水务部门的能源中和之路

玛尔丽斯堡污水处理厂

挑战

水的供应和净化耗能巨大。随着世界进步、人口增长，这个挑战只会加剧。今天，通过低成本、高能效的解决方案，可以大幅降低水务行业的能耗，尤其是在污水处理厂。

如不采取措施，全球水务相关能耗到2030年将增加50%。

解决方案：变污水处理厂为能源生产厂

在丹麦的奥胡斯市，玛尔丽斯堡污水处理厂服务着20万人口。其能源产出远超其污水处理能耗。其能源产量之大，还能满足供应饮用水的能源需求。

从该厂的发展道路可以看出，水务行业如何走向能源中和，能源与水务如何解耦。

玛尔丽斯堡污水处理厂的能源产出足够满足20万城市人口整个水循环的能源需求，整体投资回收期据估算为4.8年。

污水处理厂产生的余热可以通过区域能源系统为建筑和工业供热。

发掘污水管理的绿色潜能，水对气候行动具有关键意义

水至关重要。它不但是生命之源，而且也是应对气候变化的关键。为人们提供清洁饮水、保障公共卫生需要消耗大量能源。

国际能源署指出，全球水务行业每年能耗约为1.2亿吨油当量，接近澳大利亚的用能总量。" 如不采取措施，全球水务相关能耗到2030年将增加50%。世界既需要增加供水，又需要降低排放。提高能效为打破这个曲线提供了途径。

如能充分利用所有经济上可行的能效和能源回收的手段，尤其是在供水和污水处理行业，水务行业将有巨大的节能潜力。

世界各地多数城市建有污水处理厂。显然，工作可以从这里开始。污水处理厂往往由市政府运营，月掉城市电费的百分之三四十。对于污水处理企业而言，电费是仅次于人工成本的第二大运营成本。

污水蕴含着大量能源。如能采取措施善加利用，就有可能让污水处理的能源生产和消耗相抵，实现能源中和甚至盈余，从而把污水处理厂从能源消耗者变为能源生产者。

玛尔丽斯堡污水处理厂，能源中和的水务管理服务于20万人

污水处理能耗很高，且全天侯不间断运行。污水处理厂需要用能将污水从污水管网泵入处理厂，无论是曝气池、水泵运行还是污泥处理，都大量耗能。

污水处理厂在电力和热力方面都有很大的能源生产潜力。

在丹麦的奥胡斯市，玛尔丽斯堡污水处理厂由丹麦奥胡斯水务公司运营，既节约了能源，又生产了能源。其能源产量几乎可以满足服务区域整体水循环（即饮用水供应和污水处理）的需求，从而将水务与能源脱钩。

取得这一成就是基于一个双管齐下的战略:节约能源的同时提高能源产量。

2005年，奥胡斯水务公司开始提升污水厂能效。在水循环中，几乎所有带有电机的（共计290台）设备都配装了变频器，实现了高可控性，并确保了实现最佳系统性能所需的最适量的能源。

全厂各处安装了在线传感器，采集关键实时信息，自动计算变频器参数，从而实现了全厂节能运行。

从2016年到2021年，该厂能源产量招出污水处理的能耗近100%，同时也能满足当地饮用水供应的能耗。这意味着，该厂的能源产量足以满足包括饮用水供应和污水处理在内的服务区域完格水循环的能源需求，从而实现水务与能源脱钩。在这一提升中，估计有70%来自于工艺流程优化和数字化。

玛尔丽斯堡污水处理厂还是一座能够生产能源的生物炼厂。2010年，奥胡斯水务公司开始在污水处理的能源生产侧发力，利用生活污水制备生物燃气，实现能源生产。把从污水中提取的污泥泵入发酵罐，生产甲烷等生物燃气，再通过燃烧制热发电。

水务与能源脱钩

水处理和供水能耗主要用于抽取地下水、将其处理为饮用水，再将饮用水泵送到服务区内的用户。
污水输送能耗涵盖用泵站将污水从建筑物内的用户泵送到污水处理厂。

从2005年到2016年，估算投资回收期平均为4.8年

从能源消费者到能源生产者，高效水处理指南

玛尔丽斯堡污水处理厂为全球城市建设能源中和的水务行业指明了道路。简而言之，需要两步走;避免不必要的能耗、利用污水中蕴含的能源。

1. 确定基线

1.1 计量：通过能源仪表计量供水和水处理的能耗

1.2 评估：找到最有潜力的节能场景和方式

2. 降低能耗

2.1 局部数字化：在有节能潜力的点位安装实时传感器和变频器，建立局部控制回路。

2.2 高效部件：改用高能效部件，例如高速涡轮鼓风机。

2.3 整体数字化：依托全厂数字化流程控制，将各局部控制回路组合成整体实时自动化过程。

3. 增产能源

3.1 整体数字化：选择合适的流程控制手段以节约能源，可以一举两得--既能节约能源，又能有更多污泥用来制气，通过联产工艺发电供热。

3.2 行业耦合释放污水更大潜能：为建筑供应热力和热水，消耗了全球近半能源，其中多数来自煤炭、石油和天然气。

世界很多地方都通过区域能源系统为家庭和企业供热供冷。区域能源系统从电厂等处获得热力，以水为载体，利用管道输送到终端用户。区域能源是一个集成系统，为区域集体供热供冷。在中国、俄罗斯和欧洲，有巨大的区域能源系统，未来还会有更多。

今天，全球区域供热大多依靠化石能源。国际能源署(IEA)指出，为实现净零排放，绿色热源在区域供热中的占比需要从今天的8%提高到2030年的35%左右。如果成功，这将有助于将供热排放大幅削减三分之一以上。

实现这个目标乃至更高目标的解决方案已经具备。

丹麦是全世界能效最高的国家之一。广泛采用区域供热是一个主要原因。165%的丹麦家庭用区域供热满足需求，70%以上的热力来自废弃物、生物质、风力发电、商业余热等绿色热源。

丹麦的森讷堡市也不例外。2007年以来，室内供热和居民热水的碳排放下降了73%，区域能源系统是关键因素。附带的收益是，天然气区域供热所占比例从70%降至今天的8%。

区域能源系统的优势之一在干能够融合多种热源，从而把化石燃料排除出能源组合。得益于能效提高，区域能源系统的温度逐渐下降，让更多绿色热源得以纳入系统。

余热也包括在内。污水处理厂的余热潜力尤其巨大。丹麦水和污水处理协会(DANVA)指出，在丹麦这个拥有580万居民的国家，污水处理厂的余热潜力高达60-70万千瓦，相当于两座大型电厂，足以为20%的家庭以碳中和的方式供热。

Taarnby污水处理厂

在大哥本哈根市下属的Taarnby市，有个新的能源中心向域内居民和企业提供区域供热和区域供冷服务。其独特之处在干，利用附近污水处理，的余热在冬季产热、夏季制冷。通过四台大型热泵提取余热，降低了成本，能料和排放。污水厂余热、区域供热、区域供冷和电丽之间互利共生，是行业耦合的绝佳范例:通过将系统与终端用能部门互联，实现能源话环重复利用。

热泵可以回收污水出口蕴含的热量。污水处理厂的出口水温通常会比受水水体漏度高出7-9℃。此举提高了热泵效率，并加快了投资回收。通过行业规合，可将余热送至当地建筑或区域供然系统。