CN114091823A - 污水处理系统的可调节潜力确定方法、系统及存储介质 - Google Patents

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CN114091823A CN202111230342.9A CN202111230342A CN114091823A CN 114091823 A CN114091823 A CN 114091823A CN 202111230342 A CN202111230342 A CN 202111230342A CN 114091823 A CN114091823 A CN 114091823A
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郑博文
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龚桃荣
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张洪志
张路涛
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Abstract

本发明提供了污水处理系统的可调节潜力确定方法、系统及存储介质，包括：基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力；基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息中的需求响应容量确定所述污水处理系统的可调节潜力；其中，所述需求响应信息包括需求响应开始时间、结束时间和需求响应容量，本技术方案充分挖掘了污水处理系统参与需求响应的可调节潜力，解决了电网供需平衡调节问题。

Description

污水处理系统的可调节潜力确定方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及潜力分析领域，具体涉及污水处理系统的可调节潜力确定方法、系统及存储介质。
背景技术
随着经济的发展及新能源装机量的快速增长，电网供需平衡面临新的挑战。新能源大范围高比例接入，由于新能源本身固有随机性与波动性，无法提供稳定持续的电力供应对电网电压频率波动进行快速调整，且新能源出力与用电负荷不相匹配，具有一定的反调峰特性，影响电网安全稳定运行。负荷侧，负荷呈现尖峰化特点，多地最高负荷连年攀升。随着电能替代的广泛实施、再电气化的深度推进，未来用电负荷将进一步增长。此外随着冬季寒潮夏季高温等极端天气的增多，局部地区短时电力供应不足的现象将会更加凸显，如果通过投资建设年利用小时数低的调峰电厂，将会造成社会资源的极大浪费，亟需通过友好、经济的负荷调节方式解决电网供需平衡调节问题。
污水处理行业既属于环保公益性事业，同时也属于能耗密集型行业，具有24小时连续运行特性，耗能量巨大，动态可调节潜力高。在设计时，往往考虑按最大污水处理能力进行配置，运行过程中各设备大多情况下不根据污水流量进行调节，处理能力有较大的冗余。目前对污水处理系统的研究集中在两方面，一方面对污水处理系统的污水处理工艺进行改造，另一方面对各污水处理设备进行节能升级。但两种研究都属于静态的改造过程，未考虑污水处理过程中参与电网互动的可调节潜力。
申请号为CN112624383A，名称为“一种节能环保型生活污水处理装置及处理方法”的专利申请文件涉及排污领域,具体涉及一种节能环保型生活污水处理装置及处理方法，如图1所示，节能环保型生活污水处理装置包括进水管、过滤装置、排水管、碎发装置、污水处理器、出水管；过滤装置与进水管连通,且设置于排水管上游；碎发装置设置于排水管内,包括集发装置、动力组件、切发组件、勾发组件；集发装置设置于排水管内用以收集水流中的头发；切发组件位于集发装置的下侧；勾发组件设置于集发装置和切发组件之间,配置成将集发装置上的头发勾住,并将头发输送至切发组件进行切割后随水流流至污水处理器；动力组件在水流的流动作用下转动,为切发组件和勾发组件提供动力；污水处理器设置于排水管下游,以加入污水净化材料并充分搅拌混合后沿出水管排出。
该技术仅考虑了生活污水处理装置的结构及其处理方法，未从污水系统整体的角度进行考虑，系统性考虑不足，对设备的动态调节功能方面也未进行相关研究。
公开号为“CN103991954A”，专利名称为“一种污水处理厂节能降耗方法”，如图2所示，对已经发生污泥膨胀的污水处理厂进行现场调查和测试,分析引发污泥膨胀的原因并进行调控实验验证,在污泥膨胀其他影响条件正常的情况下,减少曝气量,维持曝气池中溶解氧的浓度在1.2-1.5mg/L,人为促使丝状菌适量增长,SVI保持在200～300之间,使污泥发生微膨胀,增加二沉池的水力停留时间或采用斜板沉淀等措施提高沉淀效率,同时增大污泥回流比,控制污泥流失,保证出水水质达标,实现节能降耗。该发明投资少、操作简便。
该发明利用曝气不足产生污泥微膨胀现象进行节能降耗，并设计相关试验装置。
发明内容
为解决现有技术对污水处理都属于静态的改造过程，未能充分挖掘污水处理过程中可调节潜力的问题。本发明提供了一种污水处理系统的可调节潜力确定方法，包括：
基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力；
基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息确定所述污水处理系统的可调节潜力。
优选的，所述基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力，包括：
基于所述污水处理系统中一级处理阶段的实时数据和预先确定的水位信息，计算所述一级处理阶段需求响应潜力；
基于所述污水处理系统中二级处理阶段的实时数据、单位污水含氧量阈值和预先计算的供气量计算所述二级处理阶段的需求响应潜力；
