Главная >  Потенциал энергии 

 

Ефективність використання води в. Значною мірою через дорожнечу електроенергії та накопичення заборгованості багато міст регіону не можуть забезпечити безперебійність водопостачання. Як результат, вода подається лише кілька годин на добу, або не подається взагалі. Почасти ситуацію можна поліпшити за рахунок підвищення ефективності використання енергії. Завдяки зниженню втрат енергії зменшуються обсяги її закупівлі та покращується якість послуги.

 

В той час як перекачування води вимагає значних енерговитрат, багато підприємств комунального водопостачання у Східній Європі та колишніх республіках СРСР є неспроможними платити за спожиту ними електроенергію. Розв’язати цю проблему дуже непросто, особливо з огляду на те, що тарифи на електроенергію, як правило, зростають швидше, ніж тарифи на воду, що ще більше підриває платоспроможність міст.

 

Втрати води у багатьох системах комунального водопостачання країн, що розвиваються, типово складають від 30% до 60%. Навіть у багатьох муніципалітетах розвинених країн такі втрати коливаються у межах 15% – 25%. Крім втрат через течі, на обсяг енергії, що припадає на одиницю обсягу спожитої води, безпосередньо впливають такі чинники, як розкрадання, розтрачання споживачами та неефективна доставка. По суті, вода в комунальних системах водопостачання є еквівалентом енергії.

 

В системах комунального водопостачання існують майже безмежні можливості для зниження втрат енергії. Цікаво, що це не потребує дуже значних коштів, а лише уваги і турботи. Потрібні ініціатива з боку міського самоуправління та увага керівників водного господарства міста. Іншим величезним резервом є зменшення втрат води через течі та її неефективне використання, оскільки економія води означає економію енергії. Якщо літр води не треба перекачувати, тому що його заощаджено десь у системі, то це означає, що буде спожито й менше електроенергії. Вода має значну вагу, і на її перекачування з пункту А в пункт Б витрачається багато енергії.

 

· течі;

 

Є проблеми, над якими керівники муніципального водного господарства, можливо, ніколи не задумуються, а якщо й задумуються, то міське керівництво рідко цікавиться енергетичними питаннями водопостачання. Але пильна увага може принести вражаючі результати. Проблеми стосуються, як правило, таких питань:

 

· неоптимальна конфігурація системи;

 

· втрати через велике тертя у трубах;

 

· неправильний вибір обладнання;

 

· проектування системи із надмірним запасом міцності;

 

· погане технічне обслуговування;

 

· фізично і морально застаріле обладнання;

 

Проте рішення, які могли б пом’якшити чи усунути наведені проблеми, лежать на поверхні:

 

· розтрачання придатної до використання води.

 

· зменшення крильчаток насосів;

 

· реконструкція і переоснащення системи;

 

· модернізація обладнання;

 

· зменшення теч і втрат;

 

· застосування економічних насосів;

 

· застосування труб з низьким коефіцієнтом тертя;

 

· застосування конденсаторів;

 

· застосування електродвигунів з частотним регулюванням;

 

· удосконалення технології технічного обслуговування та експлуатації;

 

· застосування трансформаторів;

 

Як виявила проведена у США перевірка систем водопостачання міст, найбільший виграш по відношенню до вартості дають такі заходи:

 

· регенерація та повторне використання води.

 

· перенесення роботи на години з нижчими тарифами на електроенергію (там, де тарифи змінюються протягом доби);

 

· організація роботи системи водопостачання (яка складається з багатьох станцій) у так званому “базисному режимі”: найбільш ефективно працюючі станції задовольняють звичайні потреби водопостачання, а неефективні використовуються лише у періоди пікового навантаження;

 

До проектів з більш тривалим періодом окупності було віднесено встановлення електродвигунів з частотним регулюванням і встановлення електродвигунів з високим ККД.

 

· модифікація насосів, спрямована на підвищення їхнього коефіцієнту корисної дії.

 

Всебічна стратегія виявлення теч і ремонту передбачає використання підприємством інформації з системи обліку збитків одночасно із здійсненням конкретних заходів, спрямованих на зменшення втрат. Ця стратегія може включати регулярні випробування на місцях із застосуванням комп’ютеризованого обладнання для виявлення теч, обстеження за допомогою ультразвукового течешукача, чи інший прийнятний метод виявлення теч.

 

Скорочення теч і втрат є найважливішою частиною стратегії раціонального водокористування будь-якого комунального підприємства. У той час як втрати найкращих у цьому відношенні підприємств складають до 10%, у багатьох системах цей показник сягає 50%. За даними проведеного за фінансування Світового банку аналізу проектів у країнах, що розвиваються, втрати води у процесі її постачання та очистки у середньому становлять 34%.

