Водоснабжение и коммунальная инфраструктура
Энергетическое обследование водоснабжения и коммунальной инфраструктуры позволяет установить, сколько электроэнергии расходуется на подъём, очистку, распределение воды и отведение сточных вод. Для этого необходимо разграничить технологические участки, определить фактические объёмы перекачки, напоры насосного оборудования и электрическое потребление соответствующих узлов.
Коммунальный комплекс может включать несколько взаимосвязанных систем с разными энергетическими характеристиками. Повышенный расход электроэнергии на кубометр воды не всегда свидетельствует о неэффективной работе насосов: причиной могут быть изменение высоты подъёма, увеличение потерь воды в распределительной сети или изменение условий очистки. Поэтому задача обследования — установить границы энергетических потоков и выбрать программу измерений, позволяющую проверить конкретные причины перерасхода.
Границы обследования коммунального комплекса
Коммунальная инфраструктура объединяет сооружения и оборудование, обеспечивающие подачу воды, её подготовку, распределение потребителям и отведение стоков. При этом каждый процесс может иметь самостоятельную технологическую и энергетическую границу.
Для водоснабжения необходимо различать энергию, затраченную на подъём воды, работу сооружений очистки и транспортирование подготовленной воды по распределительным сетям. Для водоотведения отдельно рассматривают транспортирование сточных вод и связанные с ним насосные нагрузки.
Если электроэнергия учитывается одним прибором на всей площадке, его показания характеризуют совокупное потребление. По ним нельзя непосредственно определить, какая часть расхода относится к насосам водоподачи, очистным сооружениям или канализационным насосным станциям.
Поэтому обследование начинают с определения фактического состава объектов и схемы их взаимодействия. Затем устанавливают границы, в которых измеряются объёмы воды и сточных вод, а также соответствующее электрическое потребление.
Такое разграничение необходимо для корректного сопоставления энергетических затрат с результатом коммунальной услуги. Расход электроэнергии на транспортирование воды под определённым напором нельзя без дополнительных условий сравнивать с расходом на её технологическую очистку.
Исходные документы и показатели
Основными исходными материалами являются схемы сетей и сооружений, данные об объёмах подачи и приёма воды, насосные журналы, сведения об уровнях резервуаров и показания раздельного электрического учёта.
Схемы позволяют определить последовательность прохождения воды через основные сооружения и распределительные участки. Для водоотведения необходимо установить отдельные направления движения сточных вод и расположение канализационных насосных станций.
Данные об объёмах подачи и приёма необходимы для формирования баланса. Если на разных участках используются показания приборов за несовпадающие периоды, их прямое сопоставление может создавать искусственное расхождение.
Насосные журналы показывают, какие агрегаты работали в рассматриваемые периоды и как изменялись их режимы. Эти сведения сопоставляют с электрическими измерениями и фактическими объёмами перекачки.
Уровни резервуаров необходимы для учёта изменения запасов воды. Если в течение измерительного периода резервуар наполнялся или опорожнялся, объём поданной воды может отличаться от объёма, непосредственно переданного следующему участку системы.
Раздельный электрический учёт позволяет определить потребление соответствующих технологических узлов. При его отсутствии необходимо установить возможность временных измерений или дополнительного разграничения нагрузок.
При подготовке обследования также проверяют актуальность эксплуатационных схем и журналов. При наличии протоколов поверки приборов и технических замеров оценивают пригодность соответствующих данных для расчётов.
Сопоставление электроэнергии с объёмом и напором
Для оценки энергетических затрат насосного оборудования необходимо учитывать не только перекачанный объём, но и напор, который обеспечивается в соответствующем режиме.
Напор характеризует удельную механическую энергию, передаваемую жидкости насосом, и может выражаться в метрах столба жидкости. При увеличении требуемого напора энергетические затраты на перемещение сопоставимого объёма воды могут возрастать.
Для насосного участка полезная гидравлическая мощность определяется расходом жидкости, её плотностью, ускорением свободного падения и создаваемым напором.
Гидравлическая мощность = плотность жидкости × ускорение свободного падения × объёмный расход × напор.
Электрическая мощность, потребляемая приводом насоса, отличается от полезной гидравлической мощности из-за потерь при преобразовании энергии. Поэтому для оценки необходимо сопоставить электрический вход с фактическим расходом и напором.
Удельное электропотребление в киловатт-часах на кубометр показывает затраты электроэнергии на перекачку определённого объёма. Однако этот показатель нельзя использовать для прямого сравнения насосных участков, работающих при существенно разных напорах.
