Комплексы коммунальной инфраструктуры

Энергоаудит комплексов коммунальной инфраструктуры позволяет установить, как распределяется энергопотребление между водозабором, подготовкой воды, насосными станциями, распределительными сетями, водоотведением и очистными сооружениями. Главная задача обследования — построить сквозной энергетический баланс коммунальной услуги, выявить взаимное влияние отдельных объектов и определить, на каком этапе возникают подтверждённые дополнительные затраты.

В отличие от обследования отдельной насосной станции, энергоаудит коммунального комплекса учитывает последовательное движение воды и сточных вод между несколькими технологическими объектами. Например, вода может проходить через насосы первого подъёма, оборудование подготовки, резервуары и станции последующих подъёмов. После использования потребителями соответствующие стоки поступают в систему водоотведения, где также могут потребоваться перекачка и технологическая обработка.

Повышенное энергопотребление комплекса не всегда означает неэффективность оборудования. Оно может быть вызвано увеличением объёма коммунальных услуг, изменением необходимого напора, качества исходной воды, состава поступающих стоков или технологических требований к очистке. Одновременно дополнительные затраты могут возникать при повторном повышении давления, неравномерной загрузке насосных станций, лишних технологических циклах и длительной работе резервного оборудования.

Поэтому специалисты сопоставляют электрическую энергию каждого объекта с соответствующим объёмом воды или стоков, фактической гидравлической задачей, технологическими режимами и графиками эксплуатации. Результатом становится сквозной баланс коммунальной инфраструктуры с разделением полезных затрат, подтверждённых отклонений и участков, для которых необходимы дополнительные измерения.

Чем комплексное обследование отличается от энергоаудита одной насосной станции

При обследовании отдельной насосной станции можно определить расход жидкости, создаваемый напор, активную электрическую мощность и фактические рабочие точки агрегатов.

Но такой анализ не всегда показывает, почему станция выполняет именно эту гидравлическую задачу.

Например, насосная станция может создавать повышенный напор для подачи воды на следующий объект. Если далее этот напор снижается регулирующей арматурой, а затем вода повторно перекачивается другим насосом, энергетическая причина находится во взаимодействии нескольких участков.

Оценка только первой станции может показать удовлетворительные характеристики насосов. Обследование второй станции также не обязательно выявит неисправность.

Однако анализ всей последовательности способен показать, что режимы двух объектов требуют проверки на согласованность.

Комплексный энергоаудит рассматривает:

• движение воды между технологическими объектами;
• последовательность её подъёма, подготовки и транспортирования;
• изменение давления и уровней между стадиями;
• электрическую нагрузку отдельных станций;
• режимы технологической обработки;
• накопление воды в резервуарах;
• передачу сточных вод между насосными станциями и очистными сооружениями;
• работу резервных агрегатов;
• общие алгоритмы управления и диспетчеризации.

Цель — определить не только эффективность каждого оборудования, но и энергетические последствия его взаимодействия с соседними объектами.

Если изменение одного режима увеличивает нагрузку следующей станции, его нельзя оценивать как самостоятельное энергосберегающее мероприятие без сквозного расчёта.

Сквозная энергетическая модель коммунальной услуги

Профессиональная модель обследования строится по стадиям фактической коммунальной услуги.

Для водоснабжения это могут быть получение воды, её подъём, технологическая подготовка, накопление, транспортирование и распределение потребителям.

Для водоотведения — поступление сточных вод, их сбор, перекачка, накопление, очистка и передача в следующую предусмотренную технологической схемой границу.

Состав стадий определяется конкретным объектом. Не каждый коммунальный комплекс имеет собственный водозабор, очистные сооружения или одинаковое число насосных подъёмов.

При обследовании специалисты сначала восстанавливают фактическую последовательность.

Затем для каждого объекта устанавливают:

• какой объём воды или сточных вод поступает;
• какой объём передаётся следующей стадии;
• как изменяются уровни накопительных ёмкостей;
• какую гидравлическую или технологическую функцию выполняет объект;
• сколько электроэнергии он потребляет;
• какое оборудование формирует основную нагрузку;
• какие режимы являются рабочими, переходными и резервными;
• какие данные подтверждают показатели.

Например, станция подготовки воды может расходовать электричество на перекачку, промывку оборудования и другие предусмотренные операции.

Если всю её энергию отнести исключительно к транспортированию воды, результат будет неправильно характеризовать работу насосов.

Поэтому энергопотребление раскладывают по стадиям и функциям.

Именно такое разложение позволяет установить, почему комплекс расходует определённое количество энергии на предоставление коммунальной услуги.

Как определяют границы комплекса

Граница комплексного энергоаудита должна соответствовать фактическим технологическим и энергетическим связям между объектами.

Например, коммунальное предприятие может эксплуатировать водозабор, несколько станций подъёма, распределительную сеть и очистные сооружения.

Но отдельные объекты могут получать электрическую энергию по самостоятельным вводам, иметь независимые приборы учёта и собственные эксплуатационные журналы.

Чтобы объединить их в один баланс, необходимо подтвердить состав объектов и движение среды между ними.

Специалисты определяют:

• перечень объектов внутри границы обследования;
• их технологические функции;
• направления материальных потоков;
• места разветвления и объединения потоков;
• границы электрического учёта;
• периоды работы оборудования;
• состав общих и самостоятельных систем управления;
• объекты, находящиеся за пределами обследования.

Например, вода может поступать от стороннего поставщика уже с определённым давлением.

В таком случае энергия, затраченная на её первоначальный подъём, может находиться за пределами исследуемого предприятия.

Если затем комплекс дополнительно повышает давление, соответствующую электрическую энергию учитывают внутри собственной границы.