基于所述污水处理系统中三级处理阶段的实时数据、污泥阈值和由需求响应信息中的结束时间减去需求响应开始时间得到的需求响应时长，计算所述三级处理阶段的需求响应潜力；
其中，所述污水处理系统各级处理阶段包括：一级处理阶段、二级处理阶段和三级处理阶段；
所述预先计算的供气量是基于所述一级处理阶段和二级处理阶段的实时数据结合曝气池供气量公式计算得到；
所述需求响应信息包括需求响应开始时间、结束时间和需求响应容量。
优选的，所述一级处理阶段的实时数据包括：水位信息、污水的密度、提升泵的实际流量、提升泵的工作效率和电机的效率；
所述二级处理阶段的实时数据包括：单位污水含氧量、曝气池的污水量、鼓风机出口计算升压、风机效率、大气压力、温度和提升泵的工作扬程；
所述三级处理阶段的实时数据包括污水的含泥量、污水流量、污泥处理设备比能耗和处理后干固体重量。
优选的，所述基于所述污水处理系统中一级处理阶段的数据和预先确定的水位信息，计算所述一级处理阶段需求响应潜力，包括：
基于所述一级处理阶段的水位信息与预先确定的水位信息计算可降低的提升泵工作扬程；
基于所述一级处理阶段的污水的密度、提升泵的实际流量、提升泵的工作效率、电机的效率和所述可降低的提升泵工作扬程采用提升泵需求响应潜力计算式，计算一级处理阶段的需求响应潜力；
其中，所述预先确定的水位信息是基于污水提升泵正常运行时，历史水位信息的均值确定的。
优选的，所述提升泵需求响应潜力计算式如下式所示：
Figure 425625DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 296760DEST_PATH_IMAGE002
为一级处理阶段的需求响应潜力，
Figure 748601DEST_PATH_IMAGE003
为污水的密度，
Figure 973171DEST_PATH_IMAGE004
为重力加速 度，
Figure 194068DEST_PATH_IMAGE005
为提升泵的实际流量，
Figure 954214DEST_PATH_IMAGE006
为可降低的提升泵工作扬程，
Figure 706400DEST_PATH_IMAGE007
为提升泵的工 作效率，
Figure 311825DEST_PATH_IMAGE008
为电机的效率。
优选的，所述基于所述污水处理系统中二级处理阶段的实时数据、单位污水含氧量阈值和预先计算的供气量计算所述二级处理阶段的需求响应潜力，包括：
由所述二级处理阶段的单位污水含氧量阈值减去所述曝气池中单位污水的含氧量得到曝气池中单位污水的需氧量；
基于所述曝气池中单位污水的需氧量、曝气池的污水量以及设定的供气量计算曝气池短时减少的供气量；
基于所述二级处理阶段的鼓风机出口计算升压、风机效率、大气压力和所述曝气池短时减少的供气量，采用鼓风机潜力计算式计算二级处理阶段的需求响应潜力。
优选的，所述基于所述曝气池中单位污水的需氧量、曝气池的污水量以及设定的供气量计算曝气池短时减少的供气量，包括：
由所述曝气池中单位污水的需氧量乘以曝气池的污水量得到参与需求响应时的供气量；
基于所述设定的供气量减去所述参与需求响应时的供气量得到曝气池短时减少的供气量。
优选的，所述鼓风机潜力计算式如下式所示：
Figure 493338DEST_PATH_IMAGE009
式中，
Figure 706276DEST_PATH_IMAGE010
为二级处理阶段的需求响应潜力，
Figure 132709DEST_PATH_IMAGE011
为鼓风机出口计算升压，
Figure 276246DEST_PATH_IMAGE012
为 曝气池短时减少的供气量，
Figure 222467DEST_PATH_IMAGE013
为风机效率，
Figure 793257DEST_PATH_IMAGE014
为大气压力。
优选的，所述基于所述污水处理系统中三级处理阶段的实时数据、污泥阈值和由需求响应信息中的结束时间减去需求响应开始时间得到的需求响应时长，计算所述三级处理阶段的需求响应潜力，包括：
基于三级处理阶段的污水的含泥量和污水流量，计算达到污泥阈值的时长；
当所述达到污泥阈值的时长不小于需求响应时长时，在所述需求响应时长内三级处理阶段的需求响应潜力为污泥处理设备的功率；
当所述达到污泥阈值的时长小于需求响应时长时，在所述达到污泥阈值的时长内三级处理阶段的需求潜力为污泥处理设备的功率，超过所述达到污泥阈值的时长以外的需求响应时长内，三级处理阶段的需求潜力为零。
优选的，所述污泥处理设备的功率按下式计算：
Figure 441407DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 857476DEST_PATH_IMAGE016
为污泥处理设备的功率，b为污泥处理设备比能耗，
Figure 907472DEST_PATH_IMAGE017
为处理后干固 体重量。
优选的，所述基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息确定所述污水处理系统的可调节潜力，包括：
将所述污水处理系统中一级处理阶段参与需求响应潜力、所述二级处理阶段参与需求响应潜力和所述三级处理阶段参与需求响应潜力求和，得到所述污水处理系统的参与需求响应总潜力；
当所述参与需求响应总潜力小于所述需求响应容量时，所述污水处理系统的需求响应总潜力为污水处理系统的可调节潜力；
当所述参与需求响应总潜力不小于所述需求响应容量时，将所述需求响应容量作为所述污水处理系统的可调节潜力。
优选的，所述曝气池供气量公式如下式所示：
Figure 134316DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 4183DEST_PATH_IMAGE019
为曝气池供气量，a为0.8~0.85，b为0.9~0.97，
Figure 755101DEST_PATH_IMAGE020
为氧转移效率，
Figure 394024DEST_PATH_IMAGE021
