城市多源式供水管网调度节能的主要途径 6页

'城市多源式供水管网调度节能的主要途径供水调度实质上是城市自来水生产企业生产量控制、供水量分配的中心，是保障供水的重要指挥环节之一，供水调度的目的是：通过调整运行方案，在充分满足市场对水量、水压、水质要求的前提下，尽可能使运行成本达到最优。因此优化调度直接影响供水效果和企业的经济评价。供水调度的范围主要有水厂生产系统、供配水系统和区域加压站三个重要环节，单水源的城市供水系统相对简单，供水调度的范围和限定条件较少，实际优化运行的方法也相对简化，但对多水源情况，系统较为复杂，调度优化边界条件较多且较复杂。多水源的城市供水调度系统，由于供水的不断发展、供水范围逐步扩大、管网复杂及供水格局的不断调整等因素的影响，使管网数据模型不断变化，新的问题不断出现，调度监控和决策系统需不断地更新变化，因此现阶段要实现实时优化调度，在实际操作上尚存在一定的技术难度。本文以广州市自来水公司为例，结合近年来公司在调度节能工作取得的成绩和经验，重点介绍要实现调度运行节能的主要途径。1优化管网平均压力目前，国内各水司均设置管网监测点，依靠监控点的实时压力，调节水厂的供水量，管网压力的大小代表水的势能的大小，其能量归根到底来源于水厂的动力输出，压力的大小与水厂输出 动力成正比，因此管网平均压力的合理控制是管网节能降耗的重要措施之一。优化管网压力实际上就是在确保满足终端用户正常用水的最低压力（0.14MPa）的前提下，使管网监测点平均压力最低，最大程度减少管网富余水头，从而减少能源的浪费。在多源式供水系统和树状供水管网中，用户用水需求的变化和各供水源的水量分配的变化，使管网水头损失也随之变化，往往管网测压点的实际压力并不能达到最优，这是复杂的系统优化工程，要依靠调度决策系统进一步发展和完善才能真正实现最优化。监测点最佳压力的取得需要实际测算和多次进行试验才能得到。近年来，公司调度室通过阀门调节、供水格局调整和管网改造工程等手段实现合理降低管网压力，5年内管网平均压力下降了0.08MPa，供水电耗下降了12.06kWh/dam3，按年平均供水量13.4亿m3计算，5年共节约用电1616万kWh1降低供水动力成本约1300万元。收到良好的节能效果和经济效益，在公司节能降耗工作中发挥了巨大作用（见表1）。表12004〜2009年管网平均压力与供水电耗对比表项目日期2004年2005年2006年2007年2008年2009年管网平均压力（MPa）0.5120.4910.4730.4560.4450.432供水电耗（kWh/dam3）305.68305.15304.55298.34295.10293.62电耗递减 （kWh/dam3）/0.530.606.213.241.482优化调配各水厂的供水量我公司6间水厂均分布于城市的边缘，东部西洲和新塘水厂，设计供水能力分别为40万m3/d和70万m3/d;南部南洲水厂，设计供水能力为100万m3/d;西北部有三间水厂，西村、石门、江村水厂，设计供水能力分别为100万m3/d、80万m3/d和44万m3/d;由于水厂水源不同和建设的时间不同，水处理工艺不尽相同，其运行电耗和物耗也不尽相同，因此，合理调配各厂的供水量，对节能降耗和节约生产成本非常重要。优化调配各厂的供水量实际上是在保证管网控制压力在最佳范围内，在供水总量保持与需求一致的情况下，让电耗低或成本低的水厂多供水，要达到这个目标首先要掌握公司供水总量与管网供水压力的关系和各水厂供水总量与供水成本之间的关系，从上述的关系中求出平衡点，即最低成本点的供水量组合。2013年调度室按此方案指导水厂运行，取得了较好的经济效益，电耗比预期下降了9kWh/dam3成本下降了32元/dam3。年节约成本1120万元。