今年7月初,广东省环保集团有限公司(以下简称广东环保集团)首个“尾水发电项目”在汕头市澄海污水处理厂(以下简称澄海污水厂)正式投产。该项目是华南地区首个污水处理厂尾水发电项目,是广东环保集团推进资源循环利用取得的重大技术突破,开辟了污水处理厂尾水循环利用的新路径,为广东水资源循环利用提供了参考样板。

尾水发电,推动绿色低碳发展

污水处理厂尾水是指经过城市污水处理厂技术处理后达到一定的水质指标、可重新循环利用的非饮用水,也称作“再生水”,它是国际公认的“城市第二水源”。当前,城市污水处理厂的尾水资源化利用主要用于农业灌溉用水、工业用水、城市杂用水、景观娱乐用水及补充水源用水等。

随着经济的发展,城市人口不断增长,污水处理厂建设力度也在逐步加强,尾水排放量日益增大。在实现碳达峰碳中和目标背景下,城市污水处理厂的尾水利用亟须向绿色低碳化转型。

“减污降碳是推进生态文明建设的关键,掌握尾水发电的核心技术对我们集团推进绿色环保主业转型升级具有非常重要的意义。”汕头市澄海污水处理厂尾水发电项目负责人、广东环保集团谢佳炜人才创新工作室领衔人谢佳炜向笔者介绍,一直以来广东环保集团坚持走绿色发展道路,在全力参与练江流域综合整治、农村环境综合治理等重大民生环境治理工程的同时,也不断加大研发创新工作力度,积极探索绿色低碳、资源循环利用的先进技术。

据谢佳炜介绍,污水处理厂尾水发电和传统水力发电的原理是相同的,两者都是利用水位落差产生的水流推动水轮发电机转动,将水的动能和势能转换为电能。两者不同之处在于传统水力发电是利用大坝聚拢的天然水流,而尾水发电是利用污水处理厂出水排放高低落差进行发电。尾水发电是一种绿色清洁能源,项目具有不用修筑拦水大坝、尾水排放具备自然势能、尾水不含杂质、不会对水轮机造成影响、出水流量基本稳定等优势。

“尾水发电项目建成投产后既不消耗燃料资源,又不释放污染物、废料,也不产生温室气体。”谢佳炜表示,推进污水处理厂的尾水资源化利用,对企业的节能减排、减污降碳、降低生产经营成本、保护生态环境、推动高质量发展等方面都发挥着积极作用,而且具有明显的社会效益和经济效益。

据了解,澄海污水厂设计处理污水总规模为19万吨/天,现已建成一、二期,设计规模为12万吨/天,目前已接近满负荷生产,排放的尾水均通过尾水发电设施进行发电。根据澄海污水厂尾水发电的试运行记录,在三期项目暂未并入的情况下,项目发电约为22千瓦,日发电量约528度,预计年发电量可达19万度,可望实现年效益12.4万元。

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澄海污水厂尾水发电机房

强强联合,狠抓关键技术攻关

当前,国内水力发电主要利用自然水体和潮汐发电,利用污水处理厂尾水发电的企业只有寥寥数家,低于5米的超低水头发电案例更是完全空白。2009年8月,国内首个利用污水处理厂尾水发电的项目在重庆市鸡冠石污水处理厂投入试运行。

“水头为15.5米的重庆市鸡冠石污水处理厂尾水发电项目案例,与我省大多数污水处理厂水头在5米以下的实际情况差异较大。”谢佳炜告诉笔者,广东环保集团启动研究超低水头污水处理厂尾水发电时面临着不少技术难题。尽管技术难度很大,但是超低水头发电更切合广东省的实际需求,研发成功后推广使用的价值更大。

污水处理厂尾水发电项目之前在广东省尚未有先例,广东环保集团聚集创新资源,强化与环保行业企业的深度合作,搭建高水平技术创新平台,与国家高新技术企业广东正诚电气科技有限公司(以下简称正诚公司)围绕关键技术,集中力量、协同攻关。

双方在对广东环保集团汕潮区域中心全部污水处理厂的尾水排放情况摸底调查基础上,邀请了省内外水利水电专家进行项目论证,并远赴广西、江西、四川等地进行技术交流,确定了适合广东环保集团污水处理厂的尾水发电模式。通过初步设计、前期试验,双方解决了低水头发电、尾水水力模型等技术难点,并遴选在澄海污水厂开工建设首个项目。

“尾水发电跟污水处理厂原有的生产技术差异大,这对我们技术创新、项目攻关提出了更高的要求。”谢佳炜说,他们团队和正诚公司技术团队联合研发,突破了传统水力发电水位落差高、工程投资大的瓶颈,创造性实现3.5米超低水头发电,并设计了自动调速技术,可根据水量的变化自动调整频率、功率,实现无人值守发电。

2022年11月9日上午,投资约145万元的尾水发电项目正式在澄海污水厂开工建设。为了破解项目的难点、堵点问题,确保项目顺利推进,广东环保集团谢佳炜人才创新工作室成员和正诚公司专业人员组成技术攻关小组,倒排工期计划,建立重点任务、重要节点清单,明确分工、责任到人,逐个克服设备兼容性差、设计误差、专业跨度大等系列困难,保障项目按时保质推进。

“为了保证项目的顺利推进,我们技术攻关小组主动与发电设备供应企业的设计团队对接,结合澄海污水厂的实际,持续优化设计方案,加快推进技术创新。”谢佳炜表示,在设备实现持续稳定运行的基础上,他们成功将原设计4.5米水头设备优化为适用于3.5米水头,有效降低了项目投入成本,同时扩大了技术的应用范围。

尾水发电设备

深化研究,创新驱动长远发展

“7月3日上午,集团党委副书记和汕头市科学技术局负责同志在澄海污水厂宣布首个尾水发电项目正式投产,标志着我们近一年的科研攻关和试点建设终于成功了!”谢佳炜高兴地向笔者说道,项目投产初期的主要目的是验证低水头发电的可行性和稳定性。待项目稳定运行后,将继续深入开展水轮机叶轮优化、发电设施气密性提升等创新科研工作,不断完善设备技术。

随着澄海污水厂三期7万吨处理污水量能力的增加,该厂的尾水发电项目将进一步提高发电效能。预计发电出力能够提升至50千瓦,年发电量提升至42.5万度,每年可以相应地减少423.7吨二氧化碳排放,实现年效益27.6万元。根据广东环保集团保守估计,大概5至6年便可收回尾水发电项目的全部投资成本。

“目前,我们正在研发2.0和3.0的升级版尾水发电设备,下一步还打算往小型化、一体化、智慧化方向发展。届时,研发出的新设备有望应用于我省大部分的污水处理厂,也可应用于农村地区的低水头河流,真正为广东的高质量发展提供更多绿色、可靠的能源。”正诚公司总经理陈益栓对市场前景信心满满。

“水是生命之源,是人类生存发展的重要物质基础,也是生态文明建设的发力点。尾水发电项目的顺利投产是我们集团推进资源循环科学有效利用、迈出绿色低碳发展的重要一步。”谢佳炜表示,利用污水处理厂的尾水发电属发展可再生能源,既治理了生态环境,更节约了能源,环保、社会、经济效益突出。

接下来,广东环保集团将更加自觉地肩负起绿美广东生态建设主力军重任,补短板强弱项扬优势,着力发展“大环境”主业,统筹“全生态”治理,深化“全产业链”布局,高水平打造绿色环保和制造业两大现代化产业体系,努力建设全国一流的绿色发展标杆企业,为打造人与自然和谐共生的现代化广东样板贡献智慧和力量。

来源:广东省生态环境厅

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