Водоснабжение и коммунальная инфраструктура
Энергоаудит водоснабжения и коммунальной инфраструктуры позволяет установить, сколько электроэнергии расходуется на подъём, транспортирование, распределение и обработку воды, а также на сбор, перекачку и очистку сточных вод. Основная задача обследования — связать энергопотребление с фактическими объёмами перемещаемой среды, необходимыми давлениями, режимами насосных станций и технологическими требованиями коммунальных объектов.
Высокий расход электроэнергии не всегда указывает на неэффективность насосного оборудования. Он может быть обусловлен увеличением водопотребления, изменением высоты подъёма, необходимостью обеспечивать удалённые зоны сети или особенностями технологической обработки воды. Одновременно дополнительные затраты могут возникать при избыточном напоре, дросселировании, неравномерной загрузке насосов, потерях воды и работе технологического оборудования в режимах, не соответствующих фактической нагрузке.
Поэтому обследование коммунальной инфраструктуры строится не вокруг одного электросчётчика, а вокруг движения воды и сточных вод. Специалисты устанавливают границы водного и энергетического балансов, сопоставляют расходы, давления, уровни резервуаров, электрические мощности насосных станций и показатели технологических процессов. Это позволяет определить, какая часть энергии используется для выполнения необходимой коммунальной функции, а где требуется проверка технических причин повышенных затрат.
Результатом становится карта коммунальных энергетических нагрузок: от водозабора и подъёма воды через распределительную сеть до водоотведения и очистки. На её основе определяют, требуется ли комплексное обследование всей инфраструктуры или детальный энергоаудит водоснабжения либо водоотведения.
Энергетическая модель коммунальной инфраструктуры
Коммунальные системы отличаются тем, что значительная часть их энергопотребления связана с перемещением жидкой среды и выполнением технологических операций.
Для водоснабжения характерна последовательность: получение воды из источника, её подготовка при необходимости, накопление, создание требуемого давления и транспортирование к потребителям.
Для водоотведения — сбор сточных вод, их транспортирование самотёком или с помощью насосов, последующая обработка и отведение в соответствии с принятой технологической схемой.
Эти процессы могут быть объединены в одном коммунальном комплексе, но их энергетические задачи различаются.
При подаче воды насосное оборудование обеспечивает расход и напор, необходимые для работы сети.
При водоотведении насосные станции перемещают сточные воды между уровнями системы, а очистные сооружения дополнительно расходуют энергию на технологические процессы.
Для энергетической оценки специалисты выделяют:
- объёмы поступающей и подаваемой воды;
- объёмы воды, передаваемой потребителям;
- расходы по основным зонам распределительной сети;
- давление и требуемый напор в характерных точках;
- электрическое потребление насосных станций;
- уровни и режимы заполнения резервуаров;
- объёмы поступающих и перекачиваемых сточных вод;
- электрические нагрузки технологических стадий обработки;
- продолжительность и последовательность работы оборудования.
Например, увеличение электроэнергии водопроводной насосной станции может быть связано с ростом объёма поданной воды.
Но если объём практически не изменился, необходимо дополнительно проверить давление, режим насосов и характеристики сети.
Аналогично увеличение потребления очистных сооружений может возникать вследствие изменения поступающего объёма или состава сточных вод.
Без анализа технологической нагрузки нельзя достоверно признать такое увеличение неэффективностью оборудования.
Где проходят границы энергетического и водного баланса
Граница учёта — определённая часть системы, для которой установлено, какие материальные и энергетические потоки пересекают её входы и выходы.
Например, границей может быть насосная станция, отдельная зона водопроводной сети, очистное сооружение или весь коммунальный комплекс.
Энергетический баланс — сопоставление поступающей энергии с энергией, используемой оборудованием и технологическими процессами, в пределах выбранной границы и периода.
Водный баланс отдельно характеризует движение воды или сточных вод: поступление, передачу дальше, изменение запасов, предусмотренные технологические отборы и другие материальные потоки.
Эти балансы взаимосвязаны, но не являются одним показателем.
Например, общий электросчётчик насосной станции характеризует потребление её оборудования. Расходомер на напорном коллекторе показывает объём воды, прошедший через определённую точку.
Чтобы рассчитать электрическую энергию на единицу перекачанной воды, необходимо убедиться, что оба показателя относятся к одному участку и сопоставимому интервалу.
Если электрический счётчик дополнительно учитывает другое оборудование, полученный удельный показатель будет включать его потребление.
Если расходомер установлен после ответвления, часть воды, фактически перекачанной станцией, может не попасть в его показания.
Поэтому сначала подтверждают схемы потоков и приборов, затем выполняют расчёты.
Водный путь от подъёма до распределения
В системе водоснабжения вода проходит последовательные участки, каждый из которых может формировать собственную энергетическую нагрузку.
Например, насос первого подъёма обеспечивает передачу воды от источника к следующей стадии системы.
После подготовки или накопления другие насосы могут подавать её в распределительную сеть.
На отдельных участках требуется преодолеть разность высот, сопротивление трубопроводов и обеспечить предусмотренное давление потребителям.