При сравнении двух предприятий необходимо учитывать подобные различия.

Иначе комплекс, который самостоятельно выполняет больше технологических стадий, может ошибочно выглядеть менее эффективным только из-за более широкой границы учёта.

Материальный баланс между объектами

Сквозной анализ невозможен без согласованного движения воды и сточных вод.

Например, один объект подаёт воду в резервуар, из которого её забирают несколько последующих насосных станций.

Количество воды, поступившей в резервуар за сутки, не обязательно равно количеству воды, вышедшей из него за те же сутки.

Разница может быть связана с изменением запаса.

Поэтому при обследовании специалисты используют уровни резервуаров и данные входящих и выходящих потоков.

Аналогичная ситуация возникает при накоплении сточных вод перед перекачкой или очисткой.

Если насосная станция в определённые часы перекачивает накопленный ранее объём, её текущая электрическая нагрузка не обязательно соответствует одновременному поступлению стоков.

При построении материального баланса необходимо учитывать:

• объёмы входящих потоков;
• объёмы выходящих потоков;
• изменение запасов в резервуарах;
• технологические отборы и сбросы, предусмотренные схемой;
• возвратные и рециркуляционные потоки;
• различия периодов измерений;
• неучтённые подключения;
• измерительную неопределённость.

Если эти составляющие не определены, разницу между показаниями расходомеров нельзя автоматически считать физической потерей воды.

В комплексном обследовании материальный баланс необходим ещё и для того, чтобы избежать повторного учёта одного объёма как нескольких независимых коммунальных услуг.

Как избежать повторного учёта объёма воды

Вода может несколько раз проходить через насосные станции одного комплекса.

Например, сначала её поднимают от источника к сооружениям подготовки, затем направляют в резервуар и после этого подают в распределительную сеть.

Каждая станция перекачивает определённый объём и расходует электроэнергию.

Но если сложить все объёмы перекачки и объявить результат количеством воды, переданной конечным потребителям, показатель будет искажён.

Один и тот же объём воды может быть учтён на нескольких последовательных стадиях.

Поэтому специалисты различают:

• объём конечной коммунальной услуги;
• объём воды, прошедший конкретную технологическую стадию;
• суммарный объём перекачки оборудования;
• внутренние повторные и возвратные потоки.

Например, электрическая энергия каждой насосной станции относится к её собственной гидравлической работе.

Для сквозного показателя всего комплекса суммарную электрическую энергию сопоставляют с корректно установленным объёмом предоставленной услуги, а не с механической суммой всех внутренних перекачек.

Если внутри комплекса существуют возвратные потоки, их отдельно показывают в схеме.

Это позволяет установить фактическую энергетическую стоимость внутренних перемещений среды.

Как распределяют электрическую энергию по стадиям

Разложение энергопотребления по стадиям — основной метод определения приоритетов комплексного энергоаудита.

Например, общий расход электроэнергии предприятия складывается из потребления насосов водозабора, оборудования водоподготовки, распределительных станций, насосов водоотведения и очистных сооружений.

Но эти составляющие могут иметь разную структуру полезной нагрузки.

Для насосных объектов важны расход и напор.

Для оборудования обработки воды — объём и соответствующие технологические параметры.

Для очистки сточных вод — объём и состав поступающей среды, а также необходимые условия процесса.

Поэтому специалисты формируют энергетический баланс по каждому функциональному объекту.

При наличии раздельного электрического учёта используют его архивы.

Если несколько стадий подключены к одному электрическому вводу, устанавливают состав оборудования и возможность дополнительного измерения.

Например, счётчик станции подготовки воды может включать насосы, технологические установки и вспомогательные механизмы.

По нему можно определить суммарное потребление станции, но нельзя без дополнительной информации установить долю каждой стадии.

В таком случае формируют программу уточнения электрических границ.

Результатом становится распределение энергии по действительным технологическим функциям, а не по произвольной классификации оборудования.

Удельная электроэнергия на объём коммунальной услуги

Удельное энергопотребление — количество энергии, приходящееся на единицу полезного результата.

Для коммунальной инфраструктуры таким результатом может быть объём подготовленной и поданной воды либо объём сточных вод, обработанных в установленной границе.

Но удельный показатель имеет смысл только при правильно выбранном знаменателе.

Например, расход электроэнергии насосной станции можно сопоставить с объёмом перекачанной воды.

Для всего водопроводного комплекса может потребоваться показатель на объём услуги, переданной потребителям.

Для очистных сооружений — на объём обработанных сточных вод, при этом необходимо учитывать технологическую нагрузку.

Эти показатели нельзя считать полностью сопоставимыми.

Например, один коммунальный комплекс выполняет водозабор, водоподготовку и распределение. Другой получает уже подготовленную воду и только распределяет её.

При одинаковом объёме воды энергетическая граница первого шире.

Следовательно, его суммарный показатель кВт·ч/м³ может быть выше по объективной причине.

То же относится к очистке сточных вод с различным составом загрязнений и требованиями к обработке.

Сравнение удельной энергии допустимо только при сопоставимом составе коммунальной услуги и качестве исходной или обработанной среды.

Если условия существенно различаются, специалисты либо разделяют показатели по стадиям, либо явно описывают ограничения сравнения.

Почему одинаковые кВт·ч/м³ не означают одинаковую эффективность

Два коммунальных комплекса могут иметь одинаковый удельный расход электроэнергии на кубический метр воды, но принципиально различаться по энергетической структуре.

Например, первый комплекс использует значительную энергию для подъёма воды с большой геодезической разностью уровней.

Второй расходует меньше энергии на подъём, но выполняет более энергоёмкую технологическую обработку.