Если удельное потребление увеличилось, сначала определяют, изменились ли условия подъёма и транспортирования воды. Только после этого проверяют возможное ухудшение энергетической эффективности оборудования.
Разграничение водоподачи, очистки и водоотведения
Водоподача, очистка и отведение сточных вод имеют разные технологические задачи. Поэтому их энергетические показатели необходимо рассматривать в соответствующих функциональных границах.
При подъёме воды основная проверка связана с фактическим объёмом перекачки, требуемым напором и электрическим потреблением насосного оборудования.
При распределении воды дополнительно учитывают протяжённость сети, изменение давления и возможные потери воды между точками подачи и приёма.
На очистных сооружениях энергетические затраты зависят от выполняемого технологического процесса. Их нельзя полностью объяснить только объёмом проходящей воды без учёта соответствующих условий очистки.
При водоотведении важны объёмы поступающих стоков, режим работы канализационных насосов и условия их транспортирования.
Если все эти процессы объединены одним общим электрическим показателем, расчёт единой энергоёмкости может скрывать причины отклонений. Поэтому сначала выделяют самостоятельные участки, а затем формируют общую картину коммунального комплекса.
Проверка возможных причин перерасхода
При обследовании коммунальной инфраструктуры необходимо различать несколько технических механизмов, которые могут приводить к повышенным энергетическим затратам.
Утечки воды увеличивают объём, который приходится подавать в сеть для обеспечения фактического потребления. Для проверки необходимо сопоставить объёмы на соответствующих границах распределительной системы и учесть изменение запасов в резервуарах.
Избыточный напор может сопровождаться дополнительными затратами на перекачку. Однако для подтверждения необходимо установить фактические гидравлические условия и требуемые параметры подачи воды.
Энергопотребление процессов очистки следует оценивать отдельно от насосной транспортировки. В частности, аэрация относится к технологическому процессу, поэтому её электрические затраты необходимо связывать с соответствующей задачей очистки, а не только с объёмом перекачанной воды.
Холостой ход насосного оборудования также требует проверки. Если насос работает без предусмотренного полезного результата, необходимо установить продолжительность такого режима и его эксплуатационное назначение.
Для канализационных насосных станций особое значение имеет неравномерный приток сточных вод. Изменение поступающего объёма способно влиять на частоту включения агрегатов и режим работы накопительных ёмкостей.
Каждый механизм проверяют по собственным измерительным показателям. Нельзя относить весь выявленный перерасход к насосам, если в общей границе одновременно присутствуют очистка, распределение и водоотведение.
Несколько поселений и протяжённые коммунальные сети
Если коммунальный комплекс обслуживает несколько поселений, необходимо раздельно рассматривать насосные цепочки и протяжённые участки распределительных сетей.
Различия в расстоянии транспортирования, высоте подъёма и конфигурации сетей могут существенно влиять на энергетические показатели отдельных направлений.
Поэтому общий расход электроэнергии комплекса, отнесённый к суммарному объёму поданной воды, не позволяет непосредственно определить эффективность каждого участка.
Для обследования устанавливают, какие насосные станции участвуют в подаче воды конкретным потребителям, какие промежуточные резервуары используются и где расположены измерительные границы.
Если вода последовательно проходит через несколько насосных ступеней, энергопотребление каждой необходимо учитывать в соответствующей цепочке. Иначе сравнение участков может оказаться некорректным.
При анализе протяжённых сетей также требуется учитывать объёмы распределения и возможные потери воды. Их нельзя определять только по электрическому потреблению насосной станции.
Результатом становится разграничение энергетических затрат между направлениями коммунального обслуживания без объединения несопоставимых условий в один показатель.
Переменный приток стоков и работа накопителей
Для водоотведения характерно изменение объёма поступающих сточных вод во времени. Поэтому энергетическая оценка канализационных насосных станций должна учитывать фактический приток и режим накопления стоков.
Если приток неравномерен, насосные агрегаты могут работать с различной продолжительностью и последовательностью включения. В такой ситуации общий расход электроэнергии за сутки не показывает особенности отдельных режимов.
При обследовании сопоставляют данные о поступлении стоков, уровнях накопителей, времени работы насосов и электрическом потреблении.
Изменение уровня накопительной ёмкости необходимо учитывать при балансе. Если в рассматриваемый период происходило накопление стоков, объём перекачки не обязательно совпадёт с объёмом поступления.
Очередность включения насосов рассматривают вместе с фактической нагрузкой и предусмотренными эксплуатационными условиями. Само по себе попеременное включение агрегатов не свидетельствует о неэффективности.
Если данные указывают на длительную работу без соответствующего полезного результата, определяют необходимость дополнительной проверки насосного режима.
