探討污水處理廠(chǎng)能效平臺(tái)在電氣節(jié)能中的應(yīng)用

    摘要:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的*發(fā)展,城市產(chǎn)生污水的數(shù)量在急速的增加,污水處理已經(jīng)成為城市不可分割的一部分。相關(guān)的工作人員對(duì)生活污水進(jìn)行處理的時(shí)候采用的方法是活性污泥生化處理工藝,這種處理工藝在運(yùn)行的過(guò)程中主要消耗的能量就是電能 ,因此相關(guān)的工作人員在處理污水的過(guò)程中需要要注意節(jié)能減排。
    關(guān)鍵詞:污水處理廠(chǎng);電氣節(jié)能;措施;探討
    1 污水處理廠(chǎng)電氣設(shè)計(jì)節(jié)能減排技術(shù)內(nèi)涵
           污水處理廠(chǎng)的電氣設(shè)計(jì)中,節(jié)能減排工作是從兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域加以闡釋的。一個(gè)是節(jié)能技術(shù),一個(gè)是減排技術(shù)。二者有聯(lián)系,也有區(qū)別。節(jié)能減排相互之間是相輔相成的。要進(jìn)行減排,就要以節(jié)能技術(shù)作為鋪墊,要達(dá)到節(jié)能的目的,減排是必然要做的工作。如果只注重節(jié)能而忽略減排,則會(huì)導(dǎo)致能耗激增,帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。只有對(duì)節(jié)能和減排技術(shù)都加以均衡發(fā)展,才能得到社會(huì)效益和環(huán)境效益的均衡發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)化的提高,城市生活污水處理廠(chǎng)的發(fā)展高速前行,因此污水處理廠(chǎng)的節(jié)能減排工作意義重大。
           進(jìn)行污水處理節(jié)能和減排技術(shù)的設(shè)計(jì),首要的是對(duì)電氣系統(tǒng)的節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃和布局。主要集中在變壓器的損耗、無(wú)功及諧波電流損耗、照明損耗、設(shè)置不當(dāng)帶來(lái)的空載損耗等問(wèn)題上。
    2 城市污水處理廠(chǎng)電氣節(jié)能的實(shí)現(xiàn)
    2.1 電機(jī)節(jié)能
           電機(jī)能耗是污水處理廠(chǎng)電能消耗的主要部分,常用的電機(jī)包括風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、水泵、污泥泵等,為了提高污水廠(chǎng)電氣節(jié)能效果,需要做好電機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì),采取有效的節(jié)能措施。電機(jī)能耗高低的影響因素主要包括電機(jī)自身性能、數(shù)量、容量、配置、控制方式、運(yùn)行管理等因素,可從這幾個(gè)方面入手采取節(jié)能措施:在購(gòu)置電機(jī)時(shí),應(yīng)優(yōu)選效、能耗低、運(yùn)行可靠的電機(jī)。污水處理廠(chǎng)要結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況,合理設(shè)計(jì)電機(jī)容量,確保電機(jī)輸出功率與機(jī)械負(fù)載功率相匹配,提高電機(jī)的負(fù)載率,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電機(jī)自然功率因素的改善;在選擇水泵時(shí),污水處理廠(chǎng)要根據(jù)用水量、季節(jié)變化、*大流量等條件進(jìn)行選擇,預(yù)留出一定額度;一般情況下,電機(jī)完全達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間不過(guò) 10%,其余時(shí)間均處于低效運(yùn)行。由于電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)下才能降低電能消耗,所以污水處理廠(chǎng)應(yīng)采用調(diào)控方式,對(duì)電機(jī)輸出負(fù)荷進(jìn)行合理設(shè)置,調(diào)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),使電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)轉(zhuǎn),降低電能耗用量。
    2.2 對(duì)污水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化
           城市產(chǎn)生的污水量逐年遞增,這對(duì)污水處理廠(chǎng)的污水處理能力提出了較高的要求。污水處理廠(chǎng)需要采用**的設(shè)備和污水處理工藝,在提高污水處理能力的同時(shí)降低能耗,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)污水處理工藝的轉(zhuǎn)型升級(jí)。在污水處理廠(chǎng)建成初期,要及時(shí)清理污水處理系統(tǒng)中的漂浮物,減少?gòu)S區(qū)雨污排水系統(tǒng)中的柵渣量,便于在污水量突然增大的狀況下實(shí)現(xiàn)順利分流分壓,避免對(duì)潛水泵造成破壞,延長(zhǎng)潛水泵的使用壽命;及時(shí)獲取電網(wǎng)運(yùn)行信息,利用電網(wǎng)峰谷平的具體情況以及計(jì)價(jià)規(guī)則,對(duì)污水處理廠(chǎng)中功率較大的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整,以降低用電成本;升級(jí)改造現(xiàn)有設(shè)備,保證全部污水能夠準(zhǔn)確入槽;將監(jiān)控設(shè)備安裝到車(chē)間,實(shí)時(shí)監(jiān)控污水處理的全過(guò)程,提高污水處理質(zhì)量;污水處理廠(chǎng)要采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)現(xiàn)有電氣技術(shù)進(jìn)行改造升級(jí),通過(guò)采用該技術(shù)能夠大幅度提高年處理污水量,降低電氣耗電量,節(jié)約能源消耗量約為25%,并且降低電費(fèi)支出,有利于提高污水處理廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。
    2.3 供配電系統(tǒng)節(jié)能
    2.3.1 降低線(xiàn)損