Общий удельный показатель может совпасть.

Однако возможные технические решения для этих объектов будут различаться.

В первом случае предметом проверки может стать гидравлический режим насосов.

Во втором — соответствие технологических циклов фактическому качеству и объёму воды.

Поэтому специалисты не ограничиваются сравнением общего показателя.

Они выделяют расход электроэнергии по стадиям, устанавливают полезную нагрузку и проверяют характерные режимы.

Если один объект обеспечивает более высокое давление на выходе, это также необходимо учитывать.

Если на очистных сооружениях меняется состав поступающей среды, сравнение только по объёму стоков может дать ложный вывод о снижении эффективности.

Таким образом, кВт·ч/м³ используется для анализа, но не заменяет техническое объяснение энергетических затрат.

Повторное повышение давления

Повторное повышение давления — один из характерных механизмов, требующих проверки на уровне коммунального комплекса.

Он возникает, когда вода последовательно проходит несколько участков, на которых её давление повышается насосами.

Однако само наличие нескольких ступеней подъёма не означает неэффективности.

Например, между станциями может находиться резервуар, выполняющий необходимую функцию накопления и разделения режимов.

В другом случае несколько ступеней необходимы для преодоления геодезической разности высот или обслуживания различных зон давления.

Поэтому необходимо различать технологически обоснованный последовательный подъём и повторное повышение давления, причины которого требуют проверки.

При обследовании специалисты восстанавливают линию изменения гидравлической энергии воды.

Для каждого участка определяют:

• давление на входе и выходе;
• высотные отметки;
• фактический расход;
• работу насосов;
• состояние регулирующей арматуры;
• наличие резервуаров или открытых поверхностей воды;
• условия следующей технологической стадии.

Например, если насос создаёт значительный напор, а далее он снижается регулирующим устройством перед следующей насосной станцией, необходимо исследовать назначение такого перепада.

Но нельзя объявлять весь потерянный перепад давления потенциальной экономией.

Сначала необходимо проверить ограничения последующего оборудования и требования к давлению в соответствующих границах.

Как выявляют повторную перекачку без полезной технологической задачи

В некоторых коммунальных системах вода может возвращаться на предыдущие стадии либо многократно проходить через отдельные участки.

Такие потоки могут быть предусмотрены технологией.

Например, рециркуляция используется для обеспечения определённого режима обработки воды.

В этом случае повторное перемещение выполняет полезную функцию.

Но возможны и ситуации, когда часть потока возвращается из-за особенностей управления, гидравлического соединения или эксплуатации оборудования.

При обследовании специалисты устанавливают, какому назначению соответствует каждый возвратный поток.

Особенно важно измерить или определить его объём.

Например, если насос перекачивает значительное количество воды через рециркуляционную линию, необходимо установить, требуется ли такой расход для технологического режима.

Если да, энергетические затраты рассматривают как часть соответствующей стадии.

Если подтверждается, что поток не выполняет необходимую задачу, возникает основание для проверки изменения гидравлической схемы или управления.

Но без измерения расхода и определения функции возвратного потока нельзя количественно оценить его энергетическое значение.

Сквозной анализ позволяет увидеть такую ситуацию, потому что сопоставляет внутренние потоки нескольких объектов, а не только объём конечной услуги.

Неравномерная загрузка насосных станций

Различные насосные станции коммунального комплекса могут работать при неодинаковой загрузке.

Это не обязательно является техническим недостатком.

Например, станция первого подъёма может работать относительно равномерно, заполняя резервуар, тогда как распределительная станция изменяет производительность вслед за потреблением.

Такая схема может быть предусмотрена технологией.

Но если одна станция длительно работает с повышенной мощностью, а следующая ограничивает поток или выполняет противоположное регулирование, возникает основание проверить их согласованность.

При обследовании специалисты сопоставляют графики насосных станций по времени.

Они анализируют расход, давление, уровни резервуаров, состав включённых насосов и электрическое потребление.

Например, первая станция может поддерживать высокую подачу, из-за чего резервуар быстро заполняется. После этого насосы останавливаются, а затем цикл повторяется.

В другом случае несколько станций работают непрерывно с низкой загрузкой, хотя режимы потребления меняются.

Для оценки необходимо установить, какие ограничения по запасу воды, давлению и резервированию действуют на каждом объекте.

Результатом становится анализ совместной загрузки станций и причин выбранной последовательности.

Почему равномерная загрузка станций не всегда оптимальна

Равномерное распределение нагрузки между объектами может выглядеть организационно удобным, но не является универсальным условием минимального энергопотребления.

Например, два насосных агрегата имеют различные рабочие характеристики и эффективность при определённых расходах.

Их одинаковая загрузка не обязательно обеспечивает минимальную суммарную электрическую мощность.

Аналогично две станции могут выполнять разные гидравлические задачи.

Одна поднимает воду на большую высоту, другая обеспечивает распределение по зонам давления.

Поэтому сравнивать их мощности без учёта напора неправильно.

При обследовании специалисты анализируют каждую станцию относительно её функции, а затем оценивают взаимодействие.

Например, если перераспределение режимов между станциями изменяет уровень резервуара, необходимо учитывать соответствующее изменение напора.

Если включение дополнительного насоса влияет на давление следующей ступени, этот эффект также входит в сквозную модель.

Цель — не одинаковое число часов работы и не одинаковая мощность агрегатов, а энергетически обоснованное выполнение коммунальной задачи.

Лишние технологические циклы

Технологические стадии подготовки воды и очистки сточных вод могут включать периодические операции.

Например, определённое оборудование выполняет промывку, перемешивание, рециркуляцию или другие процедуры, предусмотренные технологией.