图1图23合理建设加压站进行高位区域供水由于城市的地势的不同，要满足高位地区的供水，则必须提 高水厂的出厂水压力才能实现，而提高出厂水压力必然造成水厂的能耗的上升。根据泵站电耗和扬程的关系公式：E耗=£电偿供=丫HQt/102Q供t］站=1000502X3600Tl站 =272.33H/“站（kWh/dam3E电一泵站所消耗的电量（kWDE耗一千吨水的耗电量（kWh/dam3丫一水的容重（kg/m3）,Y=1000kg/m3h—泵站的7^扬程（m）Q-泵站总流量（m3/s）T一泵站运行的小时数（h）“站一泵站综合效率（%%从公式中可以知道，供水电耗与扬程成正比，与泵站效率成反比例，扬程越高，即出水压力越高，电耗越高。反之，电耗越低。因此提高水厂出厂水压力来满足地势高区域用户的用水需求就非常不经济了。合理设置加压站是改善这种情况的有效途径。虽然加压站在运行时有30%左右的能量为泵组损失掉，但由于区域水量较小，比起大面积提升管网压力要经济得多。公司近年先后建设了28个加压站，平均出水压力为0.25MPa,这些加压站用电折合公司电耗约为25kWh/dam3假设该压力是刚好满足高位用户的最低用水需求的压力的话，如取消 这些加压站，而由水厂直接加压，那么水厂的出厂水压力将提升0.25MPa,根据上述公式计算，公司电耗将提升94.55kWh/dam372%计），是现加压站用电的3.78倍，因此，合理设置加压站节能效果是非常显著的。合理设置加压站的意义还远非如此，在取得较好的经济效益和社会效益的同时，大大降低了管网的平均压力，减少爆管的几率，使管网运行更加安全，为保障供水创造了有力的条件。2加压站的优化运行在广州市28个加压站中，大部分加压站设有抽库泵组和直抽泵组，合理利用这些泵组降低能耗也是调度优化的重要内容之一，降低加压站能耗的主要方法有：2.1合理调配直抽和抽库泵组直抽泵组选择在日供水低峰期使用，抽库泵组在日供水高峰期使用，利用加压站水库的调蓄能力，将库水补充到管网中，有力于供水错峰，更大程度地减少因水量峰值过大造成的管网的水头损失，减少水厂的出水量和出厂水压力，实现能源节约。2.2合理使用变频器为了适应用户的用水需求和管网压力的变化，大部分加压站配备变频调速装置，在用水高峰，由于供水量需求较大，此时变频器加大频率或使泵组全速运行，在供水低峰期，需水量减少，此时变频器降频运行，通过变频器的自动调节，实现减少管道富余水头和提高泵组运行效率的双重目的。 2管网供水格局的调整与优化随着城市建设的日新月异，供水事业也随之迅猛发展，新的用水用户不断增加，供水范围不断扩大，使供水量逐年平均以1.65%递增为使管网适应新的水量变化，要求城市供水管网要与时俱进，不断更新和改造以及合理调整供水格局。为适应广州市白云区江高镇缺水区域的供水，公司在石井大道安装一条DN80皓，接通原江高镇DN60皓，使石门水厂水能够通过该管向江高镇供水，从而使江村一厂减少向江高镇的水量，增加向花都雅瑶的供水能力，该项目实施后，石门水厂供水至江高镇每日约增加3.3万m3，出厂水压力降低了0.02MPa，在供水量增加的情况下，其供水电耗由原来的206.13kWh/dam3下降到198.01kWh/dam3，年节约电量约244万kWh，年节约成本约200万元，该管网改造工程的实施，取得了较好的经济效益。综上所述，通过对管网供水格局的调整与优化，可实现经济效益和社会效益的双赢。多源式供水系统的调度节能优化，是一个复杂的系统工程，要用系统分析的方法来解决，随着信息科学和控制技术的不断发展及调度智能决策分析系统的不断完善，通过建立和开发供水系统高效低耗的优化调度运行管理模式，用于指导生产，才能真正实现多源式供水系统的优化，达到促进公司供水系统安全运行和增效降耗的目的。'