Поэтому одинаковый объём воды может потребовать различного количества электроэнергии в зависимости от гидравлической задачи.
Например, подача воды в удалённую или высокорасположенную зону отличается от подачи аналогичного объёма в близко расположенный резервуар.
Сравнивать такие режимы только по расходу электроэнергии на кубический метр без анализа напора недостаточно.
При обследовании специалисты определяют объёмы на основных участках, давление на входе и выходе насосных станций, уровни резервуаров и характер распределения потребления.
Это позволяет установить, где возникает основная нагрузка подъёма, а где — транспортирования и поддержания давления.
Напор как ключевой параметр энергетической оценки
Напор характеризует удельную механическую энергию, передаваемую насосом жидкости, выраженную через эквивалентную высоту столба жидкости.
В коммунальном водоснабжении он связан с необходимостью преодолеть геодезическую разность уровней, гидравлическое сопротивление трубопроводов и обеспечить требуемые условия на выходе системы.
Например, насосная станция подаёт воду в распределительную сеть с несколькими зонами давления.
Для одной зоны необходимы более высокие параметры вследствие её расположения и особенностей потребления.
Для другой достаточно меньшего давления.
Если обе зоны питаются через общий высоконапорный участок с последующим дросселированием, возникает основание проверить организацию распределения давления.
Но нельзя объявлять общий напор избыточным только по измерению в одной ближней точке.
Необходимо установить условия наиболее требовательных потребителей и фактическое распределение давления по сети.
При обследовании специалисты сопоставляют давление и расход в характерных режимах, учитывая высотные отметки измерительных точек.
Если расход увеличивается, гидравлические потери в трубопроводах также могут изменяться.
Поэтому давление необходимо анализировать совместно с расходом, а не отдельно.
Избыточный напор: как отличают резерв от перерасхода
Избыточный напор — возможная причина повышенного энергетического потребления насосной системы.
Но для подтверждения необходимо определить, какой напор фактически требуется для выполнения её полезной задачи.
Например, насосная станция поддерживает высокий уровень давления круглосуточно, хотя ночью водопотребление существенно уменьшается.
Это основание проверить алгоритм управления.
Однако снижение расхода ночью не всегда означает пропорциональное уменьшение необходимого давления.
Часть составляющих напора связана с геодезической высотой и требованиями к обеспечению удалённых потребителей.
Поэтому специалисты анализируют давления в нескольких точках сети и графики расходов.
Если подтверждено, что при определённой нагрузке насосная станция создаёт давление выше необходимого, можно рассматривать технически допустимое изменение режима.
Но оценку выполняют с учётом минимально требуемых параметров всех обслуживаемых зон.
Уменьшение напора, при котором отдельные потребители перестают получать воду с необходимыми параметрами, не является обоснованным мероприятием.
Дросселирование и энергетические затраты
Дросселирование — ограничение расхода жидкости посредством создания дополнительного гидравлического сопротивления регулирующим элементом.
В системах водоснабжения регулирующая арматура может использоваться для управления расходом и давлением.
Но значительное дросселирование одновременно может быть признаком того, что насос создаёт больше напора, чем требуется на определённом участке при данном режиме.
Например, насосная станция работает с постоянной скоростью, а расход воды регулируется прикрытием клапана.
При этом часть создаваемого насосом перепада давления расходуется на регулирующем элементе.
Возникает основание сравнить такой режим с альтернативными способами управления.
Однако наличие прикрытого клапана не является доказательством неоправданных потерь.
Он может поддерживать необходимое распределение давления между зонами или выполнять другую предусмотренную функцию.
При обследовании специалисты определяют расход, перепад давления на соответствующем элементе, параметры насоса и потребность сети.
Если рассматривается изменение скорости насоса, необходимо проверить, что новая рабочая точка обеспечит требуемые параметры во всех подключённых направлениях.
Почему положение задвижки не показывает величину экономии
Положение регулирующей арматуры само по себе не позволяет определить фактические энергетические затраты на дросселирование.
Например, одна задвижка может быть прикрыта на определённую величину, но пропускать небольшой расход.
Другая при похожем положении работает при значительно большем расходе и перепаде давления.
Гидравлические и энергетические последствия этих режимов будут различаться.
Поэтому специалисты измеряют или обоснованно определяют расход и перепад давления.
Если высокое сопротивление создаётся при подтверждённой необходимости ограничения давления, техническая задача отличается от ситуации неоправданного дросселирования.
Для сравнения возможных мероприятий необходимо учитывать всю насосную характеристику и фактическую гидравлическую сеть.
Нельзя считать, что открытие клапана автоматически приведёт к снижению электрического потребления: при изменении расхода рабочая точка насоса также изменится.
Результатом обследования становится подтверждённый механизм гидравлического регулирования и его энергетическое значение.
Удельная электроэнергия на объём воды
Удельное энергопотребление — количество энергии, приходящееся на единицу полезного результата.
Для насосных систем водоснабжения распространённым аналитическим показателем является электрическая энергия на кубический метр перемещённой воды.
Он позволяет анализировать изменение энергетических затрат между периодами.
