污水处理厂中并网光伏发电系统的应用

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摘要：通过对我国首都某污水处理厂结合并网光伏发电工程规划的研究，寻找光伏发电与污水处理厂结合的方式。该方式可以在污水处理厂的上层地方建设光伏发电场，科学地运用污水处理厂的多余场地，其模式不仅能够为污水处理厂处理污水提供相应的电力，还有利于污水处理厂的相关部门把控污水池的情况。因此该模式在一定程度上能够提升污水处理厂高效的污水处理工作，还可以节约城市用地，缓解我国城市建设用地紧张的局面。

关键词：并网光伏发电系统；污水处理厂；应用污水处理厂

在处理污水的过程中，需要使用大量的能源，其属于能耗类型的产业。而在处理污水的过程中，使用的电力可以达到污水处理厂处理污水资金的40%。伴随我国城市化进程的快速发展，城市污水排放量迅速增加，所以一部分城市需要建设新的污水处理厂以及改造已有的污水处理厂，而由于城市用地紧张的缘故，又对污水处理厂的建设有了节约用地的规定。因此，在城市地下建设污水处理厂，成为现如今污水处理厂建设的目标。而在地下建设的污水处理厂，对污水处理厂的相关条件有更高的规定（如污水处理厂的照明能力、污水处理厂的通风能力），而这些设施在使用的过程中需要消耗大量的能源。根据对现实污水处理厂的研究，这两种设施消耗的能源达到地下污水处理厂能耗的7％~10％，而在地下污水处理厂进行污水处理的过程中又依赖这两种设施。因此在规划地下污水处理厂的阶段，怎样减少污水处理厂的资金投入与减少处理厂的运作资金，成了工程规划过程中需要兼顾的一个内容。在该项目规划的过程中，通过对许多措施进行比较，最后选择了并网光伏发电与地下污水处理厂相结合的措施。该措施不仅可以节约城市建设用地，还可以减少污水处理厂的运作资金。

1工程概况

该工程按照设计的方案建设，项目的占地面积在45866m2左右，该污水处理厂前期处理污水的能力为7.5×104m3/d，在后期工程建设完毕以后，可以达到15×104m3/d。在工程的设计方案中，对工程的地上部分建筑物提出了很高的标准，到现实情况工程地上部分面积有限。该工程地上部分的设计方案如图1所示。为了按照设计方案的规定进行工程建设，最后在污水处理厂地上部分建设的楼顶安设了光伏发电系统，运用每列20串、每行4串的长方形布局进行安设。太阳能光板坐北朝南，倾斜度是20°，长度是33.19m，宽度是3.76m，建设的面积是125m2。

2并网光伏发电系统规划

2.1设计原则

①在确保污水处理厂能够进行污水处理的要求下，科学的对光伏发电系统进行规划，安装相关的顶棚。②应用先进的光伏发电技术进行建设，应用相关的防护方案进行防护，确保光伏发电系统能够顺利运行，提升系统发电的质量。③采用临近并网供电的方式，降低电能传输过程中的损失。④建设能够实时反映光伏发电系统运作参数的系统，促进电力的合理分配。

2.2结构设计

该污水处理厂建设过程中运用了加设顶棚的方案，通过对相关的工程进行改建，建设污水处理车间，占地面积约13940m2。由于污泥池与曝气池这两个池内温度一旦低于12℃时，就会使污泥活性显著的降低，在一定程度上降低了污水处理的质量。因此，在污泥池与曝气池的上层部分不加设顶棚，方便太阳光的进入，确保池内温度高于12℃，使池内微生物可以快速繁殖。通过对其他污水处理厂的研究，发现澄清池流出污水水量比进水池水量低5%左右，其主要原因是由于在污水处理阶段，污水蒸发所产生的问题。因此，在相关的水池上方安装顶棚，在一定程度上可以降低池水的蒸发，而在 冬季，又可以起到保温作用，使池内污水不会结冰，确保污水处理工作可以正常进行。综合生化池运用柔性池底工艺进行建设，在澄清池的上层应用索膜架构方案，在平面处安装相关的光伏发电系统（第一组阵）进行顶棚的建设，该方式可以发挥材料的特征，产生相关的空间构造，提升污水处理厂处理污水的能力。污泥池与曝气池的四周区域运用钢铁进行架构，安装坐北朝南、倾斜度为34°的光伏发电系统（第二组阵）进行顶棚建设。同时，光伏发电系统的下方可以留存一部分的区域，存放相关的维修设备与相关的设施。在曝气池的东西方向，建设相关的变电室，处于光伏发电系统的下层，每一座变电室要安装变电器与相关的配电柜。