           電纜選用電導(dǎo)率小的材質(zhì),盡量選用銅芯電纜,雖然成本投入較鋁芯電纜成本高,但是可在后期運(yùn)行中節(jié)省電費(fèi)支出;優(yōu)化電纜設(shè)計(jì),縮短電纜長(zhǎng)度,在水泵房和風(fēng)機(jī)房附近設(shè)置配電房,減小電纜用量;若電纜線(xiàn)路較長(zhǎng),則要加大一級(jí)電纜截面,并且保證電纜截面的熱穩(wěn)定性、載流量、電壓損失均符合設(shè)計(jì)要求,雖然這種做法會(huì)增加前期的建設(shè)投入,但是在后期運(yùn)行中可有效降低線(xiàn)路損耗,節(jié)約成本。
    2.3.2 無(wú)功補(bǔ)償
           分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償是無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬煞N形式:分散補(bǔ)償只需在用電設(shè)備上并聯(lián)電容器即可,安裝簡(jiǎn)單,可提高低壓線(xiàn)路電網(wǎng)的功率因數(shù),降低線(xiàn)路損失,但這種補(bǔ)償方式難以有效減少變壓器銅損;集中補(bǔ)償根據(jù)負(fù)荷情況將裝置集中安裝到低壓配電房,可降低變壓器銅損。由于污水處理廠(chǎng)在污水處理過(guò)程中的負(fù)荷較為集中,所以應(yīng)在負(fù)荷中心建設(shè)低壓配電房,采取集中補(bǔ)償?shù)姆绞健?br>2.4 選用變頻節(jié)能設(shè)備
           在污水處理廠(chǎng)運(yùn)行中需要使用數(shù)量較多的風(fēng)機(jī)、水泵,由于這類(lèi)設(shè)備通常根據(jù)*大需量確定設(shè)備能力,所以導(dǎo)致設(shè)備在正常工作狀態(tài)下不會(huì)處于滿(mǎn)載運(yùn)行,實(shí)際負(fù)載明顯小于設(shè)計(jì)值,導(dǎo)致污水處理中的能耗較高,能源利用效率偏低,造成電能的嚴(yán)重浪費(fèi)。此外,若電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),未能得到有效調(diào)控,不僅會(huì)加快電機(jī)磨損,而且還會(huì)額外付出較高的維修費(fèi)用,縮短電機(jī)使用壽命。根據(jù)相關(guān)定律可知,流量與轉(zhuǎn)速成比例,功率與轉(zhuǎn)速的 3 次方成比例,所以應(yīng)在水泵中引入調(diào)速控制技術(shù),根據(jù)流量的大小對(duì)功率進(jìn)行調(diào)節(jié),提高電機(jī)的節(jié)能效率。同時(shí),也可采用智能化節(jié)電設(shè)備,借助于計(jì)算機(jī)模糊控制理論跟蹤控制設(shè)備的負(fù)荷狀態(tài),根據(jù)負(fù)荷變化情況智能調(diào)節(jié)水泵的流量和風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,促使水泵和風(fēng)機(jī)隨著負(fù)荷變化作出變動(dòng),有效降低電能消耗量,提高節(jié)能效果。
    2.5 照明節(jié)能
           城市污水處理廠(chǎng)中的照明系統(tǒng),在電氣能耗中所占的比例較大,為此,應(yīng)采取有效的措施降低照明系統(tǒng)能耗。
    2.5.1 選用節(jié)能型光源附件
           鎮(zhèn)流器是照明系統(tǒng)中的重要組成部分,其種類(lèi)眾多、性能各異,在選擇氣體放電燈的鎮(zhèn)流器時(shí),要盡量避免使用普通電感型鎮(zhèn)流器,而是要使用電子鎮(zhèn)流器、低能耗鎮(zhèn)流器,以達(dá)到降低線(xiàn)損、提高供電質(zhì)量的效果。在氣體放電燈中設(shè)置就地補(bǔ)償電容,提高燈具的功率因素,在同等照明亮度和時(shí)長(zhǎng)的情況下降低線(xiàn)損。
    2.5.2 優(yōu)化照明控制系統(tǒng)
           污水處理廠(chǎng)的值班室、辦公室的燈具控制應(yīng)采用一對(duì)一的控制方式,而在大型車(chē)間中可根據(jù)生產(chǎn)情況采取區(qū)域型控制方式,在滿(mǎn)足照明需求的情況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能;在樓梯間、公共走道等場(chǎng)所采用聲光控方式,降低燈具的電能消耗,做到人來(lái)燈開(kāi)、人走燈閉,提高節(jié)電效果;廠(chǎng)區(qū)內(nèi)的道路采用光控方式,白天吸收太陽(yáng)能,將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能,天黑時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟照明,天亮關(guān)閉照明,實(shí)現(xiàn)道路照明的自動(dòng)化控制,避免電能浪費(fèi)。
    2.5.3 對(duì)光源進(jìn)行合理選擇
           隨著城市污水處理廠(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,大型車(chē)間數(shù)量也隨之增多。在大型車(chē)間中,需要采用充足的光源以滿(mǎn)足生產(chǎn)條件。為了實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能,污水處理廠(chǎng)應(yīng)合理選擇節(jié)能型的光源。大型廠(chǎng)房應(yīng)采用大功率細(xì)管徑熒光燈、高壓鈉燈或金屬鹵化物燈,這些光源的節(jié)能效果較高。在污水處理廠(chǎng)配電室、辦公室、值班室等人員工作的地方,要盡量避免使用白熾燈,而是要選擇緊湊型熒光燈、三基色細(xì)管徑熒光燈或金屬鹵化物小功率燈等。
    3 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)
    3.1平臺(tái)概述
           安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)體系,AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析、治理裝置,用于監(jiān)測(cè)污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強(qiáng)度,監(jiān)測(cè)主要用能設(shè)備能效,保護(hù)污水廠(chǎng)運(yùn)行,提高污水廠(chǎng)能效,為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。
    3.2平臺(tái)組成
           AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成,涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)維等,貫穿水務(wù)能源流的始終,幫助運(yùn)維管理通過(guò)一套平臺(tái)、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況,并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。
    3.3平臺(tái)拓?fù)鋱D