Однако этот показатель необходимо связывать с фактической гидравлической нагрузкой.
Например, насосная станция в первом периоде подаёт воду в резервуар с одним уровнем, а во втором — с другим.
Если изменяется необходимый напор, электрические затраты на тот же объём могут отличаться.
Аналогично подача воды в разные зоны давления может формировать неодинаковое удельное потребление.
Поэтому показатель в кВт·ч/м³ не является самостоятельным критерием эффективности насоса.
При обследовании специалисты устанавливают границу электрического учёта, объём перекачки, создаваемый напор и состав работающего оборудования.
Затем сравнивают удельный расход при сопоставимых условиях либо корректно объясняют различия гидравлической задачи.
Для коммунального комплекса с несколькими насосными станциями показатель рассчитывают раздельно там, где это позволяют приборы.
Если электрический счётчик охватывает одновременно перекачку и технологическую очистку, нельзя считать весь расход электроэнергии исключительно затратами на подъём воды.
Почему рост кВт·ч/м³ не всегда означает ухудшение насосов
Увеличение удельного потребления может объясняться изменением режима, даже если техническое состояние насосов осталось прежним.
Например, при уменьшении суточного объёма подачи насосная станция продолжает поддерживать определённый напор.
Если оборудование работает с низкой загрузкой или выполняет частые переключения, энергетический показатель на кубический метр может увеличиться.
Другой пример — увеличился средний подъём воды вследствие изменения уровня резервуара или режима зоны.
В таком случае затраты на единицу объёма могут возрасти вследствие объективного изменения гидравлической задачи.
При обследовании специалисты сначала сопоставляют объёмы, давления и уровни.
Затем анализируют режимы насосов и электрическую мощность.
Если после учёта нагрузки сохраняется необъяснённое отклонение, возникает основание для дополнительной проверки оборудования.
Но без измеренных гидравлических параметров нельзя достоверно определить, связано ли изменение с работой насоса или условиями сети.
Суточная неравномерность водопотребления
Объёмы потребления воды могут существенно изменяться в течение суток.
Например, в определённые часы возникает повышенная бытовая или производственная нагрузка, а ночью расход снижается.
При этом насосное оборудование должно обеспечивать необходимые параметры в различных состояниях сети.
Для энергоаудита важно определить, как изменение потребления влияет на расход, давление и электрическую мощность насосной станции.
Специалисты анализируют суточные архивы расходомеров, датчиков давления и электропотребления.
Если применяется несколько насосов, учитывают последовательность их включения.
Например, в часы повышенного потребления могут работать несколько агрегатов, а при малом расходе — один.
Но энергетически предпочтительная комбинация определяется характеристиками конкретных насосов и фактической гидравлической задачей.
Нельзя считать минимальное число работающих агрегатов универсально оптимальным.
Для проверки требуется сопоставить одинаковые объёмы и напоры при различных допустимых схемах работы.
Резервуары как элемент энергетической модели
Резервуары и накопительные ёмкости влияют на распределение потоков воды и режим насосных станций.
При наполнении резервуара вода перемещается с определённым расходом и напором.
При расходовании запасённой воды меняются уровни и возможные условия подачи.
Поэтому энергетический баланс отдельных часов не всегда совпадает с объёмом непосредственного потребления воды в эти же часы.
Например, насосная станция ночью заполняет резервуар, а днём часть потребителей использует накопленный объём.
Если сопоставить ночную электроэнергию станции только с ночным расходом потребителей, показатель окажется искажённым.
Необходимо учитывать изменение запаса воды.
При обследовании специалисты используют архивы уровней резервуаров и данные о входящих и выходящих потоках.
Водный баланс выполняют за период, в котором изменение запаса учтено либо его влияние обоснованно определено.
Если уровни резервуара отсутствуют, часть различий между подачей и потреблением останется неопределённой.
Неравномерная загрузка нескольких насосов
Насосная станция может использовать несколько параллельных агрегатов с разными характеристиками и способами управления.
При изменении расхода нагрузка между ними распределяется не обязательно равномерно.
Например, два насоса работают на общий напорный коллектор.
Если их характеристики различаются, фактические расходы могут отличаться даже при одновременной работе.
В результате один агрегат может находиться ближе к благоприятной рабочей области, а другой — в режиме, требующем дополнительной проверки.
Но одинаковая загрузка всех насосов не является универсальной целью.
Энергетическая задача заключается в обеспечении необходимого расхода и напора при допустимой и обоснованной схеме работы.
При обследовании специалисты определяют состав включённых агрегатов, их расход, напор и электрическую мощность.
Если индивидуальных расходомеров нет, необходимо оценить возможности достоверного распределения потоков.
По одному общему расходомеру и количеству работающих насосов нельзя автоматически установить производительность каждого агрегата.
Как оценивают эффективность насосной станции
Энергетическая эффективность насосной станции связана с преобразованием электрической энергии в гидравлическую работу, необходимую для перемещения жидкости.
Для оценки требуется знать фактический расход, напор и активную электрическую мощность в одной согласованной границе.