Каждая операция может требовать электроэнергии и изменять материальный баланс.

Однако повторение технологического цикла не является само по себе неэффективностью.

Необходимо установить, какая функция выполняется и при каких условиях операция требуется.

Например, частота определённого цикла может зависеть от качества исходной воды, загрязнённости оборудования или технологической нагрузки.

Если сравнивать только число циклов, не учитывая эти факторы, можно ошибочно объявить необходимую обработку лишней.

При обследовании специалисты изучают:

• назначение технологической операции;
• условия её запуска;
• продолжительность;
• объём воды или стоков, проходящий через соответствующую стадию;
• электрическую мощность оборудования;
• результат обработки;
• влияние операции на последующие стадии;
• действующие ограничения технологии.

Если обнаружены частые циклы при сопоставимой технологической нагрузке, возникает основание проверить автоматику и фактическое состояние оборудования.

Но возможность сокращения циклов должна подтверждаться сохранением требуемого качества обработки.

Как отличают лишний цикл от необходимой обработки

Ключевое различие заключается в наличии подтверждённой технологической задачи.

Например, на станции водоподготовки выполняется промывка оборудования.

Если её периодичность увеличилась, необходимо проверить качество исходной воды, фактическую нагрузку и состояние соответствующего узла.

Возможно, дополнительные операции объективно необходимы.

В другом случае частота запуска определяется настройкой автоматики, не соответствующей фактическому состоянию процесса.

Тогда возникает основание для технической проверки алгоритма.

Но нельзя установить энергетический эффект изменения только по числу циклов.

Необходимо определить электрическое потребление операции, её продолжительность и возможное влияние на последующие стадии.

Например, сокращение промывки может уменьшить непосредственный расход электроэнергии, но ухудшить условия работы оборудования и увеличить затраты позже.

Поэтому специалисты рассматривают полный технологический результат, а не только энергию отдельного включения.

Работа резервного оборудования в базовом режиме

Коммунальные комплексы могут использовать резервные насосы, технологические установки и другие агрегаты для обеспечения надёжности.

При этом необходимо различать фактически работающий резерв и оборудование, которое находится в готовности без постоянного выполнения основной функции.

Например, в насосной станции резервный агрегат может периодически включаться для предусмотренной проверки.

В другой схеме несколько насосов работают параллельно, обеспечивая требуемую нагрузку и предусмотренный уровень резервирования.

Энергетические последствия этих состояний различаются.

При обследовании специалисты устанавливают:

• назначение резервного оборудования;
• требования к готовности;
• фактическое время работы;
• расход и напор при включении;
• электрическую мощность;
• условия автоматического ввода резерва;
• периодичность проверочных операций;
• взаимодействие с основными агрегатами.

Например, если резервный насос работает постоянно с небольшой нагрузкой, необходимо выяснить, какую функцию он фактически выполняет.

Но нельзя считать всю его электроэнергию лишней без проверки схемы и требований к надёжности.

Возможный альтернативный режим должен обеспечивать предусмотренную готовность коммунального объекта.

Как определить энергетическую стоимость резервирования

Энергетическая стоимость резерва зависит от конкретного способа поддержания готовности.

Например, один резервный насос находится в отключённом состоянии, но готов к автоматическому включению.

Другой может использоваться в чередующихся режимах с основным оборудованием.

Третий работает в составе параллельной группы.

Поэтому нельзя оценивать резервирование по одному универсальному коэффициенту.

Для анализа специалисты используют фактические графики состояний, электрические мощности и гидравлические параметры.

Если резервный агрегат выполняет часть полезной перекачки, соответствующее энергопотребление нельзя считать расходом без результата.

Если он работает преимущественно для поддержания готовности, необходимо установить техническую необходимость такого состояния.

При сравнении альтернативных схем учитывают не только электрическую энергию, но и ограничения по надёжности, времени включения и допустимым режимам оборудования.

Результат — подтверждённая структура энергетических затрат резервирования с указанием того, какие режимы допускают дополнительную проверку.

Базовый уровень потребления коммунального комплекса

Базовый уровень энергопотребления — нагрузка, которая сохраняется в периоды минимального объёма предоставляемой коммунальной услуги.

В коммунальном комплексе она может включать работу оборудования, поддерживающего необходимое давление, технологическую обработку, циркуляцию, резервирование и другие предусмотренные функции.

Например, ночью водопотребление уменьшается, но часть насосных станций продолжает обеспечивать давление.

Одновременно очистные сооружения могут продолжать выполнять технологические процессы, не совпадающие по времени с текущим поступлением стоков.

Поэтому ночная электрическая нагрузка комплекса не является единым показателем необоснованного расхода.

При обследовании специалисты раскладывают её по объектам.

Затем определяют фактическую функцию каждого работающего агрегата.

Например, электрическое потребление насосной станции при минимальном расходе анализируют совместно с требуемым напором.

Работу оборудования очистки — с технологической нагрузкой и условиями процесса.

Работу резервных агрегатов — с требованиями к готовности.

Такой анализ позволяет установить, где базовая нагрузка соответствует необходимой коммунальной функции, а где имеются основания для проверки режима.

Почему водоснабжение и водоотведение нельзя нормализовать одинаково

Водоснабжение и водоотведение связаны материальными потоками, но имеют различную структуру энергетических затрат.

Для водоснабжения электрическое потребление насосов тесно связано с расходом и напором.

Для водоотведения также важны объёмы и гидравлическая задача, но на очистных сооружениях существенное значение может иметь состав сточных вод и режим технологической обработки.

Например, два периода имеют одинаковый объём стоков, поступивших на очистку.

