亞得力科技股份有限公司

以硅控整流控制技术应用于污(废)水处理厂设备之节能效率提升

国立台北科技大学机电整合研究所庄贺乔教授

► 都市的肾脏-污水处理厂
● 温室效应 & 二氧化碳排放 ● 能源消耗管理 ● 电力使用 ● 处理过程 ● 燃料使用

► 污水处理厂分布
● 5300座，污水日處理量1.63亿立方公尺/日，3500万公吨含水率为80%的污泥(截至2013年)。 ● 4200万公吨(十二五计划)提高單日處理額度，预计2020年达到6000万公吨以上(十三五计划)。	数据源:中国水网
	● 北京质监局- 雖然提高單日處理額度但是城镇污水处理能源消耗限额

► 污水处理流程
一级处理：将污水中的固体、硬粒及其他可沉淀物质清除，整个过程纯粹为机械运作。二级处理：将污水中的有机化合物分解为无机物。曝气池：水会加入大量氧气，帮助水中的细菌进行有氧分解。三级处理：沙滤及经过活性碳，化解毒素。
数据源:上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司

► 风机控制

鼓风机控制方式(单机控制)

1. ON/OFF 控制(人為)
此种控制方式通常藉由机械式压力开关来达成。因为过于频繁的ON/OFF 容易破坏马达的绝缘，仅适用于用气循环少及马力数较小的场合。

2. 容量调節控制(人為)
藉由进气阀门的开度调整，变化鼓风机的排气量，来保持稳定的系统压力。

3. 变频控制
利用装设变频器来改变变频马达的转速，控制鼓风机的排气量。

► 鼓风机控制方式(多机控制)

鼓风机控制方式(单机控制)

1. 手动控制 (多台機器人為on/off控制）
使用者根据经验来启动或关闭多台鼓风机。

2. 顺序控制 (PLC 可编程逻辑控制器+裝置含氧感測器)
利用PLC 可编程逻辑控制器进行顺序控制，切换鼓风机的启动顺序，最大的功用在于平均鼓风机间的运转时数。

3. 多机连锁(人工+感測器)
经由各鼓风机的微电脑控制器进行主副机连锁链接，统一由主机下达开关机指令给每一台副机，达到只有一台鼓风机在空车运转，有效缩短每一台鼓风机的空车时数。(可能有三台马力数皆不同，达到最多同时只有两台启动)

4. 多机连锁＋变频(并联＋变频)
鼓风机多机連锁＋变频为最佳省能设计模式。以变频鼓风机来取代多机连锁后仅剩的空车副机，达到节能的效果。

► 节能方案-美国「能源关注」
威斯康辛州- Darlington污水处理厂 √ 普通驱动器替换成变频驱动器威斯康辛州- Ephraim污水处理厂 √ 改用VFD、小马力鼓风机、微孔曝气威斯康辛州- Sheboygan污水处理厂 √ 改用VFD、高效率鼓风机加州-Sewerage Commission 污水处理厂 √ 太阳能(再生能源) √ ex:日本、瑞士	美国生活污水处理厂(活性污泥法)耗电量资料來源：美国EPA

► 节能方案-台湾工业技术研究院
√ 曝气系统-减少风量
增设连通管，将曝气池风机并接共享，以达节能措施。(人工控制)	资料來源：废(污)水处理厂节能规划与改善以工研院中兴院区为例
√ 曝气系统-增设变频器采用一对一方案，即每台鼓风机加装一套变频器。变频控制柜内含变频器、切换接触器、指示表、指示灯及按钮开关等。(人工控制)	资料來源：废(污)水处理厂节能规划与改善以工研院中兴院区为例

► 节能方案(上海电机系统节能工程)
√ 曝气池鼓风机增设变频器组人工选择任一台电动机变频运行，启动系统后，人工根据需要调节变频器，改变运行频率，根据需求起停运行风机。
数据源:上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司
(北京清华城市规划设计研究院环境与市政所/ 北京清华大学环境科学与工程系) √ 曝气池鼓风机-PLC 可编程逻辑控制器以PLC 可编程逻辑控制器、计算机、UPS等硬件为基础，运用算法与在计算机上运行的全流程综合控制算法，使曝气单元的溶解氧稳定控制。
数据源:城市污水处理全流程节能降耗途径与技术集成

► 节能技术(台北科技大学)
智能型节能硅控系统采用硅控整流器组件(SCR)，依据污水处理厂曝气时所使用的鼓风机马达负载变化量(供电本身在变化＋管路间的压力也随时在变化）来控制SCR触发角度(利用SCR来切割相位角以提供马达最适合的电压与扭力输出)，控制运转中时的电流合理下降以符合马达最适当之电压输出(提供最佳扭力输出)。主要的控制技术在使马达的输出功率可随着曝气池内含氧量需求变化而改变。

(1)控制电源，以SCR组件来切割电压与电流的供应，利用相位延遲情形，以模式预测需要切削相角的大小，准确控制马达应投入的电压及电流，精准控制马达的输出扭力，并使之与负载扭力完美匹配供应设备所需最低电力，可有效节约电力设备耗电量严重之情形。 (2)当重载到轻载时会侦测电流反应，开始触发相位角调整合理的输出电压，达到节能效果。保护装置: 三相电源欠压，电压过高过低、电流超载等保护机制、手动外接旁路、自动外接旁路。


受测单位：台灣台中大甲李综合医院受测设备：鲁式鼓风机东元 7.5kW 10HP/15A 受测时间：市电模式 2013／07／12～2013／07／19 节电模式 2013／09／30～2013／10／07

► 结论
√ 恒频、变压、变流 √ 无须加装任何传感器 √ 结构较简单、成本较低 √ 采外挂方式，不影响原设备 √ 自动侦测设备负载高低，做适当扭力输出在鼓风机此应用实例中整体节能率高达20.36%，所节省下的电费相当可观，节电效益提升许多，对于污水处理厂内曝风设备产生价值性。