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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
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。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生的水流推動水輪發(fā)電機轉動，將水的動能和勢能轉換為電能。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、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，并設計了自動調速技術，可以根據(jù)水量的變化自動調整頻率、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查基礎上，邀請了省內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，總投資約145萬元。今年7月3日，該項目正式投產。
目前，澄海污水廠已建成一、二期，設計規(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，設計處理規(guī)模80萬m3/d，規(guī)模居西南第二、全國第五，服務人口近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，建成了國內首個尾水發(fā)電站，設計水頭15.5m，設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，國內首個市內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，能夠將污水處理廠尾水進行水力發(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構適合安裝的優(yōu)勢，率先在國內推出尾水發(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、水等產生的電能集成一體、科學分配。為此，該項目建設了微電網(wǎng)控制管理系統(tǒng)，將通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將各個設備的數(shù)據(jù)集成到一個模板，通過預設程序實現(xiàn)電能調配智能判斷、自動調配。
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，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)出的新設備有望應用于廣東省大部分的污水處理廠，還可應用于農村地區(qū)的低水頭河流。
相信未來，隨著技術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。
原標題：污水處理廠尾水發(fā)電，究竟能不能省錢？
