Системы коммунального водоснабжения и водоотведения являются крупными потребителями электроэнергии, а удельный расход электроэнергии этими предприятиями на нужды жилищно-коммунального хозяйства в расчете на одного жителя составляет в среднем 0,3—0,4 кВт-ч/сут.

Основными потребителями электроэнергии в системах коммунального водоснабжения и водоотведения являются:

- насосные станции I подъема, обеспечивающие забор воды из источника (поверхностного или подземного) и транс­портирование ее к водоочистной станции или сборным резервуарам;

предприятия по очистке и обеззараживанию воды питьевого качества,

- насосные станции II подъема, передающие воду от резервуаров чистой воды в водопроводную сеть населенного пункта;

- насосные станции III и последующих подъемов, в том числе станции подкачки, непосредственно у потребителей, создающие требуемые напоры воды;

- насосные станции по перекачке сточных вод, устраиваемые в тех случаях, когда нет возможности транспортировать их самотеком до очистной станции и далее до водоема;

- предприятия по очистке сточных вод и обработке осадков,

- административные здания, мастерские и другие вспомогательные службы.

Состав сооружений и величина потребления электроэнергии в большой степени зависят от местных условий: (качества воды, местоположения водоисточников, рельефа местности и т. д.), поэтому удельный расход электроэнергии на 1 м3 поданной и отводимой воды изменяется в широких пределах. В среднем удельный расход электроэнергии в коммунальных водопроводах (без учета станций подкачки в зданиях, относящихся к системам внутреннего водоснабжения) составляет 0,65 кВт-ч на 1 м3 поданной воды, причем примерно 80 % электроэнергии расходуется насосными станциями. В системах коммунального водоотведения расходуется в среднем 0,2 кВт-ч на 1 м3 сточных вод. но при использовании метода биологической очистки сточных вод этот расход увеличивается до 0,35 кВт-ч/м8 в крупных и до 1 кВт-ч/м3 в мелких системах.

На оплату электроэнергии приходится примерно 25% всех эксплуатационных расходов в системах водоснабжения и 15% в системах водоотведения. С повышением этажности зданий, удалением источников водоснабжения с от жилых массивов, понижением уровня подземных вод, и с усложнением методов очистки питьевых и сточных вод удельный расход электроэнергии увеличивается.

Выявление и использование ресурсов снижения максимальной мощности и общего расхода электроэнергии приобретают все большее значение так же и потому, что системы коммунального водоснабжения и водоотведения развиваются высокими темпами (ежегодный прирост производительности 4—5 %). Наибольшего эффекта можно добиться за счет сокращения расхода электроэнергии, потребляемой на привод насосных агрегатов. При этом основная задача заключается не только в повышении их КПД, но и в сокращении всех видов потерь и нерационального расходования воды, выравнивании режимов ее подачи, снижении требуемых напоров на выходе из насосных станций и уменьшении избыточных напоров.

Эффективность различных мероприятий, обеспечивающих экономию электроэнергии, должна оцениваться на основе сопоставления общих затрат электроэнергии в системе (включая насосные станции подкачки) при условии бесперебойного обеспечения водой всех потребителей, т. е. при условии поддержания у них требуемых напоров воды.

Снижение потребления электроэнергии на насосных станциях

В системах коммунального водоснабжения в основном используются центробежные насосы, наибольший КПД которых достигает 0,9.

В каталогах и паспортах насосов приведены характе­ристики насосов в виде зависимостей Н=f1(Q), Р=f2(Q). При выборе насосов стремятся к тому, чтобы в расчетном режиме работы при расходе Q развиваемый напор H был равен требуемому напору, определяемому в результате гидравлического расчета системы подачи и распределения воды (ПРВ), а КПД был близок к максимальному значению для данного типа насоса.

Водопотребление характеризуется значительными коле­баниями причем с уменьшением подачи уменьшается и требуемый напор на выходе из насосных станций II и последующих подъемов. Поскольку у центробежных насосов напор и подача обратно пропорциональны, возникает избыточный напор. Он может наблюдаться и в часы максимального водопотребления, если установленные насосы неправильно подобраны (например, рассчитаны на работу при больших расходах воды). Избыточные напоры на выходе из насосной станции являются основным источником потерь энергии. Для ликвидации избыточных напоров обычно прибегают к дросселированию с помощью задвижек на напорном трубопроводе. Это позволяет снизить давление в сети до требуемых значений, но не приводит к устранению перерасхода электроэнергии.

Для уменьшения расхода электроэнергии за счет сокращения величины избыточных напоров применяют следующие способы:

замену насосного оборудования, в том числе использование нескольких однотипных или разнотипных насосов;

- обточку рабочих колес насосов;

- регулирование числа оборотов насоса.

В системах коммунального водоотведения для перекач­ки сточных вод и осадков используются главным образом центробежные фекальные насосы. Их КПД на 10—15 % ниже, чем у насосов для чистой воды. Жидкость перекачи­вается на постоянную высоту, и режим работы насосов определяется уровнем воды в приемном резервуаре станции. При ручном управлении из-за несвоевременного выключения насосных агрегатов возможен перерасход электроэнергии, поэтому насосные станции по перекачке сточных вод, как правило, оборудуют системами автоматического включения и выключения насосных агрегатов.

В системах водоотведения часто возникает необходимость подъема сточных вод на высоту'3—5'м. Центробежные фекальные насосы, выпускаемые промышленностью, предназначены для работы при напорах не менее 8м, а при подаче более 1000 м/ч — не менее 18 м.

