ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Titl_S20

*Гипп Т.Р., **Тихонова И.А., Тазалова Н.Н.,

*  -Институт местного развития, Киев, Украина

**-Национальный университет Львовская Политехника, Львов, Украина.

ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетие финансовое и техническое состояния большинства коммунальных предприятий Украины постоянно ухудшается. Это приводит к снижению качества предоставляемых услуг в сфере водоснабжения и водоотведения (далее – ВВ), что, в свою очередь, неизбежно ухудшает качество жизни и здоровье населения.

Составной частью себестоимости услуг ВВ является стоимость электроэнергии, которая постоянно и быстро возрастает. Главная причина этого кроется в исторически сложившихся принципах проектирования систем ВВ. В 70-80-х годах прошлого столетия системы ВВ развивались очень интенсивно, а электроэнергия и рабочая сила были дешевыми. Одним из основных требований тех лет было снижение капитальных затрат и сроков строительства. Именно по этой причине при строительстве водопроводных сетей стали широко использовать тонкостенные стальные трубы без внутренней изоляции. Кроме того, транспортирование и распределение воды в сетях водоснабжения осуществляли с помощью мощных насосных установок. Таким образом, снижение капитальных затрат достигали за счет увеличения эксплуатационных расходов, которые, тем не менее, были незначительными из-за дешевизны электроэнергии и рабочей силы (1).

В современных условиях стоимость электроэнергии занимает значительную часть в себестоимости продукции вообще, а в себестоимости подачи воды -самую большую часть. Это обстоятельство привело к необходимости на государственном уровне принимать решения по энергосбережению. В феврале 1994 г. был утвержден закон Украины “Про энергосбережение”, а в марте 2006 г. принята “Энергетическая стратегия Украины до 2030 г.” Поскольку коммунальные предприятия Украины являются крупными потребителями энергоресурсов, назрела настоятельная необходимость разработать для них план конкретных мероприятий по энергосбережению. Необходимо было создать и реализовать демонстрационные проекты по улучшению работы систем распределения воды, обобщить и проанализировать результаты выполнения этих проектов, выбрать мероприятия, приносящие наибольшую экономию энергоресурсов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Представленная работа выполнена в рамках Программ, финансируемых Агенством международного развития (АМР) США (USAID). Цель этих программ – на основе анализа работы систем ВВ предложить и апробировать наиболее эффективный для конкретного населенного пункта энергосберегающий проект. В период с 1995 года до настоящего времени (2008 год) в таких Программах приняли участие 48 городов Украины с численностью населения от 30 до 800 тыс. человек. Для каждого из городов был предложен свой проект, направленный на оптимизацию работы системы водоснабжения, а значит, на уменьшение энергопотребления. Проекты разрабатывались таким образом, чтобы на их внедрение требовалось минимальное время, а экономический эффект был бы наибольшим. Целью предлагаемой работы была систематизация и обобщение данных, полученных при реализации энергосберегающих проектов для коммунальных предприятий, предоставляющих услуги ВВ (2).

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КОММУНАЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Неоправданно большое потребление электроэнергии при транспортировке водопроводной воды и сточных вод вызывают следующие причины:

  • потери воды в магистральных и распределительных водопроводных сетях;
  • потери воды во внутридомовых распределительных сетях;
  • транспортировка избыточных объемов воды вследствие указанных потерь;
  • использование несоответствующего, физически и морально устаревшего оборудования;
  • крайне недостаточное количество приборов для учета объемов потребленной населением воды;
  • низкая культура населения в отношении экономии воды.

