اب و تصفیه فاضلاب

1 مقدمه سیستم های انرژی و آب در بسیاری از زمینه ها در هم تنیده شده اند. این پیوندها، جایی که یکی از این منابع برای تأمین دیگری ضروری است، به عنوان پیوند انرژی-آب نامیده می شود. کمبود آب رو به رشد و افزایش تقاضای انرژی می تواند چالش هایی را ایجاد کند که نیاز به معاوضه مجدد دارد. تحقیقات بر روی پیوند انرژی-آب در سال های اخیر با هدف شناسایی راه حل های کارآمد که شدت منابع را به حداقل می رساند افزایش یافته است. در پیوند انرژی-آب، می توان بین دو حوزه فرعی تمایز قائل شد: آب در برابر انرژی و انرژی برای آب. در مورد اولی، تحقیقات به بهینه سازی مصرف آب برای تامین انرژی به طور مستقیم یا غیرمستقیم می پردازد. در همین حال، انرژی در برابر آب بر مصرف انرژی در چرخه آب تمرکز می کند که شامل تصفیه آب آشامیدنی، توزیع آب و تصفیه فاضلاب می شود. در حالی که مصرف برق در تصفیه و توزیع آب نسبتاً کم است، تصفیه فاضلاب فرآیندی با انرژی الکتریکی فشرده است. هزینه های برق به طور کلی بالاترین هزینه ها در تصفیه خانه های فاضلاب در مقیاس متوسط و بزرگ (WWTP) است. بسته به سطح تصفیه و اندازه نیروگاه، هزینه های برق تخمینی می تواند از 2 تا 60 درصد کل هزینه های عملیاتی متغیر باشد. در کشورهایی با سیستم های توزیع و تصفیه آب به خوبی توسعه یافته، بخش تصفیه فاضلاب می تواند مصرف کننده بزرگ برق باشد و حدود 3 درصد از کل مصرف برق یک کشور در سال را به خود اختصاص دهد [Gude, 2015]. چندین مطالعه موردی نشان داده اند که انرژی - فرآیندهای مصرفی در WWTP مانند پمپاژ یا هوادهی امکان عملکرد انعطاف پذیر را فراهم می کند (به بخش 5.2 مراجعه کنید). این انعطاف پذیری بالقوه در بهره برداری، همراه با سطوح قابل توجهی از مصرف کل انرژی، بخش تصفیه فاضلاب را به منبع بالقوه جالب انعطاف پذیری از دیدگاه سیستم قدرت تبدیل می کند. با افزایش ظرفیت تولید برق از منابع انرژی تجدیدپذیر (RES)، عرضه انرژی بیشتر و بیشتر متغیر می شود. این امر نیازمند منابع تقاضای انرژی انعطاف‌پذیرتر است که می‌توانند با ارائه پاسخ تقاضا (DR) با تنوع عرضه سازگار شوند. DR را می توان به عنوان "تغییر در استفاده از برق توسط منابع طرف تقاضا از الگوهای مصرف عادی آنها در پاسخ به تغییرات قیمت برق یا پرداخت های تشویقی طراحی شده برای القای مصرف برق کمتر در زمان قیمت های بالای بازار عمده فروشی یا زمانی که قابلیت اطمینان سیستم به خطر می افتد" تعریف شود. [لی و همکاران، 2013]. اجرای برنامه‌های DR می‌تواند به کاهش خطر قطع برق، سرمایه‌گذاری‌های ظرفیت پس از انتقال، بهبود قابلیت اطمینان سیستم و احتمالاً کاهش هزینه‌های برق برای مصرف‌کنندگان انرژی کمک کند [کیم و شچرباکووا ، 2011]. تحقیقات پتانسیل فرآیندهای صنعتی مختلف برای ارائه DR را بررسی کرده است (به بخش 3 و 4.2 مراجعه کنید)، اما ارزیابی پتانسیل DR در بخش تصفیه فاضلاب هنوز محدود است. در این مقاله، ما ادبیات منتشر شده در مورد رویکردهای مدل‌سازی مختلف برای DR صنعتی را خلاصه می‌کنیم. از دیدگاه سیستم قدرت و دیدگاه کاربر نهایی. متوجه شدیم که هیچ مدلی وجود ندارد که هر دو جنبه را به طور همزمان با جزئیات کافی در نظر بگیرد. ما همچنین اشاره می‌کنیم که مدل‌سازی سنتی WWTP تاکنون DR را در نظر نمی‌گیرد، اگرچه چندین مطالعه موردی نشان می‌دهند که پتانسیل قابل‌توجهی برای انعطاف‌پذیری در عملیات WWTP وجود دارد. مطالعات موردی پتانسیل انعطاف‌پذیری پمپاژ فاضلاب، هوادهی متناوب، استفاده از افزونگی داخلی برای تأخیر در تصفیه و پردازش لجن را تحلیل کرده‌اند. هدف این مقاله نشان دادن این است که فقدان ابزار مدل‌سازی در این زمینه منجر به استفاده ناکافی از انعطاف‌پذیری تقاضای قابل دسترس توسط WWTP‌ها می‌شود. یک مدل سیستم یکپارچه انرژی-آب که این گزینه‌های انعطاف‌پذیری را در یک مدل فرآیند WWTP در ارتباط با سیستم قدرت به منظور پر کردن این شکاف جمع‌آوری می‌کند، هنوز وجود ندارد. ساختار مقاله به شرح زیر است. بخش 2 پیوند انرژی-آب را تشریح می کند و نیازهای آب در بخش انرژی و مصرف انرژی در خدمات آب را تشریح می کند.

ما تعریفی از DR ارائه می دهیم و مزایا و چالش های بالقوه آن را در بخش 3 بیان می کنیم. پس از آن، بخش 4 ادبیات مربوط به مدل‌های انرژی موجود را که DR صنعتی را تحلیل می‌کنند، خلاصه می‌کند. ما بین مدل‌های انرژی و سیستم قدرت از یک سو و مدل‌های فرآیند متمرکز بر کاربر نهایی از سوی دیگر تمایز قائل می‌شویم. در بخش 5، ابتدا توضیح می‌دهیم که چگونه فرآیند WWTP به طور سنتی مدل‌سازی می‌شود و سپس به جزئیات در مورد جایی که پتانسیل‌های انعطاف‌پذیری در فرآیند نهفته است می‌پردازیم. ما رویکردهای مدل‌سازی فعلی برای DR صنعتی را در بخش 6 مورد بحث قرار می‌دهیم و توسعه یک مدل فرآیند ترکیبی سیستم را برای تجزیه و تحلیل پتانسیل DR از WWTPs پیشنهاد می‌کنیم. ما نتیجه می گیریم که یک مدل سیستم یکپارچه انرژی-آب از سیستم قدرت و سیستم تصفیه فاضلاب برای تجزیه و تحلیل DR از WWTPs به بهترین وجه اثرات را نشان می دهد.

مخزن اسید چیست 

لوله کاروگیت چیست