为污水提升泵工作扬程，
Figure 668373DEST_PATH_IMAGE023
为需氧量m3/h。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种污水处理系统的可调节潜力确定系统，包括：
污水处理系统互动响应策略模块，用于基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力；
可调节负荷资源池管理模块，用于基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息中的需求响应容量确定所述污水处理系统的可调节潜力；
其中，所述需求响应信息包括需求响应开始时间、结束时间和需求响应容量。
优选的，所述污水处理系统互动响应策略模块包括：
一级响应子模块，用于基于所述污水处理系统中一级处理阶段的实时数据和预先确定的水位信息，计算所述一级处理阶段需求响应潜力；
二级响应子模块，用于基于所述污水处理系统中二级处理阶段的实时数据、单位污水含氧量阈值和预先计算的供气量计算所述二级处理阶段的需求响应潜力；
三级响应子模块，用于基于所述污水处理系统中三级处理阶段的实时数据、污泥阈值和由需求响应信息中的结束时间减去需求响应开始时间得到的需求响应时长，计算所述三级处理阶段的需求响应潜力；
其中，所述污水处理系统各级处理阶段包括：一级处理阶段、二级处理阶段和三级处理阶段；
所述预先计算的供气量是基于所述一级处理阶段和二级处理阶段的实时数据结合曝气池供气量公式计算得到。
再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现上述的可调节潜力确定方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种污水处理系统的可调节潜力分析方法，包括：基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力；基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息中的需求响应容量确定所述污水处理系统的可调节潜力；其中，所述需求响应信息包括需求响应开始时间、结束时间和需求响应容量，本技术方案充分挖掘了污水处理系统参与需求响应的可调节潜力，解决了电网供需平衡调节问题。
附图说明
图1为现有技术中节能环保型生活污水处理装置的整体结构示意图；
图2为现有技术中污水处理厂处理工艺设施试验装置示意图；
图3为本发明的一种污水处理系统的可调节潜力确定方法流程图；
图4为本发明的一种污水处理系统的可调节潜力分析方法具体实施步骤示意图；
图5为本发明的污水处理系统A/O工艺流程图；
图6为本发明的可调节潜力确定系统示意图；
图7为本发明的污水处理系统参与电网互动调节具体步骤流程图；
图8为本发明的污水处理系统参与电网互动调节总体流程图；
图9为本发明的一种计算机可读存储介质示意图。
具体实施方式
本发明针对污水处理系统可调节潜力分析方法缺失问题，提出了污水处理系统的可调节潜力确定方法、系统及存储介质，从污水处理系统全流程角度出发，通过对污水处理系统工艺流程、用能特性的分析，得出各工艺环节的需求响应方法及可调节潜力，对各工艺环节的主要用能设备可调节潜力进行挖掘。
实施例1：
一种污水处理系统的可调节潜力分析方法，如图3所示，包括：
S1：基于获取的需求响应时长和污水处理系统各级处理阶段的数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力；
S2：基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力确定所述污水处理系统的可调节潜力。
在S1：基于获取的需求响应时长和污水处理系统各级处理阶段的数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力，之前，我们先介绍污水处理系统的工艺流程和用能特性分析。
步骤1：污水处理系统工艺流程分析；
本步骤对污水处理A/O工艺法的流程及用电情况进行分析。污水处理A/O工艺法，如图5所示，即厌氧好氧工艺法。A指厌氧段，用于脱氮除磷；O指好氧段，用于除水中的有机物。A/O工艺法是将厌氧水解技术作为活性污泥的前处理，所以该方法是改进的活性污泥法，一般包含三级处理过程。
一级处理：包含粗、细格栅，提升泵，旋流式沉砂池等设施，采用物理固液分离技术将颗粒较大的杂质物体进行筛除，进行污水的初级净化处理。该阶段消耗的电量约占全部耗电量的28%。其中污水提升泵是该段的最大耗能设备，消耗电量约占该段总电量的68%。其次是通过粗、细格栅去除污水中的漂浮物(SS)，其耗电量约占该段总电量的17%。该处理阶段其他设备耗电量相对较小，仅占15%。
二级处理：化学需氧量COD、总氮含量TN是反映工艺运行情况的重要指标，大部分在第二阶段就能得到有效去除。该阶段又称生物化学处理阶段，使有机物得到生物降解，是整个过程中耗能最大的部分，主要用能设备为曝气风机、加热制冷设备等约占总耗能的60%。
三级处理：污泥处理阶段，主要过程为污泥浓缩、脱水等，其耗电量约占总耗电量的12%。
各流程用能设备及其能耗占比分析如表1所示。
表1污水处理系统各流程用能分析
Figure 691823DEST_PATH_IMAGE024
通过步骤1污水处理系统工艺流程分析得出污水处理系统各级处理阶段主要的耗能设备，下面针对各级处理阶段主要耗能设备展开污水处理系统的可调节潜力分析。
S1基于获取的需求响应时长和污水处理系统各级处理阶段的数据结合各级处理阶段的用能特性分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力，包括：
如图4所示，本发明首先对污水处理系统工艺流程分析、用能特性分析及设备建模、需求响应方法及可调节潜力评估、可调节潜力分析系统和污水处理系统参与电网互动调节。
