城市多源式供水管網(wǎng)調(diào)度節(jié)能的主要途徑

摘要：廣州市自來水公司屬多水源的供水系統(tǒng)，屬下有6間水廠和28個加壓站，供水管網(wǎng)約有5100多公里。供水調(diào)度優(yōu)化的問題也同樣有待調(diào)度決策系統(tǒng)進一步發(fā)展和完善，并依托用戶信息管理系統(tǒng)的開發(fā)和供水管網(wǎng)動態(tài)模型的建立而逐步優(yōu)化。文章從優(yōu)化管網(wǎng)平均壓力和各水廠的供水量，建設加壓站等方面論述了城市多源式供水管網(wǎng)調(diào)度節(jié)能的主要途徑。

關(guān)鍵詞：供水調(diào)度；多水源；管網(wǎng)壓力；加壓站；供水量分配

中圖分類號：TU991文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0091-02

供水調(diào)度實質(zhì)上是城市自來水生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)量控制、供水量分配的中心，是保障供水的重要指揮環(huán)節(jié)之一，供水調(diào)度的目的是：通過調(diào)整運行方案，在充分滿足市場對水量、水壓、水質(zhì)要求的前提下，盡可能使運行成本達到最優(yōu)。因此優(yōu)化調(diào)度直接影響供水效果和企業(yè)的經(jīng)濟評價。

供水調(diào)度的范圍主要有水廠生產(chǎn)系統(tǒng)、供配水系統(tǒng)和區(qū)域加壓站三個重要環(huán)節(jié)，單水源的城市供水系統(tǒng)相對簡單，供水調(diào)度的范圍和限定條件較少，實際優(yōu)化運行的方法也相對簡化，但對多水源情況，系統(tǒng)較為復雜，調(diào)度優(yōu)化邊界條件較多且較復雜。

多水源的城市供水調(diào)度系統(tǒng)，由于供水的不斷發(fā)展、供水范圍逐步擴大、管網(wǎng)復雜及供水格局的不斷調(diào)整等因素的影響，使管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型不斷變化，新的問題不斷出現(xiàn)，調(diào)度監(jiān)控和決策系統(tǒng)需不斷地更新變化，因此現(xiàn)階段要實現(xiàn)實時優(yōu)化調(diào)度，在實際操作上尚存在一定的技術(shù)難度。本文以廣州市自來水公司為例，結(jié)合近年來公司在調(diào)度節(jié)能工作取得的成績和經(jīng)驗，重點介紹要實現(xiàn)調(diào)度運行節(jié)能的主要途徑。

1優(yōu)化管網(wǎng)平均壓力

目前，國內(nèi)各水司均設置管網(wǎng)監(jiān)測點，依靠監(jiān)控點的實時壓力，調(diào)節(jié)水廠的供水量，管網(wǎng)壓力的大小代表水的勢能的大小，其能量歸根到底來源于水廠的動力輸出，壓力的大小與水廠輸出動力成正比，因此管網(wǎng)平均壓力的合理控制是管網(wǎng)節(jié)能降耗的重要措施之一。優(yōu)化管網(wǎng)壓力實際上就是在確保滿足終端用戶正常用水的最低壓力（0.14MPa）的前提下，使管網(wǎng)監(jiān)測點平均壓力最低，最大程度減少管網(wǎng)富余水頭，從而減少能源的浪費。

在多源式供水系統(tǒng)和樹狀供水管網(wǎng)中，用戶用水需求的變化和各供水源的水量分配的變化，使管網(wǎng)水頭損失也隨之變化，往往管網(wǎng)測壓點的實際壓力并不能達到最優(yōu)，這是復雜的系統(tǒng)優(yōu)化工程，要依靠調(diào)度決策系統(tǒng)進一步發(fā)展和完善才能真正實現(xiàn)最優(yōu)化。監(jiān)測點最佳壓力的取得需要實際測算和多次進行試驗才能得到。近年來，公司調(diào)度室通過閥門調(diào)節(jié)、供水格局調(diào)整和管網(wǎng)改造工程等手段實現(xiàn)合理降低管網(wǎng)壓力，5年內(nèi)管網(wǎng)平均壓力下降了0.08MPa， 供水電耗下降了12.06kWh/dam3，按年平均供水量13.4億m3計算，5年共節(jié)約用電1616萬kWh，降低供水動力成本約1300萬元。收到良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益，在公司節(jié)能降耗工作中發(fā)揮了巨大作用（見表1）。

