Повишаване на енергийната ефективност на помпени станции

Водоснабдителните системи консумират огромни количества енергия, която се изразходва във всеки един от етапите във веригата на доставка. Енергийна ефективност може да бъде постигната чрез подобряване на дизайна на помпените станции и на цялата система, инсталиране на честотни регулатори на помпите и ефективна експлоатация на помпените агрегати. Редуцирането на течове също може да допринесе в значителна степен за реализирането на енергийни спестявания. Един от най-ефективните начини за намаляване на загубите е регулирането на налягането, чрез което наляганията през нощта се адаптират спрямо по-ниското потребление, като така се понижават прекомерно високите нощни налягания и течовете, свързани с тях.

Основен фактор в енергийния мениджмънт са дневните тарифи за електроенергия. Те променят из основи концепцията за експлоатация на помпите. Чрез изместване на функционирането им в периодите с умерено и ниско потребление могат да се постигнат съществени енергийни спестявания. Предприемането на такава стратегия обаче ще доведе до повишаване на наляганията през нощта, а вследствие на това и до увеличаването на загубите на вода. Следователно описаните два подхода са в противоречие. Решението на този проблем е комбинирането на енергийния мениджмънт с изолиране на водомерни зони с управление на налягането (District Metered Areas, DMA).

Оборудване

Водещите фактори при избора на помпи са местоположението на помпената станция и водоприемното съоръжение, както и очакваните налягания и капацитети. Функцията на помпената станция в цялостната работа на разпределителната система също може да повлияе при определянето на капацитетите.

Помпите, използвани за питейна вода, са най-общо два вида – вертикални турбинни помпи от потопяем тип и центробежни хоризонтални или вертикални помпи. В случай че помпената станция и водоприемното съоръжение са разположени в повърхностен или подземен водоизточник, вертикалните турбинни помпи са логичният избор. Ако помпената станция е разположена при надземно хранилище, се предпочитат центробежни помпи с отваряем корпус. Тези помпи се използват с цел улесняване на поддръжката на ротиращите се елементи, които могат да бъдат отстранени чрез отделяне от смукателния и нагнетателния тръбопровод. При стандартни системи за питейна вода корпусите на помпите са изработени от чугун, а работното колело – от бронз.

Помпите, работещи при екстремни условия или в режим на често включване и изключване, в повечето случаи са със салникови уплътнения вместо механични, които се използват предимно за помпи, функциониращи на празен ход за дълги периоди от време.

Помпите за водоснабдяване и разпределение се задвижват от електродвигатели. Използването на дизелово или друго гориво може да бъде обмислено само за аварийни ситуации. На по-големите помпи могат да се инсталират честотни регулатори, но само ако това е оправдано от детайлен икономически анализ. Предлагат се различни такива системи, които включват четири основни елемента – сензор, контролер, програматор и честотен регулатор.

Икономично изпомпване

Тази стратегия е подходяща за региони, където тарифите за електроенергия са различни през отделните части на денонощието. Едно от предимствата на този подход е, че във всеки един момент могат да бъдат изчислени бъдещите изменения в разходите за енергопотребление. Целта е помпите в станцията да работят максимално в периодите с ниска консумация, като се има предвид, че всяко едно закъснение в снабдяването ще доведе до увеличаване на разходите. Планирането на дейностите по изпомпване с цел оптимизиране на енергийните разходи може да се осъществи с помощта на софтуерни програми, от които могат да се получат точни и актуални данни за експлоатацията на съоръжението.

Общите средства за изразходвана енергия, свързани с работата на помпените станции, могат да бъдат редуцирани чрез подобряване на ефективността на отделните помпи или на комбинация от тях. Тези мерки обаче имат ограничено влияние по отношение на понижаване на разходите при работен график на станцията, базиран на дневната тарифа за електроенергия.

Важно е системата да отговаря, ако помпите са необходими. От ключово значение е да се спазват разпоредбите и да са налице надеждни системи за безопасност при отказ на някой от агрегатите в помпената станция поради повреда. Необходимо е също да се гарантира, че системата ще отчита измененията във водния поток вследствие на метеорологични явления и автоматично ще превключва обратно към нормален режим на изпомпване при такива условия. Някои системи осъществяват и мониторинг на водния излишък, регистрирайки дата, време, продължителност и обем. Тези данни са ценни, когато се изготвят доклади, изисквани по нормативната уредба.