前面首先对污水处理系统用能特性分析及设备建模；下面对污水处理系统各级需求响应方法及可调节潜力评估，详细步骤如下：
步骤2：污水处理系统用能特性分析及设备建模；
污水处理系统用电负荷中耗电量最大的设备为水泵与风机，此外还有一部分厂区生活办公用电。
（1）一级处理阶段（污水提升阶段）
污水进入粗格栅后需进行提升，使其变为高水位，方便水流进入后续处理环节。污水提升泵属于高耗能设备，其耗能在污水处理厂的整体耗能中约占五分之一。对提升泵能耗影响较大的因素主要为提升泵的运行效率及污水提升高度也可称之为提升扬程。在实际选择提升泵的过程中，往往考虑的是提升扬程与最大流量两个因素，然而日常工作过程中，提升泵往往未运行在最大流量状态，处于低效率运行区间，造成了额外的能耗。污水提升泵主要用能模型如下：
Figure 185253DEST_PATH_IMAGE025
（1）
Figure 534326DEST_PATH_IMAGE026
（2）
Figure 395097DEST_PATH_IMAGE027
（3）
式中，
Figure 222238DEST_PATH_IMAGE028
为污水提升泵功率，kW；
Figure 914382DEST_PATH_IMAGE029
为污水的密度，1.0x103kg/m3；
Figure 434356DEST_PATH_IMAGE004
为重力加 速度，9.81m/s2；
Figure 766111DEST_PATH_IMAGE030
为提升泵的实际流量，m3/s；
Figure 131365DEST_PATH_IMAGE021
为提升泵实际工作扬程，m；
Figure 599386DEST_PATH_IMAGE007
为提升泵的工作效率，0.65-0.85；
Figure 787134DEST_PATH_IMAGE008
为电机的效率，0.95；
Figure 340606DEST_PATH_IMAGE031
为工作时间，h；
Figure 775130DEST_PATH_IMAGE032
为污水实际提升高度，m；
Figure 97658DEST_PATH_IMAGE033
为提升泵的水头损失，m；
Figure 428276DEST_PATH_IMAGE034
为管道的综合阻抗s2/ m5；
Figure 469044DEST_PATH_IMAGE035
为管道沿程阻力系数；l为管道长度，m；
Figure 192412DEST_PATH_IMAGE036
为管道总局部阻力系数；
Figure 635026DEST_PATH_IMAGE037
为管径，m。
从公式中（1）可以看出，对污水提升泵能耗影响较大的因素为提升泵的实际工作扬程。其中实际工作扬程又包含污水实际提升高度和提升泵的水头损失两部份，一般污水处理系统中压水管道比较短，水头损失较小，所以可认为影响提升泵能耗的关键因素是污水实际提升高度。
通过上述对一级处理阶段的分析，得出在确保管网不溢流的情况下，尽量保持集水池的平均液位在较高的安全水位，减少水泵扬程，可降低提升泵能耗。
（2）二级处理阶段（曝气阶段）
在对污水进行好氧处理分解水中的有机物过程中需要进行曝气，使得水中有合适的溶解氧浓度，保证微生物生化反应正常进行。曝气设备是污水处理系统中另一高耗能设备，其耗能在总耗能中占比约为50%。可采用渐进式的曝气方式，分不同阶段进行曝气布置，精准曝气。曝气系统采用的曝气方式主要是鼓风曝气和表面曝气，其中鼓风曝气目前应用较为广泛的曝气方式。鼓风曝气在原理上是将空气进行压缩处理后，输送至池底扩散开，使氧与水充分地接触，达到供给微生物的目的。因而，要想确定实际运行中曝气系统的能耗利用效率，就要计算系统供气量和实际需氧量之间的关系。两者之比越趋近于1越好，过大耗能较大，过小反而导致出水不达标。
鼓风曝气供气量：
Figure 136545DEST_PATH_IMAGE038
（4）
式中，
Figure 930189DEST_PATH_IMAGE019
为曝气池供气量，m3/h；a为0.8~0.85，b为0.9~0.97；
Figure 440936DEST_PATH_IMAGE020
为氧转移效率；
Figure 738056DEST_PATH_IMAGE023
为需氧量m3/h；
Figure 426789DEST_PATH_IMAGE021
为污水提升泵工作扬程。
在标准大气压下供气量计算公式可简化为：
Figure 744868DEST_PATH_IMAGE039
（5）
式中，
Figure 162074DEST_PATH_IMAGE040
为20℃下脱氧清水的充氧量kg/h。
实际工程设计中可根据供气量和风压值计算鼓风机功率：
Figure 536555DEST_PATH_IMAGE041
（6）
Figure 524365DEST_PATH_IMAGE042
（7）
式中，
Figure 376914DEST_PATH_IMAGE011
为鼓风机出口计算升压，kg/cm2；
Figure 648627DEST_PATH_IMAGE013
为风机效率一般在0.7~0.8间；
Figure 928429DEST_PATH_IMAGE014
为大气压力，kg/cm2；
Figure 200273DEST_PATH_IMAGE043
为每天工作时间，h；
Figure 590934DEST_PATH_IMAGE044
为消耗电能，kWh。
（3）三级处理阶段（污泥处理）
污泥处理为整体污水处理过程中高耗能阶段之一。在此阶段对污泥进行浓缩、脱水、稳定以及焚烧等无害化处理的过程。该系统耗能约占总能耗百分之十一，其能耗的大小主要由污泥产量的多少决定。污泥产量越高，则处理消耗的电能也越多。
Figure 982732DEST_PATH_IMAGE045
（8）
式中，V为干泥量，t/h；K为污水处理量与干泥量间的换算系数，与原水浊度和药剂投加量等有关。
污泥处理电耗计算：
Figure 433437DEST_PATH_IMAGE015
（9）
