城鎮(zhèn)供水優(yōu)化運行之供水節(jié)能系統(tǒng)簡介
城鎮(zhèn)供水優(yōu)化運行之供水節(jié)能系統(tǒng)簡介
一、 供水節(jié)能系統(tǒng)概述
目前，我國很多城鎮(zhèn)供水企業(yè)出現(xiàn)了用水量下降，市場需求回縮，致使供水企業(yè)經(jīng)濟效益下滑甚至面臨經(jīng)營虧損的嚴峻現(xiàn)實。因此，通過降低供水成本來增加生產(chǎn)效益，成為許多經(jīng)營者更加關(guān)注的課題。
在供水成本中，電費占最大比例。而且許多水廠節(jié)能降耗的潛力很大。特別是目前由于用水結(jié)構(gòu)變化，工業(yè)用水量大幅下降，使供水負荷“時變化系數(shù)”和“日變化系數(shù)”增大，用水高峰、低谷相差明顯。傳統(tǒng)的“水泵臺數(shù)”調(diào)度和“出水閥門開度控制”方式，無法及時跟蹤用水量的變化，準確合理地調(diào)節(jié)供水壓力和流量從而產(chǎn)生管網(wǎng)超壓、漏損加大、故障率上升、水泵效率降低、運行工礦不良等一系列問題。因而水泵調(diào)速運行的必要性、經(jīng)濟性愈發(fā)突出。但是，由于供水系統(tǒng)優(yōu)化運行是一項復雜的系統(tǒng)工程，決非購置、安裝一、二臺變頻調(diào)速設(shè)備就可實現(xiàn)，當很多疑問擺在決策者面前時，例如：“為什么節(jié)了電？”“節(jié)電多少？”“安全供水保障如何？”“管網(wǎng)服務(wù)壓力合格率如何？”“什么是優(yōu)化？”“要求提供什么資料、數(shù)據(jù)才能優(yōu)化？當前有沒有條件提供出這些設(shè)計依據(jù)？”等等，常常會令人感到困惑而無從下手。
供水節(jié)能系統(tǒng)是集系統(tǒng)分析、建立數(shù)學模型和系統(tǒng)硬件、軟件構(gòu)筑的一整套技術(shù)和方法。它依據(jù)用戶的實際條件做出“優(yōu)化定義”確定模型結(jié)構(gòu)，選定參數(shù)建立起實用的模型。（不苛求用戶提供大量的、微觀的現(xiàn)狀和歷史數(shù)據(jù)，無需投入大量建模成本。）并通過仿真進行系統(tǒng)工況分析節(jié)能預測和投資回報率分析，確定“是否值得上馬？”讓用戶有把握的、經(jīng)濟合理的投資。
三、 供水節(jié)能系統(tǒng)工作原理：
1. 應(yīng)用系統(tǒng)工程的理論和方法、對供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運行工況、調(diào)度經(jīng)驗和系統(tǒng)的約束條件等信息、數(shù)據(jù)進行分析、建立優(yōu)化控制（或調(diào)度）的數(shù)學模型。
2. 采集供水系統(tǒng)運行的實時數(shù)據(jù)并將這些隨用水量變化而相應(yīng)變化的動態(tài)參數(shù)交由數(shù)學模型演算，求出在該給定環(huán)境下的控制目標值。（目標壓力、流量或水泵轉(zhuǎn)數(shù)等）通過自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速、變化送水壓力和流量，使系統(tǒng)達到動態(tài)平衡，從而最大限度地降低管網(wǎng)剩余水頭，降低管路的水頭損失，從而取得最佳節(jié)能效果。
3. 通過供水安全保障程序和應(yīng)急處理程序，防范可能產(chǎn)生的水泵、管網(wǎng)、電氣、儀表、監(jiān)控系統(tǒng)等各類故障。一旦發(fā)生事故，則自動執(zhí)行應(yīng)急對策，從而大大提高了供水安全可靠性。
4. 采用模糊控制、分段控制等控制方式的復合，形成適合供水系統(tǒng)自身特性的控制方式，提高控制品質(zhì)，使變頻調(diào)速過程穩(wěn)定、無振蕩、避免了水泵及管路的喘振、水錘、水泵真空跌落、管路沖刷等不良現(xiàn)象，使供水系統(tǒng)安全、平穩(wěn)地運行。
四、 供水節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)特點
1. 實用性的數(shù)學模型。在保障供水安全和滿足用水需求前提下實現(xiàn)節(jié)能，才是真正的節(jié)能。
2. 全自動化運行，追隨用水量的變化連續(xù)地自動調(diào)節(jié)水泵、管網(wǎng)工況，使之最佳。可最大化的節(jié)能。
3. 智能化的控制，保證了自動調(diào)速過程平穩(wěn)，無振蕩。無超調(diào)、無水錘、無喘振、無水泵真空跌落和氣蝕，無管網(wǎng)超壓、無水泵電機超負荷、啟動電流沖擊及切斷電弧等現(xiàn)象發(fā)生。清除了供水系統(tǒng)運行中的很多安全隱患。
4. 高可靠性的硬件和軟件，實時的安全防范、保護和應(yīng)急處理功能確保安全第一、連續(xù)供水不間斷。
5. 人機界面人性化設(shè)計，操作簡單、視察清晰、維護便捷。
6. 系統(tǒng)適應(yīng)性、擴展性強、具備在應(yīng)用中不斷完善、改進、發(fā)展的空間，以適應(yīng)供水系統(tǒng)自身的發(fā)展和變化。
7. 具有常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，以及輸出日報、月報和故障記錄，參數(shù)曲線圖、趨勢圖、流程圖等功能實現(xiàn)泵站運行管理自動化。
8. 現(xiàn)場工事簡單、改造工程施工期很短并可基本不影響水廠供水。
9. 變頻調(diào)速泵和定速泵在合理的臺數(shù)搭配下并聯(lián)運行，因而可以降低系統(tǒng)價格，獲取最好的性能價格比和投資效益比。
五、 供水節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用實例
1、某水廠 供水量：5～6萬立方米/日
高峰水量：3100立方米/小時
低峰水量：1200立方米/小時
改造前工作水泵：300S-58 三臺并聯(lián)運行
供水電耗：290KW. H/千立方米
2、 改造工程：在三臺定速泵中將180KW水泵2臺改為變頻調(diào)速泵，應(yīng)用MGD優(yōu)化模型進行自動控制。
3、綜合效益
（1） 改造后電耗 230KW。H/千立方米，節(jié)電率21%，每年節(jié)電120萬千瓦時，節(jié)省電費60余萬元，運行7個月收回投資。
（2） 設(shè)備連續(xù)安全運轉(zhuǎn)無故障。
（3） 無管網(wǎng)超壓，管網(wǎng)故障率及漏失率明顯下降。
（4） 水泵、閥門、電器維修量大幅下降。
（5） 泵站自動化，減少了人工開停泵、勒閘，巡視等操作，受到泵站值班人員的歡迎。
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