Таким образом, анализ канализационной насосной станции должен учитывать неравномерный приток, изменение запасов в накопителях и действительную последовательность работы оборудования.
Почему рост киловатт-часов на кубометр не всегда означает перерасход
Удельное электропотребление удобно использовать для предварительной оценки коммунального объекта, однако его изменение может иметь несколько объяснений.
Если увеличилась высота подъёма воды или изменились условия её транспортирования, электрические затраты на один кубометр могут возрасти без ухудшения технического состояния насоса.
Если изменилось качество поступающей воды, может измениться нагрузка технологической очистки. В таком случае рост электрического потребления очистных сооружений не обязательно обусловлен неправильным управлением оборудованием.
Если в отчётном периоде изменились объёмы воды, проходящей через резервуары, прямое деление электрического расхода на объём одного измерительного узла может не отражать фактическую работу всей системы.
При обслуживании нескольких поселений изменение распределения подачи между направлениями также способно повлиять на общий удельный показатель.
Поэтому специалист сначала проверяет сопоставимость функциональной границы, объёмов, напоров и технологических условий. Только после этого изменение удельной энергоёмкости используют как основание для поиска технического перерасхода.
Программа необходимых измерений
Программу энергетического обследования формируют после установления схемы коммунального комплекса и доступных средств учёта.
Для насосных участков определяют необходимость одновременного измерения расхода воды, напора и электрической мощности.
Для распределительных сетей устанавливают точки сопоставления объёмов подачи и приёма с учётом промежуточных потребителей и изменения запасов в резервуарах.
Для сооружений очистки определяют самостоятельную границу электрического потребления, соответствующую выполняемому технологическому процессу.
Для канализационных насосных станций сопоставляют поступление стоков, уровни накопителей, очередность работы агрегатов и расход электроэнергии.
Если коммунальный комплекс обслуживает несколько поселений, измерения разграничивают по насосным цепочкам и направлениям распределения.
Особое внимание уделяют временной согласованности данных. Объём воды, зарегистрированный за один период, нельзя непосредственно сопоставлять с электрическим потреблением или напором, измеренными при другом эксплуатационном режиме.
Если раздельный учёт отсутствует, программа должна предусматривать получение недостающих показателей. Предположительное распределение общего расхода между технологическими узлами не следует представлять как подтверждённый результат.
Карта коммунальных энергопотребителей
Результатом обследования становится карта коммунальных энергопотребителей с разграничением водоподачи, водоотведения и комплексной инфраструктуры.
На карте устанавливают основные технологические участки, соответствующие насосные цепочки, границы измерения объёмов и электрического потребления.
Для водоподачи определяют связь энергетических затрат с фактическим объёмом и напором. Для распределительных сетей указывают участки, требующие проверки потерь воды и гидравлических условий.
Для очистных сооружений выделяют собственную технологическую границу. Для канализационных насосных станций отражают необходимость анализа притока стоков, накопителей и очередности работы агрегатов.
Если комплекс обслуживает несколько поселений, карта позволяет разделить соответствующие направления и не смешивать их различные условия транспортирования.
Результат используют для планирования технических проверок, разграничения ответственности между эксплуатационными участками и определения приоритетов дальнейших действий.
При этом без достоверных объёмов, напоров и разграничения энергетических узлов нельзя корректно сравнивать удельную энергоёмкость коммунальных услуг. Если необходимые данные отсутствуют, результатом становится программа их получения и уточнения измерительных границ.
Направления дальнейшего обследования
После определения общей структуры коммунального комплекса отдельные процессы рассматривают в границах соответствующих объектов. Это позволяет выбрать техническую программу без смешения водоподачи, очистки и водоотведения.
- Насосные станции и насосное оборудование — оценка перекачки жидкости, фактического напора и энергетических затрат насосных агрегатов.
- Системы водоснабжения — обследование подачи и распределения воды в соответствующих сетевых границах.
- Очистные сооружения — оценка энергетических затрат технологической очистки.
Энергетическое обследование водоснабжения и коммунальной инфраструктуры позволяет связать расход электроэнергии с конкретным результатом работы каждой системы. Обоснованные выводы о перерасходе формируют после проверки фактических объёмов, напоров, режимов оборудования и различий между технологическими процессами.
Общий перечень объектов представлен в разделе «Что обследуем». Состав профессиональных работ рассматривается в направлении «Энергоаудит инженерных систем». Причины повышенного электрического потребления насосного оборудования дополнительно раскрываются в материале «Перерасход электроэнергии насосной системой: основные причины».