Figure 645106DEST_PATH_IMAGE046
（10）
式中，
Figure 105037DEST_PATH_IMAGE016
为脱水机功率，kW；
Figure 113793DEST_PATH_IMAGE047
为脱水机比能耗kWh/t；
Figure 735399DEST_PATH_IMAGE017
为脱水后干固体重量， t；
Figure 434364DEST_PATH_IMAGE048
为脱水机电耗kWh；
Figure 432407DEST_PATH_IMAGE049
为工作时长，h。
步骤3：污水处理系统各级需求响应方法及可调节潜力评估；
（1）一级处理阶段需求响应方法及可调节潜力
在一级处理过程中，主要用电设备为污水提升泵，可调节潜力也主要集中在此。在对污水厂高程设计过程中，大多采用估算方法来对水头损失进行计算，而且估算值往往都要高于正确值，这就导致实际设计过程中水泵扬程存在偏高的现象。
因此在对污水处理系统设计时，对于污水处理系统总水位差的计算需要与地形有效结合，并利用详细的水力学进行计算，这样所确定的水泵扬程也更为合理。同时为了能够进一步达到节能的效果，还需要尽可能的降低水泵扬程，即在高程设计时尽可能的做到一次提升，选用合理的设备型式来对构筑物的进水口、出水口和管道之间进行连接，有效的降低水头损失。本发明中主要采用降低水泵扬程的方法进行需求响应。
一级处理阶段需求响应潜力，具体包括：
基于一级处理阶段的水位信息与预先确定的水位信息计算可降低的提升泵工作扬程；
基于一级处理阶段的污水的密度、提升泵的实际流量、提升泵的工作效率和电机的效率和可降低的提升泵工作扬程采用提升泵需求响应潜力计算式，计算一级处理阶段的需求响应潜力；
其中，预先确定的水位信息是基于污水提升泵正常运行时，历史水位信息的均值确定的。
提升泵需求响应潜力计算公式：
Figure 533219DEST_PATH_IMAGE001
（12）
式中，
Figure 76458DEST_PATH_IMAGE050
为为一级处理阶段的需求响应潜力，kW；
Figure 262719DEST_PATH_IMAGE051
为污水的密度， 1.0x103kg/m3；
Figure 64453DEST_PATH_IMAGE004
为重力加速度，9.81m/s2；
Figure 19771DEST_PATH_IMAGE005
为提升泵的实际流量，m3/s；
Figure 248758DEST_PATH_IMAGE052
为可 降低的提升泵工作扬程，m；
Figure 656737DEST_PATH_IMAGE007
为提升泵的工作效率，0.65-0.85；
Figure 12894DEST_PATH_IMAGE008
为电机的效率， 0.95。
（2）二级处理阶段需求响应方法及可调节潜力
二级处理阶段主要可调节潜力在曝气系统的风机中。在污水处理系统设计时，需要以时高峰或是日高峰需氧量来确定曝气系统的规模。在曝气系统运行过程中，往往氧气含量并未实时准确测量，通过对水中含氧量的准确测量监控，采取合理的控制措施降低曝气系统的用电功率，这样即使在氧气不足的情况下，活性污泥浊也能够正常运行一段时间，不会对水质带来太大的影响。所以二级处理阶段需求响应方法主要为降低曝气量。
二级处理阶段的需求响应潜力，具体包括：
由二级处理阶段的单位污水含氧量阈值减去曝气池中单位污水的含氧量得到曝气池中单位污水的需氧量；
基于曝气池中单位污水的需氧量、曝气池的污水量以及设定的供气量计算曝气池短时减少的供气量；
基于二级处理阶段的鼓风机出口计算升压、风机效率和大气压力和曝气池短时减少的供气量，采用鼓风机潜力计算式计算二级处理阶段的需求响应潜力。
鼓风机潜力计算式如下：
Figure 557139DEST_PATH_IMAGE009
（13）
式中，
Figure 222607DEST_PATH_IMAGE053
为二级处理阶段的需求响应潜力,
Figure 371742DEST_PATH_IMAGE011
为鼓风机出口计算升压，kg/cm2；
Figure 249699DEST_PATH_IMAGE012
为曝气池短时减少的供气量，m3/h；
Figure 664762DEST_PATH_IMAGE013
为风机效率,一般在0.7~0.8间；
Figure 501131DEST_PATH_IMAGE014
为大气压 力，kg/cm2。
（3）三级处理阶段需求响应方法及可调节潜力
污水处理系统的污泥处理量与污水处理工艺，污水水质等因素相关，一般污水处理系统都具有一定的污泥存储能力。根据此特点，可在用电高峰时段采用关闭运行设备或降低设备功率，尤其关闭设备对整体污水处理影响可控，为获得较大潜力采用关闭运行设备暂时停止工作的需求响应方法。
三级处理阶段的需求响应潜力，具体包括：
基于三级处理阶段的污水的含泥量和污水流量，计算达到污泥阈值的时长；
当达到污泥阈值的时长不小于需求响应时长时，在需求响应时长内三级处理阶段的需求响应潜力为污泥处理设备的功率；
当达到污泥阈值的时长小于需求响应时长时，在达到污泥阈值的时长内三级处理阶段的需求潜力为污泥处理设备的功率，超过达到污泥阈值的时长以外的需求响应时长内，三级处理阶段的需求潜力为零。
在污泥阈值的时长内可调节潜力计算如下：
Figure 883702DEST_PATH_IMAGE054
（14）
式中，
Figure 565351DEST_PATH_IMAGE055
为污水处理阶段采用暂时停止工作的响应模式可提供的需求响应容 量,Kw,
Figure 615346DEST_PATH_IMAGE016
为污泥处理设备的功率。
（4）总可调节潜力计算
污水处理系统总可调节负荷潜力为一二三级污水处理过程中负荷可调节潜力之和。
Figure 842190DEST_PATH_IMAGE056
（15）
Figure 508795DEST_PATH_IMAGE057
（16）
式中，
Figure 728555DEST_PATH_IMAGE058