Например, электрический счётчик станции может учитывать несколько насосных агрегатов и дополнительное оборудование.
В таком случае полученный показатель характеризует станцию в целом, а не отдельный насос.
Если необходимо оценить конкретный агрегат, измерительные границы уточняют.
При анализе напора учитывают расположение точек давления, высотные отметки и условия движения жидкости.
Если измеряются только давления без расхода, невозможно определить фактическую гидравлическую мощность.
Если известна только номинальная мощность двигателя, она не заменяет активную электрическую мощность в рабочем режиме.
Поэтому фактический коэффициент эффективности нельзя достоверно устанавливать по паспортному значению или одному показанию электросчётчика.
Результатом становится оценка станции по подтверждённым гидравлическим и электрическим параметрам.
Частотное регулирование насосов
Регулирование скорости насосов может использоваться для согласования производительности станции с переменной потребностью.
Например, ночью расход сети уменьшается, и автоматика изменяет скорость рабочего агрегата.
Но энергетический эффект зависит от характеристик насоса, гидравлической сети и необходимого напора.
Если значительная часть напора определяется геодезической высотой, уменьшение скорости ограничено необходимостью преодоления этой составляющей.
Если основная переменная нагрузка связана с потерями давления в трубопроводах, возможный характер изменения энергетических затрат будет иным.
Поэтому нельзя рассчитывать экономию только по проценту снижения скорости.
При обследовании специалисты устанавливают фактические рабочие точки, допустимый диапазон регулирования и условия наиболее требовательных потребителей.
Если преобразователь частоты уже установлен, проверяют реальные уставки и реакцию станции на изменение расхода.
Если оборудование работает постоянно с высокой скоростью, необходимо сначала подтвердить возможность уменьшения напора.
Результат — технически обоснованный диапазон управления при сохранении необходимых параметров сети.
Водный баланс и возможные утечки
Водный баланс позволяет сопоставить объёмы воды, поступившей в определённый участок, переданной потребителям и использованной на другие предусмотренные цели.
Например, на входе распределительной зоны установлен расходомер, а у части потребителей имеются отдельные приборы учёта.
Разность между поступившим и зарегистрированным потреблённым объёмом требует анализа.
Однако она не обязательно равна физической утечке.
В неё могут входить:
- потребление без индивидуального приборного учёта;
- предусмотренные технологические расходы;
- изменение запасов в резервуарах;
- несовпадение измерительных периодов;
- погрешности и другие ограничения приборного учёта;
- неучтённые подключения или изменения конфигурации;
- возможные физические потери воды.
Поэтому специалисты сначала устанавливают полноту и корректность водного баланса.
Если после проверки сохраняется необъяснённая разница, возникает основание для поиска физических потерь.
Но даже подтверждённый остаток водного баланса не показывает автоматически местоположение утечки.
Для локализации необходимы дополнительные данные о зонах, расходах и давлениях либо отдельная техническая диагностика.
Расхождение водного баланса — основание для проверки, но не доказанная утечка.
Как утечки могут влиять на энергопотребление
Если насосная система подаёт воду, которая теряется до полезного использования, на её перемещение расходуется электрическая энергия.
Но энергетическое значение предполагаемой потери зависит от того, через какие участки системы вода проходит до места выхода.
Например, потеря на участке после нескольких ступеней подъёма может быть связана с большим количеством затраченной энергии, чем на другой границе системы.
Однако для количественной оценки необходимо подтвердить физический объём потери и соответствующий маршрут.
Нельзя умножать весь остаток водного баланса на средний расход кВт·ч/м³ и представлять результат как достоверную величину экономии от устранения утечек.
Часть остатка может объясняться другими факторами.
Кроме того, после устранения физической потери изменяются расходы и гидравлические режимы, поэтому электрическая энергия станции может измениться не строго пропорционально объёму.
При обследовании специалисты используют водный баланс для выбора зон проверки, а энергетический эффект определяют после подтверждения соответствующего механизма.
Давление по зонам и поиск причин повышенного расхода
Изменения давления могут влиять на распределение воды между зонами, работу регулирующих устройств и режим насосных станций.
При анализе возможных физических потерь данные давления также помогают определить условия, в которых наблюдается изменение водного баланса.
Например, ночью станция поддерживает высокое давление при небольшом полезном водопотреблении.
Если одновременно сохраняется значительный входящий расход в определённую зону, возникает основание проверить структуру её нагрузки.
Однако высокий ночной расход не доказывает утечку.
В зоне могут находиться круглосуточные потребители или технологические объекты.
Поэтому специалисты сначала устанавливают фактическую эксплуатационную потребность.
Затем сопоставляют расход и давление в одинаковые периоды.
Если обнаруживаются устойчивые необъяснённые показатели, определяют программу зональных измерений.
Результатом становится приоритет проверки конкретной зоны, а не вывод о дефекте по общему показанию станции.
Водоотведение как отдельная энергетическая задача
Системы водоотведения выполняют сбор и транспортирование сточных вод с последующей передачей на обработку или в другую предусмотренную границу.
Часть маршрута может работать самотёком, а на других участках применяются насосные станции.