Но если изменились показатели их состава, необходимая работа технологического оборудования может оказаться другой.

Поэтому одинаковый объём не означает одинаковую технологическую нагрузку.

Аналогично два водопроводных объекта могут подавать одинаковый объём воды при разной разности геодезических отметок и необходимом давлении.

Следовательно, энергетическое сравнение требует не только объёма, но и параметров соответствующей услуги.

При обследовании специалисты используют показатели, действительно объясняющие нагрузку каждой стадии.

Это позволяет избежать ошибочного вывода, когда изменение качества исходной среды принимается за ухудшение энергетической эффективности оборудования.

Как учитывать качество исходной и обработанной воды

Технологическая подготовка воды требует энергии для выполнения определённых операций, состав которых зависит от характеристик исходной воды и требований к результату.

Например, при изменении качества исходной воды может изменяться продолжительность работы отдельных установок и периодичность предусмотренных процедур.

В результате электрическое потребление станции способно увеличиться при неизменном объёме подготовленной воды.

Но это не обязательно означает дополнительную техническую потерю.

При обследовании специалисты сопоставляют фактические характеристики исходной и обработанной воды с технологическим режимом оборудования.

Особое внимание уделяют изменениям качества среды между сравниваемыми периодами.

Если данных нет, нельзя достоверно определить, связан ли рост электрического потребления с изменением технологической задачи или отклонением управления.

Аналогичный принцип применяется к очистке сточных вод.

Сравнение только количества кубических метров без учёта характеристик поступающих стоков может существенно искажать оценку.

Поэтому результаты энергоаудита должны содержать ограничения сопоставимости технологических режимов.

Совместная работа водозабора и станций последующего подъёма

Несколько насосных стадий могут иметь разные графики работы из-за использования промежуточных резервуаров.

Например, водозабор обеспечивает относительно равномерную подачу в резервуар.

Распределительная станция, расположенная после него, изменяет расход вслед за потребителями.

Если анализировать их электроэнергию и объёмы только за один час, значения могут существенно различаться.

Но причиной может быть изменение запасов в резервуаре.

При обследовании специалисты сопоставляют:

• расход первой станции;
• расход последующей станции;
• уровень резервуара;
• время работы насосов;
• создаваемые напоры;
• электрические мощности;
• управляющие уставки.

После учёта накопления устанавливают, как графики станций влияют друг на друга.

Например, изменение уровня воды в резервуаре может изменить условия работы насосов последующей станции.

Поэтому энергетическую оценку альтернативного расписания выполняют для всей цепочки, а не только для одного насоса.

Влияние резервуаров на сквозной баланс

Резервуары позволяют разделять во времени производство, накопление и потребление воды.

Они могут обеспечивать устойчивость технологического процесса и требуемые эксплуатационные условия.

Но в энергетической модели необходимо учитывать изменение уровня и запаса.

Например, первая станция увеличила подачу воды, заполнив резервуар.

В тот же период конечные потребители использовали меньший объём.

Если сравнить показания без учёта накопления, возникнет кажущееся расхождение водного баланса.

В другом периоде потребители используют накопленную воду, а насос первого подъёма работает меньше.

Поэтому специалисты выбирают расчётный интервал и учитывают изменение запаса.

Для энергетической оценки также важен уровень резервуара, поскольку он может влиять на гидравлические условия насосов.

Если альтернативное расписание изменяет уровень, необходимо пересчитывать соответствующую гидравлическую работу.

Таким образом, резервуар является не только элементом материального баланса, но и фактором энергетического режима комплекса.

Связь между технологическими циклами и дополнительной перекачкой

Технологическая операция может формировать дополнительный поток воды, который затем должен быть снова обработан или перекачан.

Например, отдельный цикл может предусматривать возврат определённого объёма на предыдущую стадию.

Это увеличивает внутренний оборот среды.

Но такой возврат может быть необходимой частью технологии.

Поэтому при энергоаудите важно определить полный маршрут потока.

Специалисты устанавливают, какое количество воды проходит через соответствующий цикл, сколько электроэнергии расходуется на операцию и какие дополнительные затраты возникают на связанных объектах.

Например, увеличение частоты технологической операции может повысить нагрузку не только самой установки, но и последующей насосной станции.

Если учитывать только электрическую энергию первой стадии, общий эффект будет неполным.

И наоборот, если один и тот же объём повторно учитывается как новая коммунальная услуга, удельный показатель всего комплекса будет искажён.

Поэтому анализ внутренних перетоков является обязательной частью сквозного энергетического баланса.

Как обнаруживают несогласованность управления объектами

Отдельные коммунальные объекты могут иметь собственные контроллеры и алгоритмы управления.

Например, насосная станция поддерживает установленное давление, следующая станция — уровень резервуара, а технологическая установка запускается по собственным условиям.

Каждый алгоритм может корректно выполнять локальную задачу.

Но совместная работа нескольких систем иногда создаёт режим, требующий проверки.

Например, первая станция увеличивает подачу, следующая ограничивает входящий поток, а затем включается дополнительная перекачка.

Чтобы определить энергетический смысл такой последовательности, необходимо установить её назначение.

При обследовании специалисты анализируют архивы:

• давления на входах и выходах объектов;
• уровней резервуаров;
• расходов воды;
• включений насосов;
• положений регулирующей арматуры;
• управляющих уставок;
• технологических состояний;
• электрической мощности.

Затем восстанавливают последовательность событий.

Если отклонение возникает из-за несогласованного управления, результат должен показывать, какие действия разных объектов формируют дополнительную нагрузку.

Но не следует объявлять сам факт нескольких независимых контроллеров причиной перерасхода без подтверждённой связи между их работой.