Перечисленные причины высокого энергопотребления взаимосвязаны. Успешное разрешение каждой из указанных проблем способствует решению и остальных. Однако ключевой все же остается проблема потерь воды на всех этапах ее антропогенного круговорота (добывание природных вод, их очистка и транспортировка, использование населением, промышленностью и коммунально-бытовыми предприятиями, транспортировка сточных вод и их очистка). Потеря каждого кубометра воды оборачивается высоким энергопотреблением в системах ВВ. Понятно, что уменьшение потерь воды – самый доступный и самый эффективный метод энергосбережения в водопроводно-канализационном хозяйстве. Кроме того, снижение потерь воды позволяет существенно уменьшить ее добычу, что особенно актуально для Украины с ее ограниченными ресурсами пресных природных вод (3).

МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Поставленная цель могла быть достигнута осуществлением таких мероприятий:

  • составление водного баланса системы водоснабжения;
  • проведение энергоаудита на основных объектах системы водоснабжения.

Указанные мероприятия потребовали выполнения полевых исследований для определения расхода и напора воды, а также энергетических параметров (4). Для проведения полевых исследований были использованы следующие приборы:

Ультразвуковой расходомер с накладными датчиками PT878 производства фирмы GE Panametrics (США). Прибор позволяет измерять расход жидкости в трубах диаметром 50…2000 мм с толщиной стенки до 75 мм, изготовленных из различных материалов, в т.ч. из металлов и пластмасс. Точность измерений – 1.5…5% -зависит от скорости течения жидкости и диаметра трубы (увеличивается с возрастанием скорости и диаметра). Прибор сертифицирован в Украине и пригоден для коммерческих измерений. Результаты измерений сохраняются в памяти прибора в цифровом формате. Затем они при помощи специальной программы Pana-Log Viewer (version 1. 2. 6) конвертировались в электронные таблицы Excel и обрабатывались при помощи этой программы.

Цифровой регистратор давления Dickson Pressure Logger PR300 производства фирмы Dickson (США). Прибор использовался для регистрации давления в точках, где это было предусмотрено программой измерений и оказалось физически возможным. Результаты измерений давления в цифровом формате при помощи специальной программы DicksonWare (version 7.80) конвертировались в электронные таблицы Excel и обрабатывались при помощи указанной программы.

Электронный тестер (токовые клещи) для измерения напряжения и силы тока, сos φ.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Улучшение работы систем ВВ может быть достигнуто двумя путями: с относительно небольшим финансированием или же с привлечением дополнительных инвестиций.

Экономия электроэнергии с небольшим финансированием возможна такими путями: изменение режима работы насосных станций (использование существующих насосных агрегатов с более высоким КПД, частичная замена мощных электродвигателей менее мощными – на это тоже нужны деньги!); разделение потоков воды; плановая замена задвижек на сетях (2).

Если же предусматривается привлечение инвестиций в пределах возможностей коммунального предприятия и/или местного бюджета, то необходимо:

  • провести замену морально и физически изношенных насосных агрегатов на современные энергосберегающие;
  • при необходимости установить ПЧТ (преобразователи частоты терристорные);
  • организовать зоны оптимального давления в водопроводной сети;
  • осуществить выборочную замену наиболее аварийных участков водопровода.

Большинство разработанных и реализованных энергосберегающих проектов предусматривало осуществление таких мероприятий (5):

  • реконструкция водопроводных и канализационных насосных станций; замена насосного оборудования с учетом требований гидравлического режима; использование современного энергосберегающего насосного оборудования;
  • управление работой водопроводных и канализационных насосных станций путем изменения режимов работы насосных агрегатов;
  • ликвидация циркуляционных потоков на насосных станциях;
  • использование на водопроводных насосных станциях отечественных систем управления на базе ПЧТ;
  • оптимизация давления в системе водоснабжения;
  • бестраншейное восстановление трубопроводов;
  • профилактический ремонт внутридомовых систем в многоквартирном жилом фонде;
  • информационно-просветительская работа с населением.

За период 2005-2007 гг. в 20-ти городах Украины был выполнен двадцать один демонстрационный энергосберегающий проект по водоснабжению на сумму 732,6 тыс. грн., и двенадцать – по водоотведению на сумму 385,4 тыс. грн. Средняя стоимость одного выполненного проекта – примерно 34 тыс. грн., расходы на выполнение одного проекта – в пределах до 193,3 тыс. грн.