表12004～2009年管網(wǎng)平均壓力與供水電耗對比表

項目日期 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年

管網(wǎng)平均壓力（MPa） 0.512 0.491 0.473 0.456 0.445 0.432

供水電耗

（kWh/dam3） 305.68 305.15 304.55 298.34 295.10 293.62

電耗遞減

（kWh/dam3） / 0.53 0.60 6.21 3.24 1.48

2優(yōu)化調(diào)配各水廠的供水量

我公司6間水廠均分布于城市的邊緣，東部西洲和新塘水廠，設計供水能力分別為40萬m3/d和70萬m3/d；南部南洲水廠，設計供水能力為100萬m3/d；西北部有三間水廠，西村、石門、江村水廠，設計供水能力分別為100萬m3/d、80萬m3/d和44萬m3/d；由于水廠水源不同和建設的時間不同，水處理工藝不盡相同，其運行電耗和物耗也不盡相同，因此，合理調(diào)配各廠的供水量，對節(jié)能降耗和節(jié)約生產(chǎn)成本非常重要。

優(yōu)化調(diào)配各廠的供水量實際上是在保證管網(wǎng)控制壓力在最佳范圍內(nèi)，在供水總量保持與需求一致的情況下，讓電耗低或成本低的水廠多供水，要達到這個目標首先要掌握公司供水總量與管網(wǎng)供水壓力的關(guān)系和各水廠供水總量與供水成本之間的關(guān)系，從上述的關(guān)系中求出平衡點，即最低成本點的供水量組合。2013年調(diào)度室按此方案指導水廠運行，取得了較好的經(jīng)濟效益，電耗比預期下降了9kWh/dam3，成本下降了32元/dam3。年節(jié)約成本1120萬元。

圖1

圖2

3合理建設加壓站進行高位區(qū)域供水

由于城市的地勢的不同，要滿足高位地區(qū)的供水，則必須提高水廠的出廠水壓力才能實現(xiàn)，而提高出廠水壓力必然造成水廠的能耗的上升。根據(jù)泵站電耗和揚程的關(guān)系公式：

E耗=E電/Q供=γHQt/102Q供η站=1000H/102×3600η站

=272.33H/η站（kWh/dam3）

E電—泵站所消耗的電量（kWh）

E耗—千噸水的耗電量（kWh/dam3）

γ—水的容重（kg/m3），γ=1000kg/m3

H—泵站的凈揚程（m）

Q—泵站總流量（m3/s）

T—泵站運行的小時數(shù)（h）

η站—泵站綜合效率（%）

從公式中可以知道，供水電耗與揚程成正比，與泵站效率成反比例，揚程越高，即出水壓力越高，電耗越高。反之，電耗越低。因此提高水廠出廠水壓力來滿足地勢高區(qū)域用戶的用水需求就非常不經(jīng)濟了。合理設置加壓站是改善這種情況的有效途徑。雖然加壓站在運行時有30%左右的能量為泵組損失掉，但由于區(qū)域水量較小，比起大面積提升管網(wǎng)壓力要經(jīng)濟得多。

公司近年先后建設了28個加壓站，平均出水壓力為0.25MPa，這些加壓站用電折合公司電耗約為25kWh/dam3，假設該壓力是剛好滿足高位用戶的最低用水需求的壓力的話，如取消這些加壓站，而由水廠直接加壓，那么水廠的出廠水壓力將提升0.25MPa，根據(jù)上述公式計算，公司電耗將提升94.55kWh/dam3（泵組效率按72%計），是現(xiàn)加壓站用電的3.78倍，因此，合理設置加壓站節(jié)能效果是非常顯著的。

合理設置加壓站的意義還遠非如此，在取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益的同時，大大降低了管網(wǎng)的平均壓力，減少爆管的幾率，使管網(wǎng)運行更加安全，為保障供水創(chuàng)造了有力的條件。