Поэтому энергетическая модель отличается от модели подачи чистой воды.
Например, объём сточных вод на входе насосной станции зависит от поступления из обслуживаемой зоны, режима накопительных ёмкостей и других потоков, предусмотренных схемой.
Электрическое потребление насоса необходимо сопоставлять с фактическим перекачанным объёмом и требуемым напором.
Однако свойства перекачиваемой среды и эксплуатационные ограничения могут отличаться от условий обычного водоснабжения.
Поэтому паспортная характеристика насоса для определённой среды не всегда полностью описывает фактический эксплуатационный режим.
При обследовании специалисты определяют объёмы поступления, уровни приёмных ёмкостей, режимы агрегатов и электрическое потребление.
Если отсутствуют данные о фактически перекачанном объёме, нельзя достоверно определить удельные энергетические затраты станции.
Баланс поступления и отвода сточных вод
Для коммунального комплекса важно сопоставлять потоки воды и сточных вод с учётом их различного происхождения и границ измерения.
Например, объём воды, переданный потребителям через водопроводную сеть, не обязательно равен объёму сточных вод, поступивших на очистные сооружения за тот же период.
Причины могут включать особенности использования воды, наличие иных источников поступления стоков, временные различия и изменение накопленных объёмов.
Поэтому нельзя считать разницу между общим водопотреблением и поступлением стоков прямым показателем потерь.
При обследовании специалисты определяют границы систем, перечень подключений и соответствующие измерительные интервалы.
Например, если стоки временно накапливаются перед перекачкой, суточный объём насосной станции может отличаться от поступления в отдельные часы.
Для корректного баланса необходимо учитывать изменение уровня и запаса в ёмкости.
Если на очистные сооружения поступают дополнительные воды из иных предусмотренных источников, их также учитывают отдельно.
Результатом становится согласованная схема материальных потоков, позволяющая корректно интерпретировать электрическое потребление водоотведения.
Очистка воды и сточных вод: энергия технологических стадий
Не вся энергия коммунального комплекса расходуется на перекачку.
На станциях подготовки воды и очистных сооружениях существенную нагрузку могут формировать технологические процессы.
Их состав зависит от качества исходной среды, требований к результату обработки и установленной технологии.
Например, оборудование может обеспечивать перемешивание, подачу воздуха, циркуляцию, фильтрацию или другие предусмотренные стадии.
При этом электрическое потребление связано не только с объёмом обрабатываемой воды, но и с технологической задачей.
Поэтому нельзя считать любую высокую нагрузку отдельной стадии неэффективностью без проверки параметров поступающей среды и качества обработки.
При обследовании специалисты определяют:
- последовательность технологических стадий;
- объёмы проходящей среды;
- состав работающего оборудования;
- электрическую мощность основных агрегатов;
- продолжительность технологических режимов;
- показатели исходной и обработанной воды или стоков, относящиеся к проверяемому процессу;
- действующие алгоритмы управления;
- изменения технологической нагрузки.
Результатом становится распределение энергопотребления между перемещением жидкости и её обработкой.
Это важно для выбора дальнейшего обследования: оптимизация насосного режима не обязательно устраняет дополнительные затраты технологической стадии.
Энергозатратные стадии очистки: как различают причины
Высокая электрическая нагрузка технологической стадии может быть необходимой для обеспечения заданного качества обработки.
Но возможны и отклонения в работе оборудования или управлении.
Например, определённый агрегат работает с постоянной мощностью при изменении объёма поступающих сточных вод.
Такой режим требует проверки, но не обязательно является ошибочным.
Возможно, технологическая задача зависит не только от объёма, но и от состава загрязнений или условий процесса.
Поэтому при обследовании специалисты сопоставляют электрическую мощность не только с расходом среды, но и с доступными технологическими показателями.
Если технологические данные отсутствуют, количественный вывод о неэффективности соответствующей стадии будет ограниченным.
Например, уменьшение времени работы оборудования может снизить расход электроэнергии, но одновременно нарушить требуемый результат обработки.
Поэтому возможное мероприятие оценивают с сохранением необходимой технологической функции.
Результатом становится перечень стадий, для которых подтверждены энергетические отклонения или требуется дополнительная проверка режимов.
Аэрационное и другое вспомогательное оборудование
В зависимости от технологии очистки значительную электрическую нагрузку может формировать оборудование, обеспечивающее подачу воздуха, перемешивание или другие процессы обработки.
Например, воздуходувная установка может работать по определённому графику, связанному с технологической потребностью.
При этом высокая установленная мощность не доказывает избыточного энергопотребления.
Необходимо установить фактическую электрическую нагрузку и полезную технологическую задачу.
Если несколько агрегатов работают параллельно, проверяют распределение производительности и последовательность включения.
Однако уменьшение количества работающих установок не всегда обеспечивает энергетический эффект: изменяются рабочие точки и условия процесса.
При обследовании специалисты сопоставляют режим оборудования с технологическими параметрами, которые оно должно поддерживать.
Если подтверждено расхождение между нагрузкой и управлением, возникает основание для дальнейшей технической проверки.
