Энергоэффективность городских сетей водоснабжения и водоотведения

Наиболее энергоёмкими объектами канализационных сетей являются насосные и воздуходувные установки. По некоторым оценкам, на перекачку сточных вод в России ежегодно расходуется 60÷70 млрд. кВт^.ч электроэнергии. Однако энергетическая эффективность насосных и воздуходувных установок определяется не только состоянием их оборудования, но в значительной мере зависит от структуры, состояния и режимов работы смежных технологических сооружений: систем водоотведения, канализационных очистных сооружений [1-3].

Основная доля энергетических затрат предприятий канализационного хозяйства приходится на технологические нужды. С увеличением производительности насосных станций возрастает доля энергии, расходуемой на перекачку стоков, то есть на основные технологические нужды (табл. 1). Одновременно снижается доля энергии, расходуемой на отопление, вентиляцию, освещение, на работу вспомогательных механизмов.

При проведении энергетического обследования наибольшее внимание следует уделять анализу работы основных агрегатов, пере- качивающих стоки. Главная задача - обеспечить экономичные режимы работы основных насосных агрегатов.

Таблица 1. Распределение энергетических затрат насосных станций в % от общего энергопотребления

Энергетические затраты	Производительность насосных станций, млн. м 3/год
	до 50	50÷100	100÷15	150÷200
Перекачка стоков	50÷85	85÷94	94÷95	95÷96
Отопление	25÷6	6÷3	3÷2	2÷1
Вспомогательные механизмы и системы	8÷5	5÷3	3÷2	2÷1
Вентиляция	6÷3	3÷2	2÷1,5	1,5÷1
Освещение	5÷3	3÷2	2÷1,5	1,5÷1
Оперативные цели,   релейная защита	1÷0,5	0,5÷0,3	0,3÷0,2	0,2÷0,1

Экономичная работа насосных агрегатов обеспечивается, главным образом, соответствием режимов работы насосных агрегатов и системы трубопроводов, по которым сточные воды перекачиваются на очистные сооружения.

В ходе энергетического обследования канализационных насосных станций должны быть рассмотрены совместные режимы работы насосных установок и трубопроводной системы водоотведения.

Для насосных установок необходимо учитывать наличие резервуаров. Достаточное количество резервуаров соответствующего объема, правильно расположенных с учетом рельефа местности, обеспечивает более равномерный и экономичный режим работы насосных установок.

При определении норм расходования энергии на перекачку следует обязательно учитывать рельеф местности. Всегда удельный расход энергии (кВт.ч/м3) насосной установки, подающей воду на высокие отметки, при прочих равных условиях, будет выше, чем установки, подающей воду на низкие геодезические отметки.

Значительно влияет на энергопотребление насосных установок состояние трубопроводов. В настоящее время примерно 50% всей воды подается с коррозионными отложениями, которые уменьшают живое сечение труб до 20% и увеличивают гидравлическое сопротивление труб в 2÷3 раза. Износ труб может быть выявлен сопоставлением расчетных значений характеристик водоводов с результатами эксплуатационных наблюдений и испытаний наиболее важных и ответственных участков [1-3].

Аналогичный подход должен иметь место при энергетическом обследовании очистных канализационных сооружений. Наиболее крупными потребителями энергии на канализационных очистных сооружениях являются воздуходувные агрегаты. Количество воздуходувных агрегатов на крупных станциях аэрации достигает 10÷12 единиц. Экономичность их работы обеспечивается, прежде всего, эффективной системой аэрации сточной жидкости, т.е. правильным выбором аэраторов и качеством воздуховодов. Энергетическое обследование предприятий канализационного хозяйства должно включать в себя достаточно глубокое изучение основных технологических процессов очистки и транспорта воды.

Современная система канализации г. Калининграда в значительной степени предопределена наличием разветвленной существующей сети в кварталах, прилегающих к реке Преголя, где построена как общесплавная. При позднейшей застройке города новые районы были канализованы по раздельной схеме. Таким образом, в городе принята смешанная система канализации.

Общая водосборная площадь канализационной системы составляет 7200 га. Примерно 5% городской территории не обслуживается канализационной системой, что в пересчете на население составляет 20 тыс. человек [1].

Сточные воды г. Калининграда собираются тридцатью коллекторами и сетью притоков к ним и отводятся на очистные сооружения: в пределах города - главным коллектором, за пределами - самотечным отводным коллектором Основная часть коллекторов работает по раздельной системе, а затем переходит па общесплавной режим работы. Главный коллектор также является общесплавным. В системе канализации имеется акведук, несколько дюкеров и 2 песколовки на главном коллекторе.