4加壓站的優(yōu)化運行

在廣州市28個加壓站中，大部分加壓站設有抽庫泵組和直抽泵組，合理利用這些泵組降低能耗也是調(diào)度優(yōu)化的重要內(nèi)容之一，降低加壓站能耗的主要方法有：

4.1合理調(diào)配直抽和抽庫泵組

直抽泵組選擇在日供水低峰期使用，抽庫泵組在日供水高峰期使用，利用加壓站水庫的調(diào)蓄能力，將庫水補充到管網(wǎng)中，有力于供水錯峰，更大程度地減少因水量峰值過大造成的管網(wǎng)的水頭損失，減少水廠的出水量和出廠水壓力，實現(xiàn)能源節(jié)約。

4.2合理使用變頻器

為了適應用戶的用水需求和管網(wǎng)壓力的變化，大部分加壓站配備變頻調(diào)速裝置，在用水高峰，由于供水量需求較大，此時變頻器加大頻率或使泵組全速運行，在供水低峰期，需水量減少，此時變頻器降頻運行，通過變頻器的自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)減少管道富余水頭和提高泵組運行效率的雙重目的。

5管網(wǎng)供水格局的調(diào)整與優(yōu)化

隨著城市建設的日新月異，供水事業(yè)也隨之迅猛發(fā)展，新的用水用戶不斷增加，供水范圍不斷擴大，使供水量逐年平均以1.65%遞增為使管網(wǎng)適應新的水量變化，要求城市供水管網(wǎng)要與時俱進，不斷更新和改造以及合理調(diào)整供水格局。

為適應廣州市白云區(qū)江高鎮(zhèn)缺水區(qū)域的供水，公司在石井大道安裝一條DN800管，接通原江高鎮(zhèn)DN600管，使石門水廠水能夠通過該管向江高鎮(zhèn)供水，從而使江村一廠減少向江高鎮(zhèn)的水量，增加向花都雅瑤的供水能力，該項目實施后，石門水廠供水至江高鎮(zhèn)每日約增加3.3萬m3，出廠水壓力降低了0.02MPa，在供水量增加的情況下，其供水電耗由原來的206.13kWh/dam3下降到198.01kWh/dam3，年節(jié)約電量約244萬kWh，年節(jié)約成本約200萬元，該管網(wǎng)改造工程的實施，取得了較好的經(jīng)濟效益。綜上所述，通過對管網(wǎng)供水格局的調(diào)整與優(yōu)化，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的雙贏。

多源式供水系統(tǒng)的調(diào)度節(jié)能優(yōu)化，是一個復雜的系統(tǒng)工程，要用系統(tǒng)分析的方法來解決，隨著信息科學和控制技術(shù)的不斷發(fā)展及調(diào)度智能決策分析系統(tǒng)的不斷完善，通過建立和開發(fā)供水系統(tǒng)高效低耗的優(yōu)化調(diào)度運行管理模式，用于指導生產(chǎn)，才能真正實現(xiàn)多源式供水系統(tǒng)的優(yōu)化，達到促進公司供水系統(tǒng)安全運行和增效降耗的目的。

作者簡介：吳卓禎（1955-），男，廣東廣州人，廣州市自來水公司調(diào)度室主任，經(jīng)濟師，研究方向：企業(yè)節(jié)能減排、科學調(diào)度。

endprint

摘要：廣州市自來水公司屬多水源的供水系統(tǒng)，屬下有6間水廠和28個加壓站，供水管網(wǎng)約有5100多公里。供水調(diào)度優(yōu)化的問題也同樣有待調(diào)度決策系統(tǒng)進一步發(fā)展和完善，并依托用戶信息管理系統(tǒng)的開發(fā)和供水管網(wǎng)動態(tài)模型的建立而逐步優(yōu)化。文章從優(yōu)化管網(wǎng)平均壓力和各水廠的供水量，建設加壓站等方面論述了城市多源式供水管網(wǎng)調(diào)度節(jié)能的主要途徑。