Но энергосбережение не должно достигаться за счёт ухудшения качества обработки среды.
Как отличают потери воды от повышенной технологической нагрузки
Один и тот же рост коммунального электропотребления может иметь разную природу.
Например, станция подачи воды расходует больше электроэнергии при увеличении объёма перекачки.
Причиной может быть рост полезного водопотребления или изменение водного баланса.
Если электропотребление увеличилось на очистных сооружениях, оно может быть связано с ростом объёма или изменением технологической нагрузки.
Поэтому необходимо разделять энергетические границы.
При обследовании специалисты сначала устанавливают, какие агрегаты сформировали увеличение электрического потребления.
Затем определяют соответствующий материальный поток и его параметры.
Если основная нагрузка пришлась на насосы, анализируют расход, напор и режим управления.
Если на оборудование обработки, проверяют технологические показатели и последовательность стадий.
Если наблюдается расхождение водного баланса, отдельно рассматривают полноту учёта и возможные физические потери.
Таким образом, три различных механизма — рост полезной нагрузки, возможная потеря воды и изменение технологической обработки — не должны смешиваться в одном объяснении.
Смешанные режимы коммунального комплекса
На объектах коммунальной инфраструктуры одновременно могут работать водозаборные насосы, распределительные станции, насосы водоотведения и технологические установки очистки.
Каждая часть системы имеет свой режим.
Например, водопроводная станция увеличивает подачу в часы максимального водопотребления.
Водоотведение может реагировать на соответствующие поступления с временной задержкой из-за движения и накопления стоков.
Очистные сооружения дополнительно выполняют технологические операции, которые не всегда изменяются строго пропорционально текущему объёму.
Если использовать один общий электросчётчик, невозможно достоверно определить вклад каждой системы без дополнительного разделения.
При обследовании специалисты сопоставляют интервальные архивы отдельных объектов и учитывают временные сдвиги потоков.
Если раздельного учёта нет, определяют приоритет установки временных измерений или использования подтверждённых режимных данных.
Результатом становится энергетическая карта комплекса, позволяющая выделить основные объекты для последующего детального анализа.
Практический пример: электричество выросло, а подача воды почти не изменилась
Рассмотрим условную насосную станцию, у которой за два периода зарегистрирован близкий объём подачи воды, но расход электроэнергии во втором периоде выше.
Первоначально возникает предположение об ухудшении эффективности насосов.
Но необходимо проверить гидравлические условия.
Например, во втором периоде станция могла поддерживать более высокое давление или работать при ином уровне приёмного резервуара.
Это увеличивает необходимую гидравлическую работу даже при одинаковом объёме воды.
Специалисты сопоставляют расходы, давление, уровни резервуаров и состав работающих насосов.
Если гидравлическая задача сопоставима, но электрические затраты выросли, появляется основание проверить рабочие точки оборудования.
Если изменился режим дросселирования, анализируют соответствующие перепады давления.
Если работало больше насосов, проверяют распределение нагрузки между агрегатами.
Только после разделения этих факторов можно определить техническую причину роста энергопотребления.
Практический пример: ночью сохраняется большой расход воды
В распределительной сети ночью зарегистрирован значительный расход при небольшой ожидаемой активности потребителей.
Такая ситуация может стать основанием для анализа водного баланса.
Но высокий ночной расход не является автоматическим доказательством утечки.
Например, в зоне могут работать круглосуточные предприятия, выполняться заполнение резервуаров или другие предусмотренные операции.
При обследовании специалисты проверяют состав потребителей, эксплуатационные графики и изменение уровней накопительных ёмкостей.
Затем сопоставляют расход с давлениями в характерных точках.
Если известные нагрузки не объясняют показатель, формируют программу зональной проверки.
Для количественной оценки возможной физической потери необходимо установить соответствующий объём и условия участка.
Без этого нельзя заявлять конкретную величину утечки или гарантированное сокращение электроэнергии.
Практический пример: насосы работают параллельно при низком расходе
На насосной станции два агрегата работают одновременно при относительно небольшой общей подаче.
Это основание проверить последовательность включения.
Однако работа одного насоса не всегда будет энергетически предпочтительнее.
Например, индивидуальные характеристики насосов могут различаться, а определённый состав агрегатов может требоваться для резервирования или обеспечения давления.
При обследовании специалисты определяют суммарный расход, напор и электрическую мощность.
При наличии данных отдельно рассматривают производительность каждого насоса.
Если есть технически допустимые альтернативные комбинации, сравнивают их при одинаковой гидравлической задаче.
При этом учитывают график потребления и ограничения эксплуатации станции.
Результат — обоснованная проверка последовательности включения, а не предположение о перерасходе по числу работающих агрегатов.
Практический пример: очистные сооружения увеличили энергопотребление
Очистные сооружения за определённый период стали расходовать больше электроэнергии.
Для технического вывода необходимо определить, какие стадии сформировали увеличение.
Например, могла возрасти перекачка поступающих сточных вод.
В другом случае увеличилась нагрузка технологического оборудования обработки.
Специалисты сопоставляют объёмы стоков, режимы насосов, технологические показатели и электрические мощности основных агрегатов.