В зависимост от тарифите за електроенергия в отделните региони инвестирането в усъвършенстван контролер, с помощта на който да се реализира стратегията за икономично изпомпване, може да се изплати бързо. По данни от проучване, проведено във водоснабдително дружество във Великобритания, инсталирането на ултразвукови контролери за ниво например може да донесе близо 10% енергийни спестявания. Преди използването на тази технология за всяка станция е била необходима система за измерване на ниво, програмируем логически контролер и дистанционен терминал за телеметрия. Усъвършенстваните ултразвукови контролери елиминират необходимостта от няколко системи, тъй като предоставят цялостната функционалност, нужна за управление на помпите, събиране на данни и мрежова свързаност.

Ползите от икономичното изпомпване не са ограничени само до региони с периоди на високи тарифи за електроенергията. Възможността за модифициране на управлението на помпите спрямо дадена част от денонощието помага и за балансирането на товарите в мрежата. Това може да се приложи в зони, където се наблюдават прекъсвания в услугите, поради високи натоварвания, например в пикови периоди на изпомпване.

Ключът към внедряването на стратегията за икономично изпомпване е наличието на капацитет за съхранение на излишните количества вода и оптимизираната експлоатация на помпите. Освен частта от денонощието при предприемането на този подход може да се отчете и периодът на годината. Например изпомпване може да не се извършва, когато температурата на околната среда падне под предварително зададена стойност през студените месеци, характеризиращи се с най-високо енергопотребление. Оптималната концепция за експлоатация на помпите е тази, която удовлетворява всички ограничения при минимални разходи.

Мониторинг на водните потоци

Следенето на тенденциите във водните дебити е в основата на ефективното управление. Съвременните системи, предлагани на пазара, могат да определят с висока точност общите изпомпвани обеми. Потребителите могат да регистрират събраните данни или да ги подадат към централна SCADA система с цел получаване на данни за разходната ефективност в цялата мрежа.

SCADA системите позволяват оптимизиране на работата на помпените станции, редуцирайки енергопотреблението и свързаните с него разходи. Причините за това са две. Първата е, че благодарение на данните от мониторинга се получава полезна информация, подпомагаща внедряването на мерки за подобряване на енергийната ефективност и намаляване на разходите за енергопотребление. Вторият фактор е, че използването на SCADA допринася и за ограничаване на загубите на вода, с което се постига понижаване на водните обеми за изпомпване и съответно по-ниска консумация на енергия за това.

Определянето на тенденциите във водните потоци помага на водоснабдителните дружества и в идентифицирането на въздействията от ръста на населението и други сценарии, което им дава възможност за ефективното управление на такива ситуации в дългосрочен план. Едно от големите предизвикателства с времето е специфицираните помпи в станциите да могат да посрещнат бъдещите потребителски нужди. Не е необичайно помпите да бъдат с по-ниска или по-висока спецификация от необходимата. Благодарение на възможността да се проследяват и съхраняват тенденциите за потоците в мрежата, увеличенията в потреблението могат да се определят и прогнозират за целите на бъдещо планиране и инженеринг.

Мониторинг на помпите

Помпените съоръжения, работещи под капацитета си, са причина за загуба на енергия и финансови средства. С износването или запушването на помпите с различни материали, ефективността им се влошава. Една усъвършенствана ултразвукова система позволява на потребителите да следят експлоатационните характеристики на всяка помпа, включително състояние, ефективност и общ изпомпан обем. Тя регистрира също продължителността на работа и броя пускания, интегрирайки помпите и компонентите с цел ефективен мониторинг и управление. Тя автоматично отстранява агрегатите с ниска ефективност и ги заменя с такива с по-добри експлоатационни характеристики. Операторът получава доклад или сигнал, когато е необходимо нискоефективна помпа да се ремонтира или подмени. Бързото възвръщане на помпата към състояние с високи експлоатационни характеристики е добра инвестиция в посока постигане на енергийна ефективност. Същевременно, следенето на работните параметри на помпите дава информация и за това кога агрегатите функционират добре, намалявайки необходимостта от полеви инспекции или ненужни дейности по поддръжка.

В станция, състояща се от помпи с различен капацитет, операторът може да програмира контролера да включва и изключва подходящите поми в зависимост от дебита. Агрегатите с висок капацитет и енергоконсумация могат да се използват, само когато е необходимо. Съвременните контролери предлагат богато разнообразие от режими на управление на помпите, предоставящи редица възможности за реализиране на енергийни спестявания.