626.25累计总收益（元） 744.29 787.71 830.78 873.50 915.89时 间 第21年 第22年 第23年 第24年 第25年累计获得国家补贴（元） 289.64 289.64 289.64 289.64 289.64累计节省电费（元） 655.00 683.52 711.81 739.87 767.71累计总收益（元） 944.64 973.16 1001.45 1029.51 1057.35

从表2可以看出，项目投入运营的25年内累计节省电费767.71万元。国家给予分布式光伏系统20年的度电补贴期，该期间获得的财政补贴为289.64万元，25年内实际可以实现的总收益为1057.35万元。

3.5 社会效益、环境效益

在污水处理厂建立分布式光伏发电系统，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益。根据IPCC2006换算取值，该项目25年发电期内可以实现的减排值如表3。

表3 温室气体的节能减排统计表

4 结语

在本文中根据某污水处理厂实际布局与能耗需求，设计300kWp分布式光伏发电系统，可以对污水处理厂的机电设备进行间断式供电。满足了污水处理厂白天用电高峰期时的电力供应，既将污水池上方二次开发利用又在一定程度上控制了污水池的蒸发量和温度，提高了污水处理能力。