为需求响应过程中污水处理系统总可调节潜力，kW；
Figure 633057DEST_PATH_IMAGE059
为污水处理过 程中通过调整一二三级处理过程中用电设备能耗可获得的可调节潜力，kW。
本发明提供的一种污水处理系统的可调节潜力确定方法，可提高企业的收益。例如污水处理系统数量约为1万套，平均日处理污水量2亿吨，按平均用电功率240kW计算，需求响应潜力可达40%，则理论可调节负荷规模96万kW，相当于96万kW的虚拟发电机组。按1kW发、输、配电投资9000元计算，将可节约相关电力投资86亿元。同时，电费在污水处理成本中占比高达50%-70%，污水处理系统通过参与电网互动可获得补贴，提高企业收益。
实施例2：
基于同一发明构思本发明还提供的一种污水处理系统的可调节潜力确定系统，该系统可应用到现有的可调节负荷系统及可调节负荷终端中使用，适用于污水处理系统的可调节潜力挖掘，也可应用于相关的环保监测，为缓解局部地区用电短缺问题提供灵活解决手段。下面对可调节潜力确定系统进行介绍。
一种污水处理系统的可调节潜力确定系统，如图6所示，包括污水处理系统互动响应策略模块和可调节负荷资源池管理模块；
污水处理系统互动响应策略模块，用于基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力；
可调节负荷资源池管理模块，用于基于污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息中的需求响应容量确定污水处理系统的可调节潜力；
其中，需求响应信息包括需求响应开始时间、结束时间和需求响应容量。
污水处理系统互动响应策略模块包括：
一级响应子模块，用于基于污水处理系统中一级处理阶段的实时数据和预先确定的水位信息，计算一级处理阶段需求响应潜力；
二级响应子模块，用于基于污水处理系统中二级处理阶段的实时数据、单位污水含氧量阈值和预先计算的供气量计算二级处理阶段的需求响应潜力；
三级响应子模块，用于基于污水处理系统中三级处理阶段的实时数据、污泥阈值和由需求响应信息中的结束时间减去需求响应开始时间得到的需求响应时长，计算三级处理阶段的需求响应潜力；
其中，污水处理系统各级处理阶段包括：一级处理阶段、二级处理阶段和三级处理阶段；
预先计算的供气量是基于一级处理阶段和二级处理阶段的实时数据结合曝气池供气量公式计算得到。
下面具体对一种污水处理系统的可调节潜力确定系统中的污水处理系统互动响应策略模块和可调节负荷资源池管理模块参与电网互动进行详细介绍：
污水处理系统互动响应策略模块主要功能如图7所示，接收并解析需求响应信号、匹配需求响应策略；基于电参数、环境参数和状态参数确定响应等级、响应容量，并与服务器信息交互，生成运行调控策略。通过概括为响应能力计算、响应过程控制等功能。详细介绍如下：
1）响应能力计算：污水处理系统用户接收电网互动调节的需求响应信息后，获得需求响应容量、响应开始时间、结束时间等具体要求，同时污水处理系统中各环节监测设备将获取设备运行模式、运行功率、污水处理流量等实时信息上传到污水处理系统互动响应策略模块中，污水处理系统互动响应策略模块根据系统运行情况得出各污水处理环节的合适调节方式及对应可调节潜力，由设备响应速度、调节成本、可调节容量进行调节优先级排序。
2)响应过程控制：响应能力计算功能得出各设备的调节优先级排序，将总调节需求按优先级排序进行分配，首先分配给调节成本低、对生产过程影响小、调节速度快的设备。其中污水处理过程中三级处理参与响应优先级最高，一级处理二级处理过程具有相互约束关系，必须联动调节。
3)实施效果计算：对响应信息进行记录存储，包含设备调节开始时间、结束时间、响应过程的电、环境参数，并对响应有效性判断，当满足响应时段最大负荷不高于基线负荷且基线与响应时间负荷之差与上报的确认响应能力误差在20%内，判定本次响应有效，为后续补贴计算提供依据。
可调节负荷资源池管理模块：基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息中的需求响应容量确定所述污水处理系统的可调节潜力。
可调节负荷资源池管理模块还具备如表2中所示，用户管理功能和资源管理功能，其中用户管理功能包括：用户注册、档案管理、信息查询；资源管理功能包括：参数维护功能、资源分类和可调节负荷资源注册。
模块各功能详细介绍如下：
1)用户注册功能：污水处理系统用户可在系统中进行注册，系统存储污水处理系统用户名称、编号、地址、联系人、联系方式、最大可调节潜力等信息。
2)档案管理功能：对污水处理系统参与需求响应等电网供需平衡调节的历史情况进行记录，并在参与后及时进行更新，同时设置档案建立、修改、删除权限及操作记录。历史情况中包含污水处理系统的基本信息、参与电网调节合约信息、参与调节次数、执行效果情况。
3)信息查询功能：可根据污水处理系统用户基本信息、用电情况档案、历史参与电网供需平衡调节情况进行查询。
4)可调节负荷资源注册功能：污水处理系统在可调节负荷资源注册时应详细填写可调节负荷设备名称、设备额定功率、最低稳定运行功率、最大运行功率、是否具有通信接口、以年、月、日为单位的最大响应次数等信息。
5)参数维护功能：针对污水处理系统注册的可调节负荷资源，记录设备参与电网互动调节的可调节功率、设备响应速度、可持续调节时间、调节信息提前通知时间等，并在设备参数变化时进行更新。
6)资源分类功能：根据污水处理系统用户参数维护后的信息，在调峰、调频、消纳新能源、系统冷热备用等调节需求场景下，将注册的可调节负荷资源进行分类，由具体响应需求调用不同类别的可调节负荷资源。
表2可调节负荷资源池管理模块功能
Figure 30803DEST_PATH_IMAGE060
（7）执行需求响应参与电网互动调节，如图8所示：
在需求响应事件触发后，可调节负荷互动响应系统中内嵌的污水处理系统互动响应策略模块给出的策略进行响应。一级处理流程中，提前蓄水降低污水提升泵的工作扬程，从而减少提升泵用电功率，二级处理流程中，在保证水中微生物氧需求情况下，降低曝气系统的风机功率，三级处理过程中，可关停污泥处理设备。
