污水處理廠尾水發(fā)電，究竟能不能省錢？
時間：2023-12-08 作者：admin
1 年發(fā)電量42.5萬度，華南首個污水處理廠尾水發(fā)電項目投產(chǎn)
7月3日，華南地區(qū)首個污水處理廠尾水發(fā)電項目在廣業(yè)環(huán)保集團澄海污水處理廠正式投產(chǎn)。據(jù)了解，尾水發(fā)電是利用污水處理廠出水排放落差進行發(fā)電的一種綠色清潔能源，這類項目既不需要消耗燃料資源，又不釋放污染物和廢料，也不產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境，還可以推進尾水資源化利用，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。
污水處理廠尾水發(fā)電，與傳統(tǒng)水力發(fā)電的原理基本相同，兩者都是利用水位落差產(chǎn)生的水流推動水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)動，將水的動能和勢能轉(zhuǎn)換為電能。不同之處在于傳統(tǒng)水力發(fā)電是利用大壩聚攏的天然水流，而尾水發(fā)電則是利用污水處理廠出水排放的高低落差進行發(fā)電。
總體來看，尾水發(fā)電是一種綠色清潔能源，具有不用修筑攔水大壩、尾水排放具備自然勢能、尾水不含雜質(zhì)、不會對水輪機造成影響、出水流量基本穩(wěn)定等優(yōu)勢。
具體到華南這個項目，它是由廣業(yè)環(huán)保集團與廣東正誠電氣科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的，項目突破了傳統(tǒng)水力發(fā)電水位落差高、工程投資大的瓶頸，創(chuàng)造性地實現(xiàn)了3.5米超低水頭發(fā)電，并設(shè)計了自動調(diào)速技術(shù)，可以根據(jù)水量的變化自動調(diào)整頻率、功率，實現(xiàn)了無人值守發(fā)電，這在華南地區(qū)乃至全國都是首創(chuàng)。
當前，國內(nèi)水力發(fā)電主要是利用自然水體和潮汐發(fā)電，利用污水處理廠尾水發(fā)電的企業(yè)只有寥寥數(shù)家，低于5米的超低水頭發(fā)電案例更是完全空白。
2009年8月，國內(nèi)首個利用污水處理廠尾水發(fā)電的項目在重慶市雞冠石污水處理廠試運行。但雞冠石污水處理廠是利用了重慶地區(qū)的天然落差，水頭為15.5米，與平原地區(qū)污水處理廠水頭大多在5米以下的實際情況差異較大。
為此，廣東環(huán)保集團啟動了對超低水頭污水處理廠尾水發(fā)電的研究。研究人員在對汕潮區(qū)域中心全部污水處理廠的尾水排放情況摸底調(diào)查基礎(chǔ)上，邀請了省內(nèi)外水利水電專家進行項目論證，并遠赴廣西、江西、四川等地進行技術(shù)交流，確定了適合廣東污水處理廠的尾水發(fā)電模式，解決了低水頭發(fā)電、尾水水力模型等技術(shù)難點。
2022年11月9日，澄海污水廠尾水發(fā)電項目正式開工建設(shè)，總投資約145萬元。今年7月3日，該項目正式投產(chǎn)。
目前，澄海污水廠已建成一、二期，設(shè)計規(guī)模為12萬噸/天。在三期項目暫未并入的情況下，項目發(fā)電約為22千瓦，日發(fā)電量約528度，預計年發(fā)電量可達19萬度，可望實現(xiàn)年效益12.4萬元。
未來，隨著三期7萬噸處理污水量能力的增加，尾水發(fā)電項目還將進一步提高發(fā)電效能。預計發(fā)電出力能夠提升至50千瓦，年發(fā)電量提升至42.5萬度，每年可以相應(yīng)地減少423.7噸二氧化碳排放，實現(xiàn)年效益27.6萬元。
