Водоснабжение и коммунальная инфраструктура
Энергетическое обследование объектов водоснабжения и коммунальной инфраструктуры позволяет определить, сколько электроэнергии расходуется на подъём, транспортирование, очистку и хранение воды, а также на отведение и обработку сточных вод. Эти процессы связаны общими ресурсными потоками, но выполняют разные технологические задачи. Поэтому для достоверной оценки необходимо разграничить работу насосных станций, очистного оборудования и вспомогательных систем.
Повышенное электропотребление коммунального объекта не всегда свидетельствует о неэффективности оборудования. Оно может быть связано с увеличением водоразбора, изменением напора, ростом объёма сточных вод или необходимостью поддерживать непрерывную работу технологических установок. Чтобы установить причину, расход электроэнергии сопоставляют с объёмами перемещаемой воды, параметрами насосов и фактическими условиями эксплуатации.
Как распределяется энергопотребление коммунального комплекса
Коммунальная инфраструктура может объединять водозаборные сооружения, насосные станции, распределительные сети, резервуары, системы канализации и технологические установки очистки. Электроэнергия используется как для перемещения воды, так и для выполнения операций, необходимых при её подготовке и обработке стоков.
Однако одинаковый объём перемещаемой жидкости не означает одинаковые энергетические затраты. При подъёме воды существенное значение имеют требуемый напор и условия работы насосов. При очистке сточных вод энергопотребление связано не только с объёмом поступления, но и с технологическими режимами обработки.
Поэтому общий расход электроэнергии коммунального предприятия необходимо разделять по функциональным подсистемам. Это позволяет определить, какая часть потребления относится к водоснабжению, какая — к водоотведению, а какая обеспечивает вспомогательную инфраструктуру.
Если несколько объектов получают электроэнергию через общий ввод, его показания характеризуют совокупную нагрузку. Распределить потребление между отдельными станциями без соответствующих измерений или подтверждённых данных нельзя.
Границы энергетического баланса
Граница энергетического баланса определяет участок коммунальной системы, в пределах которого сопоставляют потребление энергоресурсов и выполненную технологическую работу.
Для комбинированного коммунального комплекса такие границы могут не совпадать с территориальными границами предприятия. Например, насосная станция, резервуары и сооружения очистки могут входить в общий объект, но иметь самостоятельные режимы эксплуатации и отдельные точки энергетического учёта.
Поэтому обследование начинают с изучения схем водозабора, распределения воды, канализации и остальных коммунальных объектов. По ним устанавливают последовательность движения ресурсов и определяют, какие установки участвуют в каждом процессе.
Затем сведения о расположении оборудования сопоставляют с приборами электрического учёта и измерениями объёмов воды и стоков.
Если одна электрическая линия питает несколько технологических участков, необходимо учитывать это ограничение при составлении баланса. Показания такого ввода нельзя автоматически относить к одной насосной станции или конкретному процессу очистки.
Правильно установленная граница позволяет оценивать расход электроэнергии относительно той работы, которая действительно выполняется внутри рассматриваемого участка.
Электропотребление насосов и фактический напор
Насосное оборудование расходует электроэнергию на перемещение жидкости. Энергетические затраты связаны с объёмом перекачки и напором, который необходимо обеспечить.
Напор характеризует энергетические условия перемещения воды. Поэтому две насосные станции, подающие одинаковый объём, могут иметь различное электропотребление при разных условиях работы.
При обследовании специалист сопоставляет расход электроэнергии насосов с фактическим объёмом поданной воды и напором. Это позволяет оценить, соответствует ли изменение потребления выполняемой гидравлической работе.
Например, увеличение электрической мощности станции может сопровождать повышение необходимого напора. Без сведений об этом изменении нельзя обоснованно заключить, что насосы начали работать менее эффективно.
Аналогично снижение электрической мощности не обязательно свидетельствует об улучшении режима. Если одновременно уменьшился объём подачи и объект перестал обеспечивать требуемое водоснабжение, такое изменение нельзя считать положительным результатом энергетического обследования.