具体响应流程如下：
1）可调节负荷互动响应装置通过通信网络接收电网侧需求响应服务器下发的需求响应事件信息，通过解析获得降负荷量和电价变化信息，通过可调节潜力分析方法承载模块，选择相应的需求响应策略。
2）根据对应的需求响应策略和污水处理系统设备当前电参数、运行状态参数以及环境参数，确定具体的响应计划，并向电网侧需求响应服务器发送反馈信号。
3）响应服务器根据接收的反馈信号，自动回执确认信号。
4）可调节负荷互动响应终端根据确认后的响应计划，形成具体的响应等级和响应容量，生成针对污水处理系统可调节设备的调控指令。
5）需求响应事件结束，可调节负荷互动响应终端记录调节开始时间、结束时间、响应过程的电、环境参数，并反馈至需求响应服务器。同时对承载模块中的档案信息、参数维护等内容进行更新。
需求响应服务器通过对相关检测设备上传的污水处理系统功率数据进行数据汇总评估，计算响应量并对响应的有效性进行判断，同时将评估结果发送至用户（负荷集成商），经用户确认无异议后进行后续的补贴计算，并发放补贴。
实施例3：
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现上述的可调节潜力确定方法。
前述步骤得出了污水处理系统一二三级处理过程中的可调节潜力分析方法，本步骤将可调节潜力分析方法以函数的形式写入计算机可读存储介质中，如图9所示。
将可调节潜力分析方法以函数的形式写入计算机可读存储介质中，具体步骤如下：
将前述步骤（1）至（4）的可调节分析中调节潜力计算公式（12）至公式（16）以函数的形式写入计算机可读存储介质中。其中公式（12）为函数1，取名为一级处理可调节潜力计算函数，公式（13）为函数2，取名为二级处理可调节潜力计算模块，公式（14）为函数3，取名为三级处理可调节潜力计算模块，公式（15）、（16）为函数4、函数5，取名为总可调节潜力计算模块。将函数写入计算机可读存储介质中，当污水处理系统用户参与电网互动时，通过执行计算机可读存储介质中的计算机程序实现污水处理系统的可调节潜力确定方法计算。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种污水处理系统的可调节潜力确定方法，其特征在于，包括：
基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力；
基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和所述需求响应信息确定所述污水处理系统的可调节潜力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力，包括：
基于所述污水处理系统中一级处理阶段的实时数据和预先确定的水位信息，计算所述一级处理阶段需求响应潜力；
基于所述污水处理系统中二级处理阶段的实时数据、单位污水含氧量阈值和预先计算的供气量计算所述二级处理阶段的需求响应潜力；
基于所述污水处理系统中三级处理阶段的实时数据、污泥阈值和由需求响应信息中的结束时间减去需求响应开始时间得到的需求响应时长，计算所述三级处理阶段的需求响应潜力；
其中，所述污水处理系统各级处理阶段包括：一级处理阶段、二级处理阶段和三级处理阶段；
所述预先计算的供气量是基于所述一级处理阶段和二级处理阶段的实时数据结合曝气池供气量公式计算得到；
所述需求响应信息包括需求响应开始时间、结束时间和需求响应容量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一级处理阶段的实时数据包括：水位信息、污水的密度、提升泵的实际流量、提升泵的工作效率和电机的效率；
所述二级处理阶段的实时数据包括：单位污水含氧量、曝气池的污水量、鼓风机出口计算升压、风机效率、大气压力、温度和提升泵的工作扬程；
所述三级处理阶段的实时数据包括污水的含泥量、污水流量、污泥处理设备比能耗和处理后干固体重量。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述污水处理系统中一级处理阶段的数据和预先确定的水位信息，计算所述一级处理阶段需求响应潜力，包括：
基于所述一级处理阶段的水位信息与预先确定的水位信息计算可降低的提升泵工作扬程；
基于所述一级处理阶段的污水的密度、提升泵的实际流量、提升泵的工作效率、电机的效率和所述可降低的提升泵工作扬程采用提升泵需求响应潜力计算式，计算一级处理阶段的需求响应潜力；
其中，所述预先确定的水位信息是基于污水提升泵正常运行时，历史水位信息的均值确定的。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述提升泵需求响应潜力计算式如下式所示：
Figure 788082DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 81705DEST_PATH_IMAGE002
为一级处理阶段的需求响应潜力，
Figure 575134DEST_PATH_IMAGE003
为污水的密度，
Figure 924207DEST_PATH_IMAGE004
为重力加速度，
Figure 503087DEST_PATH_IMAGE005
为提升泵的实际流量，
Figure 80961DEST_PATH_IMAGE006
为可降低的提升泵工作扬程，
Figure 225635DEST_PATH_IMAGE007
为提升泵的工作 效率，
Figure 480029DEST_PATH_IMAGE008
为电机的效率。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述污水处理系统中二级处理阶段的实时数据、单位污水含氧量阈值和预先计算的供气量计算所述二级处理阶段的需求响应潜力，包括：