 

Заходи з усунення теч можуть включати перевірку труб, чистку обладнання та інші заходи, спрямовані на покращання поточного стану водопровідної мережі та профілактику теч і розривів. Значну фінансову вигоду може принести проста заміна вентилю чи герметизація шва. Для зменшення втрат, не пов’язаних з течами, підприємства можуть вдаватися до методів, які дозволяють мінімізувати використання води під час проведення планових робіт з техобслуговування.

 

Окрім фізичної втрати води, іншим наслідком течі є падіння тиску в системі. Таким чином, серйозні проблеми з течами несуть у собі подвійну загрозу. По-перше, система потребує більше води для задоволення фактичного попиту споживачів. По-друге, – оскільки теча спричиняє падіння тиску, – оператори системи можуть бути змушені підвищити тиск у ній. Це не лише марнує енергію на забезпечення більшого тиску, ніж це дійсно необхідно, але й ще більше посилює течу.

 

Ряд потенційних покращань ефективності може принести реконструкція трубопровідної мережі. По-перше, у міській водопровідній системі іноді можна скористатися силою тяжіння замість насоса. Систему можна вдосконалити таким чином, щоб зменшити чи усунути потребу перекачування води у “дорогі” години пік, створивши додаткові самопливні резервуари. Крім цього, оскільки значна частина енергії, спожитої на переміщення води, насправді витрачається на подолання тертя у водопроводах, величезної економії можна досягти за рахунок ретельного підбору розміру і матеріалу виготовлення труб, вентилів, колін та інших компонентів системи подачі води, що зменшить у ній втрати на тертя. Одне з підприємств комунального водопостачання в Індії добилося вражаючого виграшу, перейшовши на полівінілхлоридні труби.

 

Однією з поширених причин втрат води і в міських, і в сільських мережах є фільтрація з каналів. Зменшити втрати через фільтрацію можна як облицюванням каналів, так і прокладанням трубопроводів. Не облицьовані канали часто втрачають від 30% до 50% води (в залежності від типу ґрунту). Однак при облицюванні та за умови належної експлуатації витрати в системі можуть скоротитися до менш ніж 10%. Застосування замість каналів підземних труб може так само покращити ефективність розподільчої системи десь на 30%.

 

Модернізація системи за рахунок встановлення нового обладнання, наприклад, насосів з більшим коефіцієнтом корисної дії, покращить характеристики її роботи за умови, що ці насоси правильно підібрані за розміром та інтегровані в існуючу систему водопостачання в цілому. Систему можна також посилити належним застосуванням електроприводів з частотним регулюванням, крильчаток, труб і покриття з меншим коефіцієнтом тертя, конденсаторів.

 

По-друге, значним резервом для покращання ефективності системи є її надмірний запас міцності при роботі в нормальному режимі. Такий запас міцності закладається проектувальниками в розрахунку на те, щоб пропускна спроможність системи відповідала умовам найвищого можливого рівня споживання води. В процесі експлуатації це призводить до таких проблем, як зайвий гідродинамічний шум, вібрація труб і низька ефективність роботи. Надмірний запас міцності – це також і надмірна вартість матеріалів, монтажу, експлуатації. Шляхи виправлення цієї ситуації в процесі реконструкції включають встановлення насосів відповідного розміру та електродвигунів з частотним регулюванням, зменшення розмірів крильчаток, доповнення системи меншим насосом для використання у не пікові періоди. Будь-яка з цих змін має на меті скорочення втрат енергії, а отже й експлуатаційних витрат, в існуючій системі.

 

· Крильчатки. Одним із способів підвищення ефективності є встановлення меншої крильчатки або підрізання крильчатки існуючого насоса. Крильчатка – це деталь відцентрового насосу, яка, обертаючись, проштовхує рідину через систему. Аналогічно електродвигуну з частотним регулюванням, менша чи підрізана крильчатка зменшує швидкість потоку рідини і в результаті – втрати енергії.

 

Як правило, саме лише встановлення та експлуатація правильно підібраного обладнання дозволяє суттєво скоротити витрати на енергію, експлуатацію і технічне обслуговування. Однак у деяких випадках підприємствам доводиться шукати компроміс серед різних варіантів підвищення і зниження вартості енергії, експлуатації та технічного обслуговування:

 

· Конденсатори. Встановлення конденсаторів може зменшити потреби в енергії в процесі експлуатації певного обладнання. Конденсатори – це пристрої, які накопичують електричну енергію. Їх використовують для підвищення низького коефіцієнта потужності (cos – прим. перекладача). Причиною низького коефіцієнта потужності є робота певного електрообладнання, у процесі якої утворюється магнітне поле, наприклад, трансформаторів, електродвигунів, освітлення високої інтенсивності. На таке обладнання часто припадає основна частина електроенергії, яку споживає об’єкт. Однією з проблем, які може викликати низький коефіцієнт потужності, є передчасний вихід обладнання з ладу. До того ж, за низький коефіцієнт потужності підприємства електропостачання часто накладають фінансові санкції, тому використання конденсаторів може допомогти уникнути зайвих витрат.