Практический пример: одна станция повышает давление, другая его снижает

Рассмотрим условный коммунальный комплекс, в котором вода после насосной станции поступает на следующий технологический участок.

Первая станция создаёт высокий напор.

Перед следующим объектом давление снижается регулирующим элементом.

Возникает предположение о дополнительных энергетических затратах.

Но сначала необходимо установить, почему давление ограничивается.

Например, оборудование следующей стадии может иметь собственные требования к входным параметрам.

Другой вариант — перепад необходим для распределения потоков между несколькими направлениями.

При обследовании специалисты измеряют расход, давление до и после регулирующего участка и электрическую мощность насосной станции.

Затем исследуют, существует ли технически допустимый альтернативный режим подачи.

Если изменение напора первой станции позволяет сохранить необходимые условия последующего оборудования, можно оценивать энергетический эффект.

Но нельзя считать весь перепад давления на регулирующем элементе непосредственно доступной экономией.

Результат зависит от насосной характеристики и работы всей связанной сети.

Практический пример: суммарная электроэнергия растёт при прежнем объёме услуги

Коммунальный комплекс за два периода передал потребителям сопоставимый объём воды, но суммарное электрическое потребление увеличилось.

По этому признаку нельзя определить неисправный объект.

Специалисты сначала распределяют электроэнергию между стадиями.

Например, потребление водозабора могло остаться прежним, распределительных насосных станций — увеличиться, а технологической подготовки — измениться незначительно.

Это позволяет локализовать рост.

Затем проверяют, не изменились ли давление, уровни резервуаров и графики насосов.

Если значительное увеличение произошло на технологической подготовке, необходимо проверить качество исходной воды и фактические циклы оборудования.

Если рост связан с резервными агрегатами, анализируют их реальную работу и назначение.

Только после такого разложения можно определить, связан ли показатель с изменением полезной задачи или техническим отклонением.

Общий кВт·ч/м³ в этом случае служит сигналом для анализа, но не готовым объяснением причины.

Практический пример: несколько станций работают с низкой загрузкой

В системе последовательно работают несколько насосных станций, каждая из которых длительно использует лишь часть своей производительности.

Первоначально возникает вопрос о неэффективной загрузке оборудования.

Но низкая загрузка может быть обусловлена резервированием, режимом накопительных ёмкостей или фактической потребностью сети.

При обследовании специалисты анализируют рабочие характеристики агрегатов и графики расхода.

Затем устанавливают, как изменение одной станции повлияет на остальные.

Например, увеличение производительности первой станции и сокращение времени её работы изменит уровень промежуточного резервуара.

Это может изменить напор следующей станции и её электрическое потребление.

Поэтому нельзя рассчитывать экономию первой станции без оценки последующей ступени.

Если рассматривается изменение последовательности включения насосов, необходимо учитывать требования по запасу воды, давлению и готовности оборудования.

Результатом становится согласованный вариант проверки работы нескольких станций, а не изолированное решение по одному агрегату.

Практический пример: технологические циклы стали происходить чаще

На сооружениях подготовки воды увеличилась частота определённой технологической операции.

Одновременно выросли электрическое потребление оборудования и объём внутренних перетоков.

Это основание проверить энергетическое значение цикла.

Но необходимо установить, не изменилось ли качество исходной воды или требуемая технологическая нагрузка.

При обследовании специалисты сопоставляют число циклов, их продолжительность, электрическую мощность и показатели обработки.

Дополнительно определяют, какая часть воды возвращается на предыдущие стадии и требуется ли её повторная перекачка.

Если увеличение циклов обусловлено объективно изменившимися условиями, это учитывают в балансе.

Если параметры среды сопоставимы, а частота работы оборудования существенно изменилась, появляется основание проверить алгоритмы управления и техническое состояние установки.

Но сокращать число циклов допустимо только при сохранении требуемого результата обработки.

Результат показывает прямую электрическую нагрузку операции и связанные затраты других стадий.

Практический пример: резервное оборудование формирует ночную нагрузку

В ночные часы объём коммунальной услуги снижается, но электрическая мощность комплекса остаётся значительной.

По архивам установлено, что часть оборудования находится в резервных или поддерживающих режимах.

Это основание проверить структуру базового энергопотребления.

Однако нельзя считать каждую работающую резервную установку лишней.

Например, определённая схема может быть необходима для обеспечения готовности к изменению нагрузки.

Специалисты устанавливают фактическую функцию резервных агрегатов, электрическую мощность и продолжительность работы.

Затем проверяют, какие технически допустимые альтернативные состояния существуют.

При этом учитывают время включения, требования к надёжности и взаимодействие с основным оборудованием.

Если работа агрегата необходима, соответствующая энергия относится к обеспечению предусмотренной функции.

Если режим не имеет подтверждённого назначения, возникает основание для дальнейшей проверки автоматики и эксплуатационной схемы.

Как учитывать изменения состава коммунального комплекса

В течение анализируемого периода состав объектов может изменяться.

Например, подключается новая насосная станция, реконструируется участок распределительной сети или вводится дополнительная технологическая стадия очистки.

В результате электрическое потребление комплекса может увеличиться даже при близком объёме конечной услуги.

Но сравнение до и после изменения без корректировки границ будет некорректным.

При обследовании специалисты устанавливают даты ввода оборудования, изменения схемы и перераспределения потоков.

Если часть функции передана другому объекту, необходимо учитывать, где теперь расходуется соответствующая энергия.

Например, уменьшение электрического потребления одной станции может сопровождаться увеличением нагрузки другой.

В таком случае локальная экономия не обязательно означает уменьшение расхода всего комплекса.