根據(jù)廣東環(huán)保集團保守估計，大概5-6年，尾水發(fā)電項目便可收回全部投資成本。
2 重慶、長沙、武漢，污水處理廠尾水發(fā)電項目已有很多
污水處理廠尾水發(fā)電，對于不少讀者來講可能是一個新鮮事。事實上，中國的第一個污水處理廠尾水發(fā)電項目早在2009年就已在重慶雞冠石污水處理廠試運行了，距離現(xiàn)在已有14年的歷史。據(jù)了解，雞冠石污水處理廠隸屬于重慶市排水有限公司，是建國以來重慶市第一大污水處理廠，設(shè)計處理規(guī)模80萬m3/d，規(guī)模居西南第二、全國第五，服務(wù)人口近300萬人。
由于重慶市天然的地理優(yōu)勢，雞冠石污水處理廠的尾水在進入長江之前，有一段落差很大，排放高程常年在165-182m，排水最大落差約27m。工程師們巧妙地利用這段落差，建成了國內(nèi)首個尾水發(fā)電站，設(shè)計水頭15.5m，設(shè)計的頂托最低尾水位為168m。2022年擴容改造后，該廠額定裝機容量為2500kw，年利用小時數(shù)可達5247h，年發(fā)電量為1312萬kwh以上，可以解決該廠17%左右的用電負荷，每年可節(jié)約電費近500萬元。
除了雞冠石污水處理廠，與其一江之隔的重慶中法唐家沱污水處理公司也上馬了尾水發(fā)電項目。該廠日處理能力為40萬噸，裝機規(guī)模為800千瓦，年均發(fā)電500多萬千瓦時，可以解決廠內(nèi)用電的8%，年節(jié)約電費300萬元左右。
除了像雞冠石、唐家沱這樣的大型污水處理廠，中小污水處理廠一樣可以利用尾水發(fā)電。2022年4月，三峽水務(wù)就與國家電投集團重慶電力有限公司達成戰(zhàn)略合作，建成肖家河污水處理廠尾水發(fā)電站。
據(jù)了解，肖家河污水處理廠日處理量為8萬立方米，尾水發(fā)電站年發(fā)電量約110萬KW.h，約等于500戶家庭年用電量，可減少二氧化碳排放約1100噸/年。
事實上，不光是重慶市，在湖北、湖南等地，近兩年來都有污水處理廠實現(xiàn)了尾水發(fā)電。
在湖南長沙，2022年8月31日，雨花水質(zhì)凈化廠尾水發(fā)電項目順利竣工驗收完成并網(wǎng)發(fā)電。據(jù)了解，雨花水質(zhì)凈化廠日處理水量6萬噸，出水水位落差達到11米。雨花水質(zhì)凈化廠尾水發(fā)電項目裝機容量為75KW，年發(fā)電量為53.9萬Kwh。
在湖北武漢，有污水處理廠甚至通過“尾水+光伏+風能”等多種能源互補的方式，試圖實現(xiàn)電能自給自足。2022年6月6日，國內(nèi)首個市內(nèi)風光水多能互補尾水發(fā)電站一期示范項目在武漢成功發(fā)電。該項目由東湖高新集團、國網(wǎng)武漢供電公司和武漢大學協(xié)同研發(fā)建設(shè)，能夠?qū)⑽鬯幚韽S尾水進行水力發(fā)電，再配置分布式光伏電站和風力發(fā)電，三種發(fā)電形式多能互補，共同實現(xiàn)電能自足。
據(jù)了解，東湖高新集團旗下的光谷環(huán)保陽邏污水處理廠利用尾水具有穩(wěn)定的出力條件和尾水結(jié)構(gòu)適合安裝的優(yōu)勢，率先在國內(nèi)推出尾水發(fā)電站模式。項目一期安裝有18千瓦軸流式水輪發(fā)電機，利用排入長江的污水處理廠尾水落差進行水利發(fā)電。
除此之外，他們還在泄水池上方配置建設(shè)了分布式實驗用光伏電站和分布式風力發(fā)電，能夠在保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時合理利用風光水三種新型能源，充分實現(xiàn)了多能互補。