 

· Труби та покриття з меншим коефіцієнтом тертя. Труби, виготовлені з гладкого матеріалу, наприклад, полівінілхлориду, скорочують втрати на тертя порівняно з традиційними чавунними трубами, за рахунок чого можна на 6-8% підвищити економію електроенергії. Ще 1-3% можна отримати за рахунок нанесення на внутрішню поверхню насоса спеціального полімерного покриття. Крім зменшення тертя, покриття також уповільнюють ерозію та корозію в трубах і насосах.

 

Зміни у технічному обслуговуванні та експлуатації можуть вимагати навчання персоналу та інституціолізації певних задач. Наприклад, було б корисно:

 

Чимало покращань вимагають незначних інвестицій в нове обладнання, або не потребують їх зовсім. Часто одним з найменш витратних заходів підвищення ефективності муніципальної мережі водопостачання виявляється розробка систем технічного обслуговування та методик експлуатації, які сприяють підвищенню ефективності водокористування.

 

· проводити обстеження обладнання і трубопровідної мережі для виявлення теч;

 

· забезпечити експлуатацію системи без перевищення тиску, достатнього для забезпечення необхідної швидкості потоку води;

 

· проводити перевірку лічильників на точність;

 

· проводити заміну тріснутих водопровідних магістралей та укріплення колодязів;

 

· виявляти й замінювати неефективне обладнання;

 

· проводити періодичну чистку обладнання;

 

· організувати режим роботи з використанням запасів води таким чином, щоб зменшити пікові навантаження на систему.

 

· вимикати водоочисне обладнання, електродвигуни, систему опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, які у даний момент не використовуються;

 

Приклад міста Галац

 

Зниження тиску позитивно відбивається на ефективності системи завдяки низці чинників: зменшуються течі, зменшується обсяг води, яка виливається з відкритих кранів та інших сантехнічних приладів, і послаблюється механічна напруга на труби та стики; в той же час подовжується строк служби обладнання і зменшується знос системи та необхідність ремонту. Невеликих споживачів, тиск в системах яких перевищує 80 фунтів-сил на квадратний дюйм, слід розглядати як потенційних кандидатів на зменшення тиску води. Звичайно, будь-яке подібне зменшення тиску не повинно відбуватися за рахунок погіршення якості послуги для споживача.

 

Середньодобове споживання води у Галаці становить 210 тис. м3 або близько 600 л на душу населення. У США середньодушове споживання води разом з течами складає 378 л на добу. Хоча було б обґрунтованим очікувати, що рівень споживання води у Галаці має бути меншим ніж у США, це не відповідає дійсності з таких ймовірних причин:

 

Галац – місто на північному сході Румунії з населенням 350 тис. чоловік. Водопровідна мережа міста живиться водою від насосної станції, яку експлуатує розташований неподалік сталеплавильний завод “Сідекс”, а також від ряду свердловин в 30 км на захід від Галаца. Більша частина води надходить від “Сідексу”. Муніципальне підприємство “Апатерм”, яке забезпечує водопостачання міста, щомісячно сплачує “Сідексу” за воду 3 млрд. лей (приблизно 125 тис. доларів США).

 

· течі у сантехнічному обладнанні – крани, души, ванни, унітази, пісуари, раковини;

 

· течі у водопровідній мережі;

 

Заходи з підвищення енергоефективності:

 

· оплата послуги не за лічильником, а за фіксованим тарифом (встановленим з розрахунку споживання 11 м3 в місяць на одну особу), що не сприяє економії води.

 

Заміна насосів. На 5854 годин річної роботи одного насоса витрачається приблизно 2,5 млн. кВт·год електроенергії. Заміна насосного агрегату (разом з електроприводом) могла б зекономити приблизно 55 тис. доларів США на рік. Заміна іншого насосного агрегату, який працює 6 тис. годин на рік і споживає 3 млн. кВт·год, зекономила би приблизно 42 тис. доларів США на рік.