Поэтому для сравнения периодов формируют сопоставимые энергетические границы либо явно указывают их изменения.

Какие документы и исходные данные необходимы

Для комплексного энергоаудита требуется связать эксплуатационные данные отдельных объектов в единую технологическую последовательность.

• Схема коммунального комплекса. Состав объектов, их функции, подключения и направления движения воды и стоков.
• Схемы отдельных насосных станций. Насосы, коллекторы, регулирующие устройства и точки измерения давления и расхода.
• Схемы водоподготовки и очистки. Последовательность технологических стадий и внутренние возвратные потоки.
• Архивы объёмов воды. Подъём, поступление на подготовку, распределение и передача потребителям.
• Архивы объёмов сточных вод. Поступление, перекачка и обработка в соответствующих границах.
• Электрический учёт по объектам. Потребление станций и технологических установок за согласованные периоды.
• Данные давления. Показатели до и после основных насосных и регулирующих участков.
• Уровни резервуаров. Архивы изменения запасов воды или стоков.
• Паспорта насосов. Характеристики расхода, напора, эффективности и допустимых режимов.
• Графики насосных станций. Состав работающих агрегатов, скорости, пуски и остановки.
• Технологические режимы очистки. Продолжительность операций, параметры процесса и состав работающего оборудования.
• Данные о качестве воды и стоков. Показатели, необходимые для интерпретации изменения технологической нагрузки.
• Сведения о резервировании. Назначение резервов, порядок включения и эксплуатационные ограничения.
• Настройки автоматики. Уставки давления, уровней, расходов и технологических режимов.
• Эксплуатационные журналы. Переключения, ремонты, изменение схемы и другие события, влияющие на сопоставимость данных.

Особенно важно использовать одинаковые временные интервалы.

Например, электрическую энергию станции за сутки нельзя напрямую сопоставлять с объёмом воды за другой период.

Если имеются накопительные ёмкости, необходимо учитывать изменение их запасов.

Если один расходомер учитывает внутреннюю рециркуляцию, его показания нельзя без проверки использовать как объём конечной коммунальной услуги.

Если у очистных сооружений отсутствуют данные о характеристиках поступающей среды, сравнение удельных показателей будет ограниченным.

Как выбирают приоритетные измерения

Программа инструментальных измерений должна устранять неопределённости сквозного баланса, а не просто увеличивать количество приборов.

Если неизвестно распределение электрической энергии между объектами, приоритетом становится уточнение электрических границ.

Если не согласованы объёмы воды между последовательными стадиями, проверяют расходомеры, возвратные потоки и изменение запасов в резервуарах.

Если предполагается повторное повышение давления, измеряют расход и гидравлические параметры до и после соответствующих насосных и регулирующих участков.

Если выявлена неравномерная загрузка станций, сопоставляют графики их работы, уровни резервуаров и электрические мощности.

Если увеличилась частота технологических циклов, уточняют их продолжительность, электрическую энергию и параметры обработки.

Если значительную часть базового расхода формируют резервы, анализируют реальные состояния оборудования и требования к готовности.

Например, дополнительный электросчётчик на насосной станции помогает разделить энергию объектов, но не позволяет самостоятельно определить эффективность её работы без расхода и напора.

А новый расходомер на внутреннем возвратном потоке полезен только тогда, когда ясно, как этот поток участвует в технологическом балансе.

Для каждого измерения устанавливают конкретную задачу и ожидаемый технический вывод.

Как определяют приоритеты обследования отдельных систем

После построения предварительного баланса специалисты определяют, где сосредоточены наиболее значимые энергетические нагрузки и неопределённости.

Приоритет не всегда определяется абсолютной величиной электрического потребления.

Например, крупная насосная станция может расходовать больше всех энергии, но выполнять объективно значительную гидравлическую работу.

Другая, меньшая станция может иметь подтверждённое избыточное давление и режим, требующий изменения.

Поэтому необходимо учитывать:

• энергетическую значимость объекта;
• объём выполняемой полезной задачи;
• достоверность измерений;
• наличие подтверждённого технического отклонения;
• влияние объекта на последующие стадии;
• возможность дополнительной проверки;
• эксплуатационные ограничения;
• вероятность двойного учёта энергетического эффекта.

Например, если увеличение энергопотребления связано с повторной перекачкой между двумя объектами, приоритетной становится проверка их совместной работы.

Если основная неопределённость находится в технологической очистке, необходимо уточнить качество исходной среды и параметры соответствующих циклов.

Если энергопотребление резервов существенно влияет на базовую нагрузку, проверяют организацию резервирования.

Результатом становится технически обоснованная последовательность последующих обследований.

Как рассчитывают эффект комплексного мероприятия

При изменении работы нескольких объектов энергетические эффекты взаимосвязаны.

Например, снижение давления на первой насосной станции может изменить параметры следующей ступени.

Если после изменения первая станция расходует меньше электроэнергии, но следующая начинает потреблять больше, необходимо оценить суммарный результат.

Другой пример — изменение технологического цикла уменьшает прямое потребление соответствующего агрегата и одновременно снижает объём внутренней повторной перекачки.

В этом случае оба эффекта могут относиться к одному изменению процесса.

Но нельзя учитывать один и тот же сокращённый поток несколько раз.

Поэтому специалисты рассчитывают альтернативную схему для всей затронутой цепочки.

При этом сохраняют:

• требуемый объём коммунальной услуги;
• необходимые давления и расходы;
• технологические условия обработки;
• качество подготовленной воды или очистки стоков;
• предусмотренные функции резервирования;
• допустимые режимы оборудования.