關(guān)鍵詞：供水調(diào)度；多水源；管網(wǎng)壓力；加壓站；供水量分配

中圖分類號：TU991文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0091-02

供水調(diào)度實質(zhì)上是城市自來水生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)量控制、供水量分配的中心，是保障供水的重要指揮環(huán)節(jié)之一，供水調(diào)度的目的是：通過調(diào)整運行方案，在充分滿足市場對水量、水壓、水質(zhì)要求的前提下，盡可能使運行成本達到最優(yōu)。因此優(yōu)化調(diào)度直接影響供水效果和企業(yè)的經(jīng)濟評價。

供水調(diào)度的范圍主要有水廠生產(chǎn)系統(tǒng)、供配水系統(tǒng)和區(qū)域加壓站三個重要環(huán)節(jié)，單水源的城市供水系統(tǒng)相對簡單，供水調(diào)度的范圍和限定條件較少，實際優(yōu)化運行的方法也相對簡化，但對多水源情況，系統(tǒng)較為復雜，調(diào)度優(yōu)化邊界條件較多且較復雜。

多水源的城市供水調(diào)度系統(tǒng)，由于供水的不斷發(fā)展、供水范圍逐步擴大、管網(wǎng)復雜及供水格局的不斷調(diào)整等因素的影響，使管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型不斷變化，新的問題不斷出現(xiàn)，調(diào)度監(jiān)控和決策系統(tǒng)需不斷地更新變化，因此現(xiàn)階段要實現(xiàn)實時優(yōu)化調(diào)度，在實際操作上尚存在一定的技術(shù)難度。本文以廣州市自來水公司為例，結(jié)合近年來公司在調(diào)度節(jié)能工作取得的成績和經(jīng)驗，重點介紹要實現(xiàn)調(diào)度運行節(jié)能的主要途徑。

1優(yōu)化管網(wǎng)平均壓力

目前，國內(nèi)各水司均設置管網(wǎng)監(jiān)測點，依靠監(jiān)控點的實時壓力，調(diào)節(jié)水廠的供水量，管網(wǎng)壓力的大小代表水的勢能的大小，其能量歸根到底來源于水廠的動力輸出，壓力的大小與水廠輸出動力成正比，因此管網(wǎng)平均壓力的合理控制是管網(wǎng)節(jié)能降耗的重要措施之一。優(yōu)化管網(wǎng)壓力實際上就是在確保滿足終端用戶正常用水的最低壓力（0.14MPa）的前提下，使管網(wǎng)監(jiān)測點平均壓力最低，最大程度減少管網(wǎng)富余水頭，從而減少能源的浪費。

在多源式供水系統(tǒng)和樹狀供水管網(wǎng)中，用戶用水需求的變化和各供水源的水量分配的變化，使管網(wǎng)水頭損失也隨之變化，往往管網(wǎng)測壓點的實際壓力并不能達到最優(yōu)，這是復雜的系統(tǒng)優(yōu)化工程，要依靠調(diào)度決策系統(tǒng)進一步發(fā)展和完善才能真正實現(xiàn)最優(yōu)化。監(jiān)測點最佳壓力的取得需要實際測算和多次進行試驗才能得到。近年來，公司調(diào)度室通過閥門調(diào)節(jié)、供水格局調(diào)整和管網(wǎng)改造工程等手段實現(xiàn)合理降低管網(wǎng)壓力，5年內(nèi)管網(wǎng)平均壓力下降了0.08MPa， 供水電耗下降了12.06kWh/dam3，按年平均供水量13.4億m3計算，5年共節(jié)約用電1616萬kWh，降低供水動力成本約1300萬元。收到良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益，在公司節(jié)能降耗工作中發(fā)揮了巨大作用（見表1）。