 

Пониження висоти стоку. За нашими оцінками, пониження висоти стоку зменшить статичний напір між зумпфом на низьковольтній насосній станції та фактичним стоком. Якби висота резервуару була в середньому на 1 м нижче стоку, і стік було би понижено, то можна було б позбутися приблизно 10% витрат на перекачування. Вартість заходу включає робочу силу і мінімальні матеріали (подовження труб). Впровадження заходу принесло б річну економію у 100 тис. кВт·год або 5 тис. доларів США.

 

Підрізання крильчатки. Інший насос у системі є надто великим для свого електродвигуна, хоча й може забезпечити достатню об’ємну швидкість потоку і тиск при сильному дроселюванні. Це було підтверджено порівнянням кривої потреби у потужності насоса з номінальною потужністю двигуна. Додатковим підтвердженням став той факт, що коли ми відкрили заслінку до 40%, то ледь не спрацював автоматичний вимикач двигуна. Ми рекомендуємо “Апатерму” підрізати крильчатку насоса, щоб привести його у більшу відповідність з потребами системи і можливостями свого двигуна. Обговорюючи цю рекомендацію, представники підприємства зауважили, що трапляються короткі пікові періоди – десь кілька годин на добу один чи два рази на рік – коли потрібна більша подача насоса. На нашу думку, враховуючи обмеження, які накладаються автоматичним вимикачем і двигуном, додаткові потреби споживання краще було б задовольняти за рахунок встановлення додаткового допоміжного насоса паралельно насосу № За припущення, що після укорочення крильчатки подача становитиме 5 тис. м3/год при тиску у системі 6,46 ат без дроселювання, можна очікувати економії порядку 100 тис. доларів США на рік.

 

Насоси з частотно-регульованим електроприводом. Один з насосів системи в Галаці працює приблизно п’ять годин на добу. Графік дроселювання не реєструвався, але, очевидно, насос дроселювали під час його нічної роботи. Як виявлено нами в результаті спостереження, мали місце періоди, коли тиск у магістральному трубопроводі становив приблизно 5,5 атм, а тиск насоса – 7,4 атм. Випробування насоса показали, що при дроселюванні ККД зростає до 70%. Суть даного заходу з підвищення ефективності полягає у заміні цього насоса насосом з частотно-регульованим електроприводом і високим ККД. Економію від реалізації заходу розраховували, виходячи з більш високого ККД (75%), відсутності дроселювання та припущення, що підібраний насос досягатиме максимального ККД у робочій точці системи з характеристиками 5,6 атм і приблизно 2 тис. м3/год. За таких показників об’ємної швидкості потоку та тиску насос впродовж 1825 годин своєї роботи на рік споживає близько 1,135 млн. кВт·год. Заміна насосного агрегату могла б заощадити приблизно 19 тис. доларів США на рік.

 

Опис

 

Зведений перелік заходів з підвищення ефективності:

 

Вартість

 

Річна економія

 

Загальносистемні заходи

 

Термін окупності, роки

 

Економія води і зменшення теч

 

1.

 

$5 000

 

$13 000

 

2.

 

<<1

 

$7 500

 

Пониження висоти (статичного напору) стоків у резервуар, підвищення геометричної висоти всисання насоса на низьковольтній насосній станції “Узіна 1”

 

<1

 

$5 000

 

3.

 

“Узіна 1”

 

$19 100

 

Заміна насосів №№ 1 і 2 одним насосом з частотно-нерегульованим приводом і високим ККД

 

2,5

 

$50 000

 

Заміна насоса № 3 (12NDS) середньовольтним насосом з високим ККД

 

4.

 

$60 000

 

$50 000

 

5.

 

1

 

$42 000

 

Заміна насоса № 5 (14NDS) насосом з безпосереднім приводом і високим ККД

 

2,5

 

$100 000

 

6.

 

“Узіна 2”

 

$18 000

 

Заміна насоса № 4 (12NDS) середньовольтним насосом з високим ККД

 

3,3

 

$60 000

 

Підрізання крильчатки насоса № 2

 

7.

 

$10 000

 

$98 000

 

8.

 

<<1

 

$50 000

 

Зменшення падіння тиску на станції “Філешті”

 

2

 

$100 000

 

Заміна насоса (12NDS)

 

9.

 

$50 000

 

$33 000

 

10.

 

1,5

 

$69 000

 

Заміна насоса (18NDS)

 

2,2

 

$150 000
(оцінка)

 

$400 000

 

Разом

 

1,6

 

$665 000

 

Приблизно 550 кПа (1 фунт-сила/дюйм2 =6,89476 кПа). (Прим. перекл.)

 

Джерело: .

 



 

Энергоносители. Часть II. Глава 6. Европа будет получать энергию из Африки. Информационные технологии. Газ заменит мазут.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0138