Если хотя бы одно обязательное условие не обеспечивается, уменьшение электрического расхода нельзя представлять как подтверждённое повышение эффективности.

При отсутствии данных о связанных стадиях расчёт комплексной экономии остаётся ограниченным.

Что получает заказчик по результатам энергоаудита

Основной результат — сквозной баланс коммунальной инфраструктуры с распределением энергопотребления между объектами и технологическими стадиями.

В итоговых материалах могут быть представлены:

• подтверждённая схема комплекса с материальными и энергетическими границами;
• балансы воды и сточных вод по основным стадиям;
• распределение электрической энергии между объектами;
• объёмы конечной коммунальной услуги и внутренней перекачки;
• удельные энергетические показатели по сопоставимым технологическим стадиям;
• характеристики давления и напора на последовательных насосных участках;
• результаты проверки повторного повышения давления;
• данные о внутренних возвратных потоках и повторной перекачке;
• анализ совместной загрузки насосных станций;
• распределение электрических затрат между технологическими циклами;
• характеристики базового потребления;
• режимы и энергетические затраты резервного оборудования;
• результаты сопоставления технологических нагрузок и качества среды;
• перечень подтверждённых отклонений;
• конкурирующие объяснения, которые пока не удалось исключить;
• приоритеты дополнительных измерений;
• обоснованная последовательность обследования отдельных систем.

Например, если подтверждена повторная перекачка, результат показывает соответствующий материальный поток, расход электрической энергии и назначение операции.

Если выявлена несогласованность насосных станций, указывают конкретные режимы, давления, расходы и последовательность событий.

Если предполагается избыточный технологический цикл, отдельно фиксируют, какие данные подтверждают его энергетические затраты и какие ограничения определяются требуемым качеством обработки.

Если базовая нагрузка связана с резервным оборудованием, необходимо установить его реальную функцию.

При недостаточности данных итоговый материал должен разграничивать измеренные величины, расчётные оценки и технические гипотезы.

Когда вывод об энергоэффективности преждевременен

Некоторые показатели позволяют обнаружить изменение, но не доказывают конкретную причину.

Например, рост общего кВт·ч/м³ может быть связан с расширением технологической услуги.

Разница между расходом воды на двух стадиях может объясняться внутренними потоками или изменением накопления.

Работа нескольких насосов при небольшой нагрузке может быть связана с требованиями резервирования.

Повторная перекачка может выполнять необходимую технологическую функцию.

Увеличение числа циклов очистки может быть обусловлено изменением качества исходной воды или стоков.

Поэтому нельзя объявлять:

• все внутренние перетоки потерями воды;
• всё повторное повышение давления лишней работой насосов;
• любую неравномерную загрузку станций неэффективностью;
• все дополнительные технологические циклы избыточными;
• всё потребление резервных агрегатов необоснованным;
• различие удельных показателей доказательством худшего состояния оборудования.

Для каждого механизма требуется собственная измерительная и технологическая основа.

Если она отсутствует, корректный результат энергоаудита — определение недостающих данных и технических границ будущей проверки.

Как результаты связаны с дальнейшим энергетическим обследованием

Комплексный энергоаудит полезен тогда, когда необходимо определить взаимодействие нескольких коммунальных объектов и обоснованно выбрать приоритеты.

Если причина повышенного потребления локализована на отдельной насосной станции, дальнейшая работа может быть сосредоточена на её расходе, напоре, электрической мощности и управлении.

Если отклонение связано с обработкой воды или очисткой стоков, требуется анализ технологических режимов соответствующей стадии.

Если выявлено взаимодействие нескольких насосных станций, обследование должно сохранять сквозную границу, иначе энергетический эффект одного объекта может быть компенсирован увеличением нагрузки другого.

Для проведения такого анализа предусмотрена услуга «Энергетическое обследование», в рамках которой состав данных и измерений определяется фактической энергетической моделью объекта.

Когда необходимо установить, почему энергопотребление увеличилось без очевидного изменения конечного объёма услуг, используется направление «Поиск причин высокого энергопотребления».

Для правильного выделения наиболее значимых нагрузок и установления измерительных границ полезен материал «Основные потребители энергоресурсов: способы определения».

Если комплексная модель уже позволила локализовать основное отклонение, выбрать отдельную систему водоснабжения или водоотведения для последующей проверки можно в разделе «Водоснабжение и коммунальная инфраструктура».

Главный результат комплексного подхода

Энергоаудит комплексов коммунальной инфраструктуры отличается от обследования отдельной насосной сети тем, что рассматривает всю последовательность коммунальной услуги. Электроэнергия распределяется между подъёмом, подготовкой, транспортированием, водоотведением и очисткой, а внутренние материальные потоки анализируются с учётом накопления, рециркуляции и повторной перекачки.

Такой подход позволяет отдельно проверить четыре характерных механизма дополнительных затрат: повторное повышение давления, неравномерную загрузку станций, лишние технологические циклы и работу резервного оборудования в базовом режиме.

Сквозной баланс показывает не только объект с высоким энергопотреблением, но и причину его энергетической нагрузки, возможное влияние соседних стадий и достаточность измерений для технического решения.

При этом сравнение удельной электроэнергии между комплексами или периодами допустимо только при сопоставимых границах коммунальной услуги, гидравлических задачах и качестве исходной и обработанной среды. Без этих условий различия кВт·ч/м³ не являются доказательством неэффективности.

Итоговый результат — подтверждённая структура энергопотребления коммунального комплекса и приоритеты обследования отдельных систем. Если ключевых данных недостаточно, сначала определяют измерения, необходимые для проверки конкретного механизма, и только затем рассчитывают технически обоснованный эффект возможных изменений.