Реализация этих проектов обеспечила экономию электроэнергии:

  • в системах водоснабжения -129,5 тыс. кВгчас./месяц на сумму 45,6 тыс. грн1;
  • в системах водоотведения -197,3 тыс. кВгчас./месяц. на сумму 70,8 тыс. грн.2.

Суммарная годовая экономия электроэнергии оказалась равной 3955 тыс. кВгчас/год, что в стоимостном выражении составляет 1,5 млн. грн/год.

Каждая гривня инвестиций, вложенных в реконструкцию систем ВВ, обеспечивает 1,26 грн. экономии электроэнергии.

Наиболее экономически оправданным и эффективным методом уменьшения потерь воды оказалось снижение до оптимального давления в водопроводной сети на вводах в здания (6). Это позволило:

  • уменьшить нерациональное водопотребление;
  • уменьшить утечки воды во внутренних водопроводных сетях зданий;
  • снизить аварийность в распределительных сетях, а значит, и потери воды.

Полезным инструментом для анализа гидравлического режима существующих систем водоснабжения, а также для гидравлического моделирования систем, может служить компьютерная программа EPANET, разработанная Агенством США по охране окружающей среды (USEPA). Эта программа адаптирована для использования в Украине специалистами “Института Местного Развития” (ИМР) за счет финансирования АМР США (USAID). Программа EPANET распространяется бесплатно. В рамках выполнения демонстрационных энергосберегающих проектов проводили обучение специалистов предприятий водопроводно-канализационного хозяйства разных городов по применению программы EPANET. В некоторых городах специалисты ИМР оказывали помощь в выполнении гидравлического расчета водопроводной сети с использованием указанной программы (7).

Наиболее значительные результаты по улучшению работы системы водоснабжения ожидаются после завершения проекта “Модернизация системы муниципального водоснабжения г. Львова”, выполняемого за счет кредита Мирового Банка. Проект находится в стадии завершения.

Но уже сегодня можно говорить о значительном энергосбережении, которое позволило:

  • увеличить время подачи воды потребителям с 6 до 12 часов в сутки благодаря зонированию водопроводной сети города по давлению;
  • сократить потери воды в распределительной сети с 46% до 30% благодаря уменьшению давления с 0,4-0,6 МПа до 0,3-0,45 МПа;
  • поддерживать оптимальное давление в распределительной сети за счет установки регуляторов давления для исключения перетоков воды;
  • организовать оперативное получение информации о давлении в контрольных точках водопроводной сети, а также об аварийных ситуациях;
  • улучшить качество эксплуатации системы водоснабжения за счет оснащения аварийных бригад современными машинами и механизмами.

Стоимость электроэнергии в период внедрения упомянутых проектов составляла:

10,320-0,405 грн./кВтчас;

20,2500-0,4202 грн./кВтчас.

$    = 5,05 грн.

Изложенные выше разработки имели еще одно – обучающее -применение. Кафедра гидравлики и сантехники Национального университета “Львовская политехника”, сотрудничая с “Институтом местного самоуправления” и городским коммунальным предприятием “Львовводоканал”, готовит специалистов в области водоснабжения и водоотведения, способных действовать по принципу: “Проблему легче предупредить, чем разрешить”. Для этого проводится систематическая работа по внедрению в учебный процесс передовых разработок научно-исследовательских и проектных институтов. Установка современного энергосберегающего оборудования в учреждениях водопроводно-канализационного хозяйства требует хорошо подготовленных специалистов – бакалавров и магистров-, способных эксплуатировать такое оборудование. Поэтому в курсах “Сети и сооружения водоснабжения”, “Сети и сооружения водоотведения”, “Рациональное использование водных ресурсов”, “Проектирование водоснабжения и водоотведения малых объектов” и “Эксплуатация систем водоснабжения и водоотведения” в расширенном объеме рассматриваются вопросы энергосбережения.