Если объём стоков изменился, рост потребления может быть связан с полезной нагрузкой.
Если объём близок к прежнему, но изменились характеристики поступающей среды, возможна другая технологическая потребность.
Если технологическая задача сопоставима, а оборудование работает дольше или с большей мощностью, возникает основание проверить управление.
Без технологических данных нельзя достоверно объявлять перерасход только по электрическому счётчику.
Какие исходные данные необходимы
Для комплексного энергоаудита коммунальной инфраструктуры требуется согласованный набор гидравлических, электрических и технологических данных.
- Схемы водоснабжения. Источники воды, насосные станции, резервуары, распределительные сети и зоны давления.
- Схемы водоотведения. Основные коллекторы, насосные станции, накопительные ёмкости и объекты обработки стоков.
- Паспорта насосов. Характеристики расхода, напора, эффективности и допустимых режимов.
- Архивы электрического учёта. Потребление отдельных станций и технологических объектов за сопоставимые периоды.
- Расходы воды. Объёмы подъёма, подачи, распределения и зарегистрированного потребления.
- Расходы сточных вод. Объёмы поступления, перекачки и обработки.
- Давления по зонам. Показатели на насосных станциях, основных участках сети и у характерных потребителей.
- Уровни резервуаров. Архивы заполнения и опорожнения, необходимые для материального баланса.
- Графики насосных станций. Включения, остановки, скорость агрегатов и режимы параллельной работы.
- Характеристики регулирующей арматуры. Положения клапанов и доступные перепады давления.
- Технологические показатели очистки. Параметры поступающей и обработанной среды, относящиеся к фактической нагрузке оборудования.
- Графики эксплуатации. Суточные, недельные и сезонные изменения водопотребления и поступления стоков.
- Эксплуатационные журналы. Переключения, изменения уставок, ремонты и другие события, влияющие на режим.
Документы должны соответствовать фактической конфигурации.
Например, после подключения новой зоны водоснабжения прежняя схема может не отражать действительный расход и требуемое давление.
Если изменена последовательность работы насосов, архивы до и после изменения необходимо анализировать с учётом разных режимов.
Если отсутствуют сведения о технологической нагрузке очистки, нельзя достоверно объяснить электрическое потребление соответствующего оборудования.
Как выбирают точки инструментальных измерений
Программа измерений должна устранять конкретную неопределённость.
Если требуется проверить эффективность насосной станции, необходимы согласованные данные расхода, напора и активной электрической мощности.
Если предполагается избыточный напор, измеряют давление в характерных точках распределительной сети с учётом высотных отметок и фактических расходов.
Если подозревается дросселирование, проверяют расход и перепад давления на регулирующем элементе.
Если обнаружено расхождение водного баланса, сначала подтверждают полноту учёта, границы и изменение запасов в резервуарах.
Если несколько насосов работают параллельно, определяют данные, необходимые для распределения их фактической нагрузки.
Если основное потребление приходится на очистные сооружения, измеряют электрическую мощность технологических стадий и сопоставляют её с объёмами и показателями обработки.
Например, установка дополнительного электросчётчика на насосную станцию не позволит определить её эффективность, если отсутствуют расход и напор.
А установка расходомера на входе коммунальной зоны не докажет наличие утечек, если неизвестны состав потребителей и изменения запасов воды.
Поэтому измерения выбирают по требуемому техническому выводу, а не по количеству доступных точек контроля.
Как формируют энергетическую карту коммунального комплекса
Карта коммунальных энергетических нагрузок показывает распределение электрического потребления между функциональными объектами и связь этих затрат с материальными потоками.
Для её формирования специалисты разделяют комплекс на основные звенья:
- получение и подъём воды;
- подготовка воды при наличии соответствующих процессов;
- накопление и распределение;
- насосные станции отдельных зон;
- сбор и транспортирование сточных вод;
- канализационные насосные станции;
- технологическая обработка стоков;
- вспомогательные системы коммунальных объектов.
Для каждого звена указывают границу электрического учёта, объём перемещаемой среды, необходимые гидравлические или технологические параметры и характерные режимы.
Например, карта может показать, что основная электрическая нагрузка приходится на станции распределительного водоснабжения.
В таком случае приоритетной становится проверка их расхода, напора и режимов насосов.
Если значительная часть потребления формируется очистными сооружениями, необходима детализация технологических стадий.
Если общий рост потребления затрагивает несколько объектов, сначала проверяют изменения полезных потоков и эксплуатационных условий.
Таким образом, карта позволяет перейти от общего расхода электроэнергии к конкретному объекту и техническому механизму.
Как оценивают возможную экономию
После подтверждения отклонения можно определить технически допустимые варианты изменения режима.
Если установлен избыточный напор, проверяют управление насосной станцией и распределение давления по зонам.
Если значительное дросселирование не обусловлено необходимой функцией, рассматривают альтернативную организацию регулирования.
Если подтверждены физические потери воды, анализируют их энергетические последствия для соответствующего маршрута подачи.
Если насосы работают с неравномерной загрузкой, сравнивают возможные комбинации агрегатов при одинаковых расходе и напоре.