表12004～2009年管網(wǎng)平均壓力與供水電耗對比表

項目日期 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年

管網(wǎng)平均壓力（MPa） 0.512 0.491 0.473 0.456 0.445 0.432

供水電耗

（kWh/dam3） 305.68 305.15 304.55 298.34 295.10 293.62

電耗遞減

（kWh/dam3） / 0.53 0.60 6.21 3.24 1.48

2優(yōu)化調(diào)配各水廠的供水量

我公司6間水廠均分布于城市的邊緣，東部西洲和新塘水廠，設計供水能力分別為40萬m3/d和70萬m3/d；南部南洲水廠，設計供水能力為100萬m3/d；西北部有三間水廠，西村、石門、江村水廠，設計供水能力分別為100萬m3/d、80萬m3/d和44萬m3/d；由于水廠水源不同和建設的時間不同，水處理工藝不盡相同，其運行電耗和物耗也不盡相同，因此，合理調(diào)配各廠的供水量，對節(jié)能降耗和節(jié)約生產(chǎn)成本非常重要。

優(yōu)化調(diào)配各廠的供水量實際上是在保證管網(wǎng)控制壓力在最佳范圍內(nèi)，在供水總量保持與需求一致的情況下，讓電耗低或成本低的水廠多供水，要達到這個目標首先要掌握公司供水總量與管網(wǎng)供水壓力的關(guān)系和各水廠供水總量與供水成本之間的關(guān)系，從上述的關(guān)系中求出平衡點，即最低成本點的供水量組合。2013年調(diào)度室按此方案指導水廠運行，取得了較好的經(jīng)濟效益，電耗比預期下降了9kWh/dam3，成本下降了32元/dam3。年節(jié)約成本1120萬元。

圖1

圖2

3合理建設加壓站進行高位區(qū)域供水

由于城市的地勢的不同，要滿足高位地區(qū)的供水，則必須提高水廠的出廠水壓力才能實現(xiàn)，而提高出廠水壓力必然造成水廠的能耗的上升。根據(jù)泵站電耗和揚程的關(guān)系公式：

E耗=E電/Q供=γHQt/102Q供η站=1000H/102×3600η站

=272.33H/η站（kWh/dam3）

E電—泵站所消耗的電量（kWh）

E耗—千噸水的耗電量（kWh/dam3）

γ—水的容重（kg/m3），γ=1000kg/m3

H—泵站的凈揚程（m）

Q—泵站總流量（m3/s）

T—泵站運行的小時數(shù)（h）

η站—泵站綜合效率（%）

從公式中可以知道，供水電耗與揚程成正比，與泵站效率成反比例，揚程越高，即出水壓力越高，電耗越高。反之，電耗越低。因此提高水廠出廠水壓力來滿足地勢高區(qū)域用戶的用水需求就非常不經(jīng)濟了。合理設置加壓站是改善這種情況的有效途徑。雖然加壓站在運行時有30%左右的能量為泵組損失掉，但由于區(qū)域水量較小，比起大面積提升管網(wǎng)壓力要經(jīng)濟得多。

公司近年先后建設了28個加壓站，平均出水壓力為0.25MPa，這些加壓站用電折合公司電耗約為25kWh/dam3，假設該壓力是剛好滿足高位用戶的最低用水需求的壓力的話，如取消這些加壓站，而由水廠直接加壓，那么水廠的出廠水壓力將提升0.25MPa，根據(jù)上述公式計算，公司電耗將提升94.55kWh/dam3（泵組效率按72%計），是現(xiàn)加壓站用電的3.78倍，因此，合理設置加壓站節(jié)能效果是非常顯著的。

合理設置加壓站的意義還遠非如此，在取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益的同時，大大降低了管網(wǎng)的平均壓力，減少爆管的幾率，使管網(wǎng)運行更加安全，為保障供水創(chuàng)造了有力的條件。

4加壓站的優(yōu)化運行

在廣州市28個加壓站中，大部分加壓站設有抽庫泵組和直抽泵組，合理利用這些泵組降低能耗也是調(diào)度優(yōu)化的重要內(nèi)容之一，降低加壓站能耗的主要方法有：

4.1合理調(diào)配直抽和抽庫泵組

直抽泵組選擇在日供水低峰期使用，抽庫泵組在日供水高峰期使用，利用加壓站水庫的調(diào)蓄能力，將庫水補充到管網(wǎng)中，有力于供水錯峰，更大程度地減少因水量峰值過大造成的管網(wǎng)的水頭損失，減少水廠的出水量和出廠水壓力，實現(xiàn)能源節(jié)約。