2.3光伏发电系统设计计算

2.3.1负荷需求通过相关的运算，该项目地下照明设施的载荷为48kW左右，通风设施的载荷为133kW左右。依据光伏发电系统的限时建设状况，要确保光伏发电系统产生的电能能满足地下设施的运行。

2.3.2系统设计系数（1）光伏发电系统太阳能光板的规划数据。①光伏发电系统组合损失数据。光伏发电系统组合损失数据产生的原因是因为在太阳能光板组合阶段由于相关的组件未按照科学的分配方式而产生的电能损失。在实行太阳能光板组合的过程中，要按照相关的规定，把电压失配控制值把控在±2％左右，把功率的实配控制值控制4-1％。②光伏发电系统安装的环境数据。在光伏发电系统安装的过程中，要根据污水处理厂的环境情况，进行科学的规划，使其达到最优的目标。③光能发电系统运行过程中的衰减数据。由于随着光伏发电系统使用时间的增长，太阳能光板在紫外线的作用下会产生相应的物理反应，会降低太阳能光板的发电量。该项目应用的太阳能光板在规定的期限内衰减率要小于10%。（2）光伏发电系统运作与系统安全防护的规划数据。①要保证光伏发电系统的供电率达到99.9%。②要保证光伏发电系统运行时间大于100000h。③要满足光伏发电系统支架能抵御30m/s的风力。④要确保电压回路的安全数据高于1.5。⑤相关设施的安全数据最低值是1.2。

2.4并网系统设计

在本项目中，在相关的电网能够正常运作的条件下，白天可以通过光伏发电系统生产电力，之后通过相关的电流变电气进行控制，为污水处理厂地下照明设施与通风设施提供电力。本项目地下照明设施与通风设施消耗的电能往往都高于光伏发电系统发电的效能，因此污水处理厂地下照明设施与通风设施所使用的电能可以通过光伏发电系统与公共电网共同提供，但要先应用光伏发电系统所生产的电力，应用公共电网弥补电力的缺陷。在光伏发电系统发电效能高于污水处理厂地下照明设施与通风设施所使用的电能时，可以将剩余的电能传输到相关电网，之后经过电网为其他设施提供电能。地下污水厂要依据相关的规定，进行二级载荷规划，兼顾相关的电能。所以本项目的光伏发电系统在通常情况下不会产生电力供应不足的情况。但为了防止相关情况的发生，要采用相关的防护措施：一旦光伏发电系统产生的电能不能满足地下污水处理厂相关设施的需求或者产生的电能高于平常界限时，可以运用相关的系统对其进行控制，对传输电流进行监测，设置一定的电流额度，超过电流额度就自动断电，从而在一定程度上避免相关情况的发生。光伏发电系统示意图如图2所示。2.5展示光伏发电系统的运行为了提高光伏发电系统产生能源的高效运用，该工程设置了相关的计算机系数搜集设备。该设备经过连接相关的功率调节设备，对搜集到的相关系数实行对应的分析，并生成图片或者表格方式进行展示，还可以汇集光伏发电系统各个阶段的系数，并进行储存。

2.6电气设计

光伏发电系统中太阳能光板串联的数量是变电器的相关电压与规定的系统电压所决定的，太阳能光板并联的数量由变电器的规定容量决定。相关的电池组件数据见表1；逆变器参数见表2。

3效益分析

本工程中的光伏发电系统一年生产的电能为15×103kW•h左右，其生产的电能可以节省5.4t煤，同时还可以降低二氧化碳排放量12.2t左右，降低一氧化硫排放量0.135t左右，降低碳氧化合物排放量0.06吨左右。

4结束语

与常规的污水处理厂进行对比，地下式的污水处理厂增添了地下照明设施与地下通风设施，但同时又可以安装光伏发电系统弥补地下污水处理厂相关设施的能源需求。现阶段伴随我国光伏发电系统技术的快速发展，一部分地下污水处理厂在建设的过程中都大范围应用了光伏发电系统。但由于污水处理厂成本、城市建设用地等因素的影响下，导致光伏发电系统不能大规模的建设。要想促进地下污水处理厂与光伏发电系统紧密的结合，就要相关的规划工作者进行实际的规划，确保两者都能正常运行，从而降低污水处理厂在后期的资金投入，提高污水处理厂的污水处理能力。

参考文献

[1]言穆昀.并网光伏发电系统在污水处理厂中的应用[J].现代建筑电气，2015（4）：24-27.

作者：刘扬 熊骏 单位：长江生态环保集团有限公司