При перекачке жидкости на небольшую высоту целесообразно применять шнековые насосы [З]. Их КПД не на­много ниже, чем у фекальных центробежных насосов но при использовании шнековых насосов развиваемый напор равен геометрической высоте подъема, в то время как напор, развиваемый центробежными насосами, должен быть больше на величину потерь во всасывающих и напорных трубопроводах, и на разницу м. максимальным и минимальным уровнями жидкости в приемном резервуаре. Дополнительная экономия электроэнергии и снижение установленной мощности достигаются за счет того, что при работе шнековых насосов не требуется устанавливать оборудование для извлечения, транспортирования и дроб­ления предметов, содержащихся в сточной жидкости.

Затраты энергии при использовании шнековых насосов сокращаются в 1,5—4 раза (последняя цифра относится к случаю, когда отсутствуют низконапорные центробежные насосы соответствующей подачи).

На комплексах сооружений по очистке питьевых и сточных вод и обработке осадков применяют ту же технологию (отстаивание, фильтрацию, флотацию, сгущение суспензий, аэрирование воды и т. п.), что и на предприятиях химической промышленности [1, 11]

Вода проходит очистные сооружения самотеком и поступает в резервуары чистой воды (очищенные сточные воды—в водоем).

Основные энергетические затраты при очистке воды заключаются в необходимости ее транспортирования насосными станциями I подъема (в системах водоотведения — главными канализационными насосными станциями) к очистным сооружениям. Для снижения расхода электроэнергии при проектировании очистных сооружений стремятся к уменьшению высоты подъема воды (например, за счет использования фильтров с небольшими предельными потерями напора).

Очистные сооружения по подготовке питьевой воды должны работать по возможности равномерно в течение суток. Режим подачи воды от насосной станции I подъема должен устанавливаться чтобы резервуары чистой воды были полностью заполнены к очередному ро­сту водопотребления (6—7 ч утра).

Обеззараживание воды в большинстве случаев производится с использованием хлора или хлорной извести. В по­следние годы в нашей стране и за рубежом начинают использоваться другие методы обеззараживания, имеющие ряд преимуществ, но требующие затрат электроэнергии. Эффективно обеззараживание воды в электролизных установках. Расход электроэнергии в них зависит от качества воды и составляет 8—20 кВт-ч на 1000 м3 воды. В настоящее время за счет применения новых электродных материалов появляется принцип. возможность снизить удельные затраты электроэнергии в 1,5—2 раза.

Озонаторные установки, предназначенные не только для обеззараживания, но и для улучшения органолептических качеств воды, имеют удельный расход электроэнергии—25 кВт-ч на 1000 м3 воды.

Основными потребителями электроэнергии на станциях по очистке сточных вод являются турбовоздуходувки, подающие воздух к аэротенкам. Биологическая очистка в этих сооружениях происходит за счет потребления кислорода. Удельный расход электроэнергии на подачу воздуха в большой степени зависит от качества очищаемой жидкости и в среднем составляет 50—100 кВт-ч на 1000 м3.

Экономия электроэнергии за счет выключения турбовоздуходувных агрегатов возможна, так как расход сточных вод и количество содержащихся в них загрязнений изменяются по сезонам года и в течение суток. но такая принцип. возможность должна быть подтверждена лабораторными анализами по определению количества растворенного кислорода в сточной жидкости, находящейся в аэротенках.

На очистных станциях установлено большое число электродвигателей для привода насосных агрегатов по перекачке реагентов, осадков и ила; барабанных сеток, мешалок, скрипковых механизмов, транспортеров; оборудования для обезвоживания осадков и т.д.

На некоторых предприятиях коммунального водоснабжения и водоотведения имеются возможности не только экономить, но и получать электроэнергию. Так, на множественных водохранилищах построены гидроэлектростанции. На станциях очистки сточных вод при сбраживании осадков образуется большое количество метана, который иногда не находит применения. За рубежом существуют установки по его использованию в газовых турбинах для непосредственного привода воздуходувок или выработки электроэнергии с помощью электрогенераторов.

Одним из важных средств, способствующих экономичности электроэнергии, является установление обоснованных норм удельного расхода. В настоящее время существуют два вида норм: Ауд (кВт-ч на 1 м3 воды) и Ауд (кВт-ч на 1000 т-м). Второй тип норм целесообразно устанавливать для артезианских насосов, насосных станций I подъема и для тех насосных станций последующих подъемов, которые должны подавать воду по установленному графику давлений на выходе из станции. Величина Ауд для насосных агрегатов зависит от их КПД:

нормирование удельных норм расхода электроэнергии ориентирует персонал насосных станций на совершенствование их эксплуатации. При этом показатели работы не ухудшаются в случае понижения уровня подземных вод, нет необходимости увеличить напор в сети в связи с повышением этажности зданий, присоединением новых потребителей и т.д. Для предприятий систем коммунального водоснабжения и водоотведения в качестве основного показателя следует принять удельный расход электроэнергии Ауд.

При проведении мероприятий, обеспечивающих снижение потерь воды у потребителей, достигается значительная экономия электроэнергии, но фактический удельный расход может не измениться. В связи с этим эффективность таких мероприятий должна оцениваться на основании сравнения общего расхода электроэнергии в системе до и после их проведения, с учетом присоединения новых потребителей, изменения уровня подземных вод, гидравлического сопротивления водоводов и т. п.

Источник: http://www.is.svitonline.com