К настоящему времени протяженность сетей общесплавной канализации составляет 40% от раздельной [1].

В пределах города сточные воды частично поступают в главный коллектор самотеком, частично перекачиваются в него насосными станциями. Всего на сети канализации 14 насосных станций подкачки, плюс 1 станция техобслуживания на общесплавной сети. Дождевые стоки через ливнестоки сбрасываются в реку Преголя. Городские сточные воды отводятся на очистные сооружения механической очистки. Сооружения после войны были восстановлены. Общегородские стоки расходом порядка 160,0-180,0 тыс. м3 в сутки транспортируются главным коллектором на очистные сооружения. Пройдя через очистные сооружения и по обводному каналу, сточные воды отводятся в Приморскую бухту Калининградского залива.

Бытовые сточные воды от жилых кварталов и промышленных предприятий собираются главным коллектором, расположенным вдоль реки Преголя и отводятся на очистные сооружения механической очистки, расположенные в 1 км от города.

Протяженность канализационных сетей города составляет более 500 км [1].

Степень износа канализации составляет 80%. Многие закрытые коллекторы превратились в открытые сточные канавы, т.к. объем стоков в 2-2,5 раза больше пропускной способности [1].

Важнейшим показателем при оценке эффективности работы сетей водоотведения является потребление электроэнергии. Различными рекомендациями [2,3] предусмотрены два взаимодополняющих метода определения потребности в электрической энергии. Первый метод - расчетный - основан на подробных технических расчетах. Второй метод - нормативный - основан на удельных нормах расхода электрической энергии.

Расчет годовой потребности в электрической энергии (кВтч/год) каждым насосным агрегатом производится путем суммирования расходов электрической энергии на каждом режиме работы.

Коэффициент полезного действия оборудования принимается по паспортным данным. Если имеются фактически замеренные характеристики агрегатов, то расчет может проводиться с их использованием.

При вводе в действие новой насосной станции величины производительности насоса и полного напора рекомендуется принимать по проекту исходя из трех режимов работы с максимальной, средней и минимальной подачей.

При определении потребности в электрической энергии на действующих насосных станциях на основе анализа данных журналов эксплуатации устанавливаются несколько режимов работы насосов и соответствующее время их работы. Для насосных станций первого подъема и станций по перекачке сточных вод выделяются 2 - 3 режима в течение года, а для насосных станций второго и последующих подъемов - несколько режимов в зависимости от неравномерности подачи каждого агрегата. Для получения представительной выборки данных рекомендуется использовать журналы эксплуатации насосных станций с записями ежечасной подачи и напора воды за 24 сут. (например, за 1-е и 15-е числа каждого месяца года), для насосных станций первого подъема - за 12 сут.

При расчете суммарного расхода электрической энергии насосными агрегатами каждой насосной станции должны соблюдаться условия равенства общей годовой подачи воды насосной станции и суммарной подачи всех агрегатов за год. Общая расчетная подача насосных станций второго подъема (а также насосных станций первого подъема, работающих непосредственно в сеть) должна равняться расчетной годовой подаче в сеть.

Расход электрической энергии на перекачку и очистку воды (сточных вод) нормативным методом определяется путем суммирования расходов электрической энергии, потребляемой всеми насосными станциями (насосными станциями перекачки сточных вод) и очистными сооружениями водоснабжения (водоотведения) организации коммунального комплекса.

В расчетах учитываются удельный и годовой расход электрической энергии (табл. 2,3).

Документы [4 – 7] регламентируют систему мер государственного регулирова-ния энергосбережения и энергоэффективности. В частности, в приказе [7] установлено требование по снижению удельного потребления воды в жилых зданиях по отношению к среднему фактическому потреблению на 01.01.2008 г.320 дм3/чел. сут. поэтапно до 45% к 2020 г., то есть до 175 дм3/чел. сут. В том числе горячей воды с 150 дм3/чел. сут. до 80-85 дм3/чел. сут.

Современное законодательство распространяется на системы водоснабжения и неразрывно связанные с ними системы водоотведения, которые являются коммунальными системами массового обслуживания со значительным ресурсо- энергопотреблением [4-9].

Таблица 2 – Удельный расход электрической энергии на перекачку воды (сточных вод)

Полный на пор, м	Удельный   расход   электрической энергии, кВт ч /1000 м 3
	Насосные станции водоснабжения	Насосные станции водоотведения
10	39	44
20	76	83
30	113	124
40	150	167
50	187	211
60	224	257
70	260	304
80	297	353
90	334	404
100	370	-
120	444	-
140	516	-
160	589	-
180	662	-
200	734	-
300	1094	-