多種能源互補，最大的挑戰(zhàn)在于如何將風、光、水等產(chǎn)生的電能集成一體、科學分配。為此，該項目建設(shè)了微電網(wǎng)控制管理系統(tǒng)，將通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將各個設(shè)備的數(shù)據(jù)集成到一個模板，通過預設(shè)程序?qū)崿F(xiàn)電能調(diào)配智能判斷、自動調(diào)配。
據(jù)測算，該項目水輪機組年均利用小時數(shù)為8500小時，是光伏電站發(fā)電時間的8倍，一期電站整體每年可生產(chǎn)清潔電量150000千瓦時，實現(xiàn)替代標準煤76.2噸，減少二氧化碳排放261.9噸。
而以一個年耗電量500萬度的污水處理廠為例，在場地面積條件滿足的情況下，采用該技術(shù)，可以實現(xiàn)該污水處理廠運行電能完全自給自足。相當于每年節(jié)約標煤約1700噸，減少碳排放約4550噸，植樹約21萬棵。
3 尾水發(fā)電項目具有投資價值嗎？5-6年便可收回全部投資
當前，隨著污水處理負荷持續(xù)增長，污水處理廠能耗普遍上升，電力運行費用幾乎已經(jīng)占到了總成本的40%以上。
為此，也有不少污水處理廠做了很多節(jié)能降耗方面的嘗試。比如已經(jīng)在宜興落地的污水處理概念廠，該廠通過污泥沼氣發(fā)電，每天大約能產(chǎn)生18000度電，實現(xiàn)了部分的能源自給。
而在重慶、湖北、廣東等地開展的污水處理廠尾水發(fā)電的嘗試，也為污水處理廠節(jié)能降耗提供了有益的探索。
對于這些探索，不少讀者可能會問，它的綜合成本分析是否能夠產(chǎn)生效益，具有投資價值嗎？
這方面，廣東澄海污水處理廠尾水發(fā)電項目給出的答案是：總投資約145萬元，年效益27.6萬元，5-6年便可收回全部投資。
重慶市雞冠石污水處理廠的實踐也顯示，該廠尾水發(fā)電項目早在2009年就已建成，到現(xiàn)在已經(jīng)運行了14年之久。因為效益良好，2022年還進行了擴容改造，擴容后可以解決該廠17%左右的用電負荷，年節(jié)約電費近500萬元。
相信這些活生生的例子，應(yīng)該可以打消不少人的顧慮。
過去，污水處理廠尾水發(fā)電項目主要應(yīng)用于像重慶這樣排水落差大的山地或丘陵地區(qū)，但廣東創(chuàng)造性地實現(xiàn)了3.5米超低水頭發(fā)電后，該技術(shù)有了進一步推廣的可能。
同時，尾水發(fā)電不僅僅適用于雞冠石這樣的大型污水處理廠，對于重慶肖家河這樣日處理量為8萬噸的中小型水廠，也同樣適用。
此外，廣東澄海污水處理廠、重慶肖家河污水處理廠、長沙雨花水質(zhì)凈化廠、武漢陽邏污水處理廠的尾水發(fā)電項目都是2022年以后新建的，雞冠石污水處理廠的尾水發(fā)電則在2022年進行了擴建，說明尾水發(fā)電項目近年來正呈現(xiàn)出逐年增多的態(tài)勢。
參與廣東澄海污水處理廠尾水發(fā)電項目的廣東正誠電氣科技有限公司表示，他們目前還在研發(fā)2.0和3.0的升級版尾水發(fā)電設(shè)備，下一步打算往小型化、一體化、智慧化方向發(fā)展。屆時，研發(fā)出的新設(shè)備有望應(yīng)用于廣東省大部分的污水處理廠，還可應(yīng)用于農(nóng)村地區(qū)的低水頭河流。
相信未來，隨著技術(shù)的進一步成熟和完善，尾水發(fā)電項目也將在越來越多的污水處理廠落地開花，幫助環(huán)保企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗，降低成本。
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