4.2合理使用變頻器

為了適應用戶的用水需求和管網(wǎng)壓力的變化，大部分加壓站配備變頻調(diào)速裝置，在用水高峰，由于供水量需求較大，此時變頻器加大頻率或使泵組全速運行，在供水低峰期，需水量減少，此時變頻器降頻運行，通過變頻器的自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)減少管道富余水頭和提高泵組運行效率的雙重目的。

5管網(wǎng)供水格局的調(diào)整與優(yōu)化

隨著城市建設的日新月異，供水事業(yè)也隨之迅猛發(fā)展，新的用水用戶不斷增加，供水范圍不斷擴大，使供水量逐年平均以1.65%遞增為使管網(wǎng)適應新的水量變化，要求城市供水管網(wǎng)要與時俱進，不斷更新和改造以及合理調(diào)整供水格局。

為適應廣州市白云區(qū)江高鎮(zhèn)缺水區(qū)域的供水，公司在石井大道安裝一條DN800管，接通原江高鎮(zhèn)DN600管，使石門水廠水能夠通過該管向江高鎮(zhèn)供水，從而使江村一廠減少向江高鎮(zhèn)的水量，增加向花都雅瑤的供水能力，該項目實施后，石門水廠供水至江高鎮(zhèn)每日約增加3.3萬m3，出廠水壓力降低了0.02MPa，在供水量增加的情況下，其供水電耗由原來的206.13kWh/dam3下降到198.01kWh/dam3，年節(jié)約電量約244萬kWh，年節(jié)約成本約200萬元，該管網(wǎng)改造工程的實施，取得了較好的經(jīng)濟效益。綜上所述，通過對管網(wǎng)供水格局的調(diào)整與優(yōu)化，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的雙贏。

多源式供水系統(tǒng)的調(diào)度節(jié)能優(yōu)化，是一個復雜的系統(tǒng)工程，要用系統(tǒng)分析的方法來解決，隨著信息科學和控制技術(shù)的不斷發(fā)展及調(diào)度智能決策分析系統(tǒng)的不斷完善，通過建立和開發(fā)供水系統(tǒng)高效低耗的優(yōu)化調(diào)度運行管理模式，用于指導生產(chǎn)，才能真正實現(xiàn)多源式供水系統(tǒng)的優(yōu)化，達到促進公司供水系統(tǒng)安全運行和增效降耗的目的。

作者簡介：吳卓禎（1955-），男，廣東廣州人，廣州市自來水公司調(diào)度室主任，經(jīng)濟師，研究方向：企業(yè)節(jié)能減排、科學調(diào)度。

endprint

摘要：廣州市自來水公司屬多水源的供水系統(tǒng)，屬下有6間水廠和28個加壓站，供水管網(wǎng)約有5100多公里。供水調(diào)度優(yōu)化的問題也同樣有待調(diào)度決策系統(tǒng)進一步發(fā)展和完善，并依托用戶信息管理系統(tǒng)的開發(fā)和供水管網(wǎng)動態(tài)模型的建立而逐步優(yōu)化。文章從優(yōu)化管網(wǎng)平均壓力和各水廠的供水量，建設加壓站等方面論述了城市多源式供水管網(wǎng)調(diào)度節(jié)能的主要途徑。

關(guān)鍵詞：供水調(diào)度；多水源；管網(wǎng)壓力；加壓站；供水量分配

中圖分類號：TU991文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0091-02

供水調(diào)度實質(zhì)上是城市自來水生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)量控制、供水量分配的中心，是保障供水的重要指揮環(huán)節(jié)之一，供水調(diào)度的目的是：通過調(diào)整運行方案，在充分滿足市場對水量、水壓、水質(zhì)要求的前提下，盡可能使運行成本達到最優(yōu)。因此優(yōu)化調(diào)度直接影響供水效果和企業(yè)的經(jīng)濟評價。

供水調(diào)度的范圍主要有水廠生產(chǎn)系統(tǒng)、供配水系統(tǒng)和區(qū)域加壓站三個重要環(huán)節(jié)，單水源的城市供水系統(tǒng)相對簡單，供水調(diào)度的范圍和限定條件較少，實際優(yōu)化運行的方法也相對簡化，但對多水源情況，系統(tǒng)較為復雜，調(diào)度優(yōu)化邊界條件較多且較復雜。