Для корректного сравнения используют данные за сопоставимый рабочий режим — период, в котором объёмы перекачки, напор и эксплуатационные условия позволяют обоснованно оценить различия энергетических показателей.
Влияние утечек водопроводной сети на энергетический баланс
Энергопотребление водоснабжения зависит не только от полезного отпуска воды потребителям. Если в распределительной сети возникают утечки, насосное оборудование может перекачивать дополнительный объём, который не поступает в полезное потребление.
В такой ситуации расход электроэнергии увеличивается вследствие дополнительной работы по подаче воды. Однако увеличение электрического потребления само по себе не доказывает наличие утечки.
Причиной может быть и реальный рост водоразбора. Для разграничения этих вариантов необходимо сопоставить объёмы воды, поданной в сеть, с показателями полезного отпуска за соответствующие периоды.
Если объём подачи увеличивается, а подтверждённый полезный отпуск не изменяется в той же степени, возникает основание для дальнейшей проверки водного баланса.
При этом разницу между подачей и отпуском нельзя без дополнительного исследования целиком считать установленной величиной утечки. Необходимо проверить полноту учёта и сопоставимость исходных показаний.
Такое разграничение позволяет определить, связано ли дополнительное электропотребление с фактической работой насосов по обеспечению потребителей или с объёмами, требующими проверки распределительной сети.
Резервуары и непрерывность водоснабжения
Резервуары входят в технологическую схему водоснабжения и влияют на режим работы связанных с ними насосных станций. При обследовании необходимо учитывать уровни воды и условия обеспечения непрерывной подачи.
Изменение графика работы насосов может перераспределять электрическую нагрузку во времени. Однако допустимость такого изменения определяется необходимыми условиями водоснабжения.
Особое значение имеют резервные насосы. Наличие резервного оборудования не означает, что его можно отключать или исключать из предусмотренной схемы только ради уменьшения энергопотребления.
Необходимо учитывать требования непрерывности подачи, предусмотренные эксплуатационные режимы и возможность обеспечения необходимой работы системы.
Поэтому результаты энергетического обследования должны разделять потенциально регулируемые нагрузки и оборудование, эксплуатационный режим которого ограничен условиями надёжного водоснабжения.
Энергопотребление водоотведения и обработки сточных вод
Для систем канализации и очистки сточных вод количество перемещаемой жидкости является важным, но не единственным показателем полезной работы.
Электроэнергия может расходоваться на перекачку стоков, аэрирование и обработку осадка. Эти операции выполняют разные технологические функции, поэтому их потребление необходимо рассматривать в соответствующих границах.
Например, увеличение притока сточных вод может сопровождаться повышенной нагрузкой сооружений. Это не обязательно означает неисправность воздуходувного оборудования.
Аэрация связана с технологической обработкой стоков. Для оценки её энергетического режима необходимо учитывать не только электрическую нагрузку, но и условия процесса очистки.
Избыточная аэрация способна увеличивать потребление электроэнергии независимо от объёма водоотведения. Однако считать режим избыточным без проверки технологических условий и качества очистки нельзя.
Аналогично изменение расхода энергии на обработку осадка необходимо сопоставлять с фактическим объёмом и характером соответствующей операции.
Поэтому при обследовании водоотведения используют сведения об изменении притока, режимах технологического оборудования и показателях контроля качества. Это позволяет оценивать энергопотребление без нарушения необходимых условий обработки сточных вод.
Разграничение водных и вспомогательных подсистем
На коммунальных объектах часть электроэнергии расходуется непосредственно на перемещение и обработку воды, а часть — на работу обеспечивающих систем.
Если все нагрузки учитываются совместно, изменение потребления вспомогательного оборудования может исказить оценку энергетических показателей насосной станции или технологического процесса.
Поэтому специалист определяет, какие нагрузки относятся к водоподаче, какие — к канализации и обработке стоков, а какие необходимо учитывать отдельно.