Если выявлены дополнительные затраты технологической очистки, рассматривают режим соответствующей стадии с обязательным сохранением требуемого результата обработки.
При этом энергетические эффекты могут пересекаться.
Например, уменьшение физической потери воды меняет расход через насосную станцию.
После этого энергетический эффект регулирования насоса определяется уже новой рабочей точкой.
Если независимо рассчитать экономию от уменьшения перекачки и от изменения скорости по исходным параметрам, возможен двойной учёт.
Поэтому мероприятия оценивают в единой гидравлической и энергетической модели.
Нельзя обещать снижение электрических затрат без проверки давления, расхода, режима оборудования и сохранения необходимой коммунальной функции.
Какие результаты получает заказчик
Основной результат энергоаудита водоснабжения и коммунальной инфраструктуры — карта энергетических нагрузок, связывающая потребление электрической энергии с объёмами воды и стоков, необходимым напором и технологическими стадиями.
В итоговых материалах могут быть представлены:
- подтверждённая схема коммунального комплекса с границами обследования;
- распределение электрического потребления между основными объектами;
- балансы подъёма, распределения и потребления воды;
- балансы поступления, перекачки и обработки сточных вод;
- суточные профили расходов и давлений;
- изменения уровней резервуаров и их влияние на материальный баланс;
- удельная электрическая энергия на объём воды и стоков;
- фактические режимы насосных станций;
- результаты сопоставления создаваемого напора с потребностью сети;
- участки с подтверждёнными признаками дополнительного дросселирования;
- режимы с неравномерной загрузкой насосов;
- необъяснённые расхождения водного баланса и границы их интерпретации;
- распределение потребления между технологическими стадиями очистки;
- перечень технических гипотез и необходимых измерений;
- приоритеты дальнейшего обследования отдельных систем.
Для каждого существенного вывода необходимо установить основание.
Например, избыточный напор подтверждается сопоставлением фактических гидравлических параметров с потребностью сети.
Неравномерная загрузка насосов требует данных об их действительных рабочих режимах.
Утечка не может считаться доказанной только по остатку водного баланса.
Неэффективность технологической очистки нельзя устанавливать без данных о выполняемой технологической функции.
Если измерений недостаточно, корректный результат — перечень неопределённостей и программа их устранения.
Как выбрать объект дальнейшего обследования
Раздел «Водоснабжение и коммунальная инфраструктура» объединяет несколько непосредственно связанных объектов. Выбор зависит от того, где находится основная энергетическая нагрузка и какие границы необходимо проверить.
- Комплексы коммунальной инфраструктуры — когда необходимо совместно исследовать несколько объектов, распределение электрической энергии между ними и связь водоснабжения, водоотведения и технологической обработки.
- Системы холодного и технического водоснабжения — если основной вопрос связан с подъёмом и распределением воды, давлением по зонам, характеристиками насосов, дросселированием и водным балансом.
- Системы водоотведения — если необходимо оценить сбор, перекачку и обработку сточных вод, нагрузку канализационных насосных станций и энергетические затраты соответствующих технологических стадий.
Если отклонение затрагивает одновременно водоснабжение и водоотведение, сначала устанавливают общие материальные и энергетические границы.
Если основная нагрузка локализована в насосной станции водоснабжения, подробное обследование очистных сооружений может не относиться к первоочередной задаче.
Если большая часть электрического потребления приходится на технологическую обработку стоков, анализ одного лишь напора водопроводной сети не объяснит общий расход коммунального комплекса.
Поэтому выбор следующего объекта выполняют по подтверждённому распределению энергии и характеру технической неопределённости.
Когда требуется комплексный энергоаудит инженерных систем
Коммунальная инфраструктура может включать насосное, электрическое, автоматизированное и технологическое оборудование, работающее в едином процессе.
Если требуется исследовать взаимодействие этих установок, предусмотрена услуга «Энергоаудит инженерных систем».
Когда основная задача заключается в выявлении энергетических потерь на участках перемещения и обработки воды, необходимо отдельно проверять полезную нагрузку, физические потери и режимы оборудования. Этому соответствует направление «Выявление потерь энергии в инженерных системах».
Для определения основных потребителей электрической энергии и обоснования границ анализа полезен материал «Основные потребители энергоресурсов: способы определения».
Если требуется выбрать другой класс инженерных и технологических объектов, предусмотрен раздел «Что обследуем».
Практическая ценность энергоаудита водоснабжения и коммунальной инфраструктуры заключается в совместной проверке энергетических и материальных потоков. Объёмы воды и стоков, давление по зонам, уровни резервуаров, режимы насосных станций и показатели очистки позволяют отличить изменение полезной нагрузки от избыточного напора, дросселирования, возможных утечек, неравномерной загрузки оборудования и дополнительных затрат технологических стадий. Итогом становится карта коммунальных энергетических нагрузок и обоснованный выбор дальнейшего обследования. При этом расхождение водного баланса не является доказательством физической утечки, а эффективность насосов нельзя определять без согласованных измерений расхода, напора и электрической мощности.