Значительное внимание в учебном процессе уделяется также совершенствованию методов подготовки питьевой воды и технической воды для нужд различных отраслей промышленности, равно как и очистки бытовых и производственных сточных вод. Это, например, – применение новых реагентов для осветления и обезжелезивания воды; новых, экологически чистых, технологий обеззараживания воды; современных методов умягчения и стабилизационной обработки воды в техническом водоснабжении.

При подготовке специалистов используются программы компьютерного расчета и увязки водопроводных сетей. При обучении магистров и выполнении ими магистерских квалификационных работ исследуются такие проблемы:

  • увеличение пропускной способности водопроводной сети, в том числе противопожарной, в результате применения гидродинамически активные добавок;
  • безреагентные методы стабилизационной обработки воды для нужд промышленности;
  • энергосбережение при регулировании ливневого стока путем сооружения многосекционных резервуаров для аккумуляции атмосферных сточных вод.

ВЫВОДЫ

Обобщены данные внедрения в 20 городах Украины 33-х демонстрационных проектов, направленных на энергосбережение в системах водоснабжения и водоотведения. Проанализированы причины высокого энергопотребления в системах водоснабжения и водоотведения. Обоснованы пути решения проблемы уменьшения потерь воды в системах водоснабжения.

Описаны основные мероприятия, предусмотренные демонстрационными энергосберегающими проектами. Приведены промежуточные результаты внедрения демонстрационного энергосберегающего проекта “Модернизация системы муниципального водоснабжения г. Львова”, выполняемого за счет кредита Мирового Банка. Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности инвестирования в энергосберегающие проекты: 1 гривна инвестиций, вложенных в реконструкцию систем ВВ, обеспечивает экономию электроэнергии в среднем 1,26 грн.

Описано применение в учебном процессе на кафедре гидравлики и сантехники Национального университета “Львовская политехника” современных методов расчета и проектирования систем ВВ, в том числе и результатов, полученных при внедрении демонстрационных энергосберегающих проектов.

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Гипп ТР., Царинник О.Ю. (2004). Энергоаудит и водный баланс – основные инструменты уменьшения энергозатрат в системах водоснабжения Украины// Энергетическая политика Украины. – 2004.- № 9.- С. 84-89.
  2. Бурос О. К., Гипп Т.Р. и др. (1999). Улучшение работы насосных станций должно быть основной энергетической стратегией водоканалов Украины// Сб. докл. Меж-дунар. конгр. “ЭТЭВК”. – Ялта, 18-22 мая 1999 г – Харьков: Проспект, 1999. – С. 174-178.
  3. Бурос О.К., Хомко В.И. (2001). Уменьшение энергозатрат при эксплуатации систем водоснабжения Украины// Рынок инсталляций. – 2001.- № 12.- С. 14-15 и 2002.- № 1.-С. 14-15.
  4. Гипп Т.Р, Царинник О.Ю. (2004). Энергоаудит систем водоснабжения и водоотведения// Рынок инсталляций. – 2004.- №3.-С. 17-19.
  5. Карпина Э.Ю., Шарков М.В., Бурос О.К. (2001). Применения водного баланса и энергоаудита для улучшения работы водоканалов в Украине// Сб. докл. Междунар. конгр. “ЕТЕВК-2001”. – Ялта, 22-26 мая 2001 г. – С. 410-413.
  6. Копытин А.К, Шарков М.И. (2003). Внедрение энергосберегающих технологий на повысительных насосных станциях (на примере водоснабжения г Луцка) // Сб. докл. Междунар. конгр. “ЕТЕВК-2003”. – Ялта, 27-31 мая 2003 г. – С. 86-90.
  7. Шарков М.И. (2001). Червоноград: Обновление системы водоснабжения.// Лучшие практики в местном самоуправлении Украины.- 2001.- №4.- С. 8-9.

Comments are closed.