Такое разделение особенно важно для комбинированных комплексов, где разные станции могут иметь самостоятельные измерительные и эксплуатационные границы.
Если данные учёта позволяют определить только общий расход предприятия, детализация по отдельным подсистемам требует дополнительных измерений. Без них нельзя достоверно приписывать конкретному оборудованию повышение электропотребления.
Исходные данные для обследования коммунальной инфраструктуры
Состав необходимых сведений определяется технологической схемой объекта и границами исследуемых процессов.
- Схемы водозабора, распределения, канализации и других коммунальных объектов. Позволяют определить последовательность технологических процессов, состав оборудования и границы обследования.
- Данные электрического учёта по станциям, объёмы воды и стоков за соответствующие периоды. Необходимы для сопоставления энергопотребления с фактически перемещаемыми и обрабатываемыми ресурсами.
- Сведения о напоре, уровнях резервуаров, качестве воды и обязательных технологических режимах. Позволяют установить эксплуатационные условия, которые необходимо учитывать при оценке эффективности оборудования.
Схемы определяют физическую структуру коммунальной системы. Измерения электроэнергии и объёмов показывают количественные характеристики энергетических потоков. Параметры напора, резервуаров и технологических процессов позволяют объяснить, какие условия влияют на соответствующее потребление.
Если сведения об объёмах подачи и напоре отсутствуют, высокая электрическая мощность насосной станции не позволяет установить её фактическую эффективность.
Если не подтверждены технологические условия очистки, нельзя считать изменение потребления воздуходувного оборудования допустимым только на основании предполагаемой экономии.
Как выбрать направление энергетического обследования
Выбор конкретного объекта зависит от того, требуется ли исследовать несколько взаимосвязанных коммунальных процессов, подачу холодной или технической воды либо удаление и очистку сточных вод.
- Комплексы коммунальной инфраструктуры — обследование объектов, объединяющих несколько технологических подсистем с различными границами учёта и эксплуатации.
- Системы холодного и технического водоснабжения — оценка энергетических потоков, связанных с подъёмом, перекачкой и подачей воды.
- Системы водоотведения — обследование энергетических нагрузок удаления и технологической обработки сточных вод.
Если объект объединяет водоснабжение и водоотведение, необходимо сначала установить общую структуру энергетического баланса. Если технический вопрос уже относится к конкретному процессу, дальнейшее обследование следует сосредоточить на соответствующей системе.
Результат определения границ обследования
Результатом становится энергетическая схема коммунального объекта, в которой разграничены расходы на подъём и подачу воды, её обработку, водоотведение и вспомогательные процессы.
Такая схема позволяет определить, для каких участков необходимо сопоставлять электрическую энергию с объёмом воды и фактическим напором, а где требуются технологические показатели обработки стоков и контроля качества.
Для заказчика результат служит основой выбора точек измерения и предметного обследования конкретных звеньев инфраструктуры. Он помогает отличить увеличение расхода вследствие полезного водопотребления от возможного влияния сетевых потерь, а изменение нагрузки очистных сооружений — от предполагаемой неисправности оборудования.
При этом энергетическая схема не подтверждает фактическую величину потерь без измерений. Для насосной станции нельзя делать количественный вывод по одной электрической мощности, не учитывая объёмы подачи и напор. Для сооружений водоотведения требуется учитывать технологические условия и качество обработки стоков.
Энергетическое обследование коммунальной инфраструктуры позволяет перейти от общего электропотребления предприятия к определению ресурсной эффективности отдельных процессов с сохранением требований непрерывности водоснабжения и необходимых режимов водоотведения.
Общий перечень объектов представлен в разделе «Что обследуем». Комплексная проверка относится к услуге «Энергоаудит инженерных систем». Для оценки электрической нагрузки предусмотрена задача «Снижение потребления электроэнергии». Причины изменения насосного электропотребления дополнительно рассмотрены в материале «Перерасход электроэнергии насосной системой: основные причины».