由所述二级处理阶段的单位污水含氧量阈值减去所述曝气池中单位污水的含氧量得到曝气池中单位污水的需氧量；
基于所述曝气池中单位污水的需氧量、曝气池的污水量以及设定的供气量计算曝气池短时减少的供气量；
基于所述二级处理阶段的鼓风机出口计算升压、风机效率、大气压力和所述曝气池短时减少的供气量，采用鼓风机潜力计算式计算二级处理阶段的需求响应潜力。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述曝气池中单位污水的需氧量、曝气池的污水量以及设定的供气量计算曝气池短时减少的供气量，包括：
由所述曝气池中单位污水的需氧量乘以曝气池的污水量得到参与需求响应时的供气量；
基于所述设定的供气量减去所述参与需求响应时的供气量得到曝气池短时减少的供气量。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述鼓风机潜力计算式如下式所示：
Figure 546206DEST_PATH_IMAGE009
式中，
Figure 927771DEST_PATH_IMAGE010
为二级处理阶段的需求响应潜力，
Figure 661371DEST_PATH_IMAGE011
为鼓风机出口计算升压，
Figure 352247DEST_PATH_IMAGE012
为曝气 池短时减少的供气量，
Figure 171298DEST_PATH_IMAGE013
为风机效率，
Figure 102694DEST_PATH_IMAGE014
为大气压力。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述污水处理系统中三级处理阶段的实时数据、污泥阈值和由需求响应信息中的结束时间减去需求响应开始时间得到的需求响应时长，计算所述三级处理阶段的需求响应潜力，包括：
基于三级处理阶段的污水的含泥量和污水流量，计算达到污泥阈值的时长；
当所述达到污泥阈值的时长不小于需求响应时长时，在所述需求响应时长内三级处理阶段的需求响应潜力为污泥处理设备的功率；
当所述达到污泥阈值的时长小于需求响应时长时，在所述达到污泥阈值的时长内三级处理阶段的需求潜力为污泥处理设备的功率，超过所述达到污泥阈值的时长以外的需求响应时长内，三级处理阶段的需求潜力为零。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述污泥处理设备的功率按下式计算：
Figure 690801DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 286999DEST_PATH_IMAGE016
为污泥处理设备的功率，b为污泥处理设备比能耗，
Figure 593346DEST_PATH_IMAGE017
为处理后干固体重 量。
11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息确定所述污水处理系统的可调节潜力，包括：
将所述污水处理系统中一级处理阶段参与需求响应潜力、所述二级处理阶段参与需求响应潜力和所述三级处理阶段参与需求响应潜力求和，得到所述污水处理系统的参与需求响应总潜力；
当所述参与需求响应总潜力小于所述需求响应容量时，所述污水处理系统的需求响应总潜力为污水处理系统的可调节潜力；
当所述参与需求响应总潜力不小于所述需求响应容量时，将所述需求响应容量作为所述污水处理系统的可调节潜力。
12.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述曝气池供气量公式如下式所示：
Figure 565981DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 493748DEST_PATH_IMAGE019
为曝气池供气量，a为0.8~0.85，b为0.9~0.97，
Figure 792006DEST_PATH_IMAGE020
为氧转移效率，
Figure 585649DEST_PATH_IMAGE021
为污 水提升泵工作扬程，
Figure 409828DEST_PATH_IMAGE023
为需氧量m3/h。
13.一种污水处理系统的可调节潜力确定系统，其特征在于，包括：
污水处理系统互动响应策略模块，用于基于获取的需求响应信息和污水处理系统各级处理阶段的实时数据分别计算污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力；
可调节负荷资源池管理模块，用于基于所述污水处理系统各级处理阶段可提供的需求响应潜力和需求响应信息中的需求响应容量确定所述污水处理系统的可调节潜力；
其中，所述需求响应信息包括需求响应开始时间、结束时间和需求响应容量。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述污水处理系统互动响应策略模块包括：
一级响应子模块，用于基于所述污水处理系统中一级处理阶段的实时数据和预先确定的水位信息，计算所述一级处理阶段需求响应潜力；
二级响应子模块，用于基于所述污水处理系统中二级处理阶段的实时数据、单位污水含氧量阈值和预先计算的供气量计算所述二级处理阶段的需求响应潜力；
三级响应子模块，用于基于所述污水处理系统中三级处理阶段的实时数据、污泥阈值和由需求响应信息中的结束时间减去需求响应开始时间得到的需求响应时长，计算所述三级处理阶段的需求响应潜力；
其中，所述污水处理系统各级处理阶段包括：一级处理阶段、二级处理阶段和三级处理阶段；
所述预先计算的供气量是基于所述一级处理阶段和二级处理阶段的实时数据结合曝气池供气量公式计算得到。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至12中任一所述的可调节潜力确定方法。
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