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    3.4平臺(tái)子系統(tǒng)
    3.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控
           對(duì)水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù),實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能,對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警。
           監(jiān)測(cè)變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報(bào)警等數(shù)據(jù)。

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    3.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理


    水務(wù)*量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波,通過(guò)監(jiān)測(cè)其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,并配置對(duì)應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。
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    3.4.3電動(dòng)機(jī)管理
           馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息,對(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,**正常生產(chǎn)。

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    3.4.4能耗管理
           為水務(wù)搭建計(jì)量體系,顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗,通過(guò)能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向,找出能源消耗異常區(qū)域。
           將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個(gè)看板中,從多個(gè)維度對(duì)比分析,實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比,幫助掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗,能源成本,標(biāo)煤排放等的情況。
           能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量,同環(huán)比對(duì)比分析,能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算,標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。
           能效分析按三級(jí)計(jì)量架構(gòu),分別進(jìn)行能效分析,契合能源管理體系要求,可對(duì)各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析,同比、環(huán)比、對(duì)標(biāo)等。通過(guò)污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù),在污水單耗中生成污水單耗趨勢(shì)圖,并進(jìn)行同比和環(huán)比分析,同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國(guó)家/指標(biāo)對(duì)標(biāo),以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來(lái)調(diào)整生產(chǎn)工藝,從而降低能耗。

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    3.5.4智能照明控制

           系統(tǒng)為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案,支持單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等多種控制方式,模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能,盡量利用自然光照,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠(chǎng)區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能的目的。

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    3.4.6電氣安全
    (1)電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)
    監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度,實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預(yù)警。
    (2)消防應(yīng)急照明和疏散指示
    根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)預(yù)案快速啟動(dòng)疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。
    (3)消防設(shè)備電源監(jiān)測(cè)
    監(jiān)測(cè)消防設(shè)備的工作電源是否正常,**在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備可以正常投入使用。

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    3.4.7 環(huán)境監(jiān)測(cè)
           污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警,**污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng),排除隱患,保持良好的水處理環(huán)境。

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    3.4.8分布式光伏監(jiān)測(cè)
           實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài),逆變器運(yùn)行監(jiān)視,對(duì)逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率,逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測(cè),以曲線(xiàn)方式繪制上述監(jiān)測(cè)的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。
           平臺(tái)結(jié)合廠(chǎng)區(qū)實(shí)際分布情況,通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋、車(chē)棚的分布情況,顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置,各個(gè)屋的裝機(jī)容量。

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    3.4.9工藝監(jiān)控

           平臺(tái)通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù),進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī),與PLC、軟啟、變頻器等配合,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,**正常生產(chǎn)。

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    3.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單
    3.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

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    3.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

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    3.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

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    3.5.4*門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)

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    4結(jié)束語(yǔ)
           污水處理廠(chǎng)的電氣節(jié)能措施具有一定的復(fù)雜性,相關(guān)的工作人員對(duì)污水處理廠(chǎng)進(jìn)行節(jié)能處理的時(shí)候應(yīng)該把握好其供配電系統(tǒng),同時(shí)對(duì)電氣線(xiàn)路、電氣設(shè)備、控制系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)的節(jié)能措施進(jìn)行掌控,只有這樣才能從根本上解決污水處理廠(chǎng)電能損耗的情況,讓污水處理廠(chǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中較加的順利,并且使污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行具有足夠的經(jīng)濟(jì)性。
    參考文獻(xiàn)
    [1]王巍威.污水處理廠(chǎng)電氣節(jié)能措施探討
    [2] 牛鑫 . 淺談污水處理廠(chǎng)電氣節(jié)能措施 [J]. 技術(shù)與應(yīng)用,2014(11):121-122.

    [3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版


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