多水源的城市供水調(diào)度系統(tǒng)，由于供水的不斷發(fā)展、供水范圍逐步擴大、管網(wǎng)復雜及供水格局的不斷調(diào)整等因素的影響，使管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型不斷變化，新的問題不斷出現(xiàn)，調(diào)度監(jiān)控和決策系統(tǒng)需不斷地更新變化，因此現(xiàn)階段要實現(xiàn)實時優(yōu)化調(diào)度，在實際操作上尚存在一定的技術(shù)難度。本文以廣州市自來水公司為例，結(jié)合近年來公司在調(diào)度節(jié)能工作取得的成績和經(jīng)驗，重點介紹要實現(xiàn)調(diào)度運行節(jié)能的主要途徑。

1優(yōu)化管網(wǎng)平均壓力

目前，國內(nèi)各水司均設置管網(wǎng)監(jiān)測點，依靠監(jiān)控點的實時壓力，調(diào)節(jié)水廠的供水量，管網(wǎng)壓力的大小代表水的勢能的大小，其能量歸根到底來源于水廠的動力輸出，壓力的大小與水廠輸出動力成正比，因此管網(wǎng)平均壓力的合理控制是管網(wǎng)節(jié)能降耗的重要措施之一。優(yōu)化管網(wǎng)壓力實際上就是在確保滿足終端用戶正常用水的最低壓力（0.14MPa）的前提下，使管網(wǎng)監(jiān)測點平均壓力最低，最大程度減少管網(wǎng)富余水頭，從而減少能源的浪費。

在多源式供水系統(tǒng)和樹狀供水管網(wǎng)中，用戶用水需求的變化和各供水源的水量分配的變化，使管網(wǎng)水頭損失也隨之變化，往往管網(wǎng)測壓點的實際壓力并不能達到最優(yōu)，這是復雜的系統(tǒng)優(yōu)化工程，要依靠調(diào)度決策系統(tǒng)進一步發(fā)展和完善才能真正實現(xiàn)最優(yōu)化。監(jiān)測點最佳壓力的取得需要實際測算和多次進行試驗才能得到。近年來，公司調(diào)度室通過閥門調(diào)節(jié)、供水格局調(diào)整和管網(wǎng)改造工程等手段實現(xiàn)合理降低管網(wǎng)壓力，5年內(nèi)管網(wǎng)平均壓力下降了0.08MPa， 供水電耗下降了12.06kWh/dam3，按年平均供水量13.4億m3計算，5年共節(jié)約用電1616萬kWh，降低供水動力成本約1300萬元。收到良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益，在公司節(jié)能降耗工作中發(fā)揮了巨大作用（見表1）。

表12004～2009年管網(wǎng)平均壓力與供水電耗對比表

項目日期 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年

管網(wǎng)平均壓力（MPa） 0.512 0.491 0.473 0.456 0.445 0.432

供水電耗

（kWh/dam3） 305.68 305.15 304.55 298.34 295.10 293.62

電耗遞減

（kWh/dam3） / 0.53 0.60 6.21 3.24 1.48

2優(yōu)化調(diào)配各水廠的供水量

我公司6間水廠均分布于城市的邊緣，東部西洲和新塘水廠，設計供水能力分別為40萬m3/d和70萬m3/d；南部南洲水廠，設計供水能力為100萬m3/d；西北部有三間水廠，西村、石門、江村水廠，設計供水能力分別為100萬m3/d、80萬m3/d和44萬m3/d；由于水廠水源不同和建設的時間不同，水處理工藝不盡相同，其運行電耗和物耗也不盡相同，因此，合理調(diào)配各廠的供水量，對節(jié)能降耗和節(jié)約生產(chǎn)成本非常重要。

優(yōu)化調(diào)配各廠的供水量實際上是在保證管網(wǎng)控制壓力在最佳范圍內(nèi)，在供水總量保持與需求一致的情況下，讓電耗低或成本低的水廠多供水，要達到這個目標首先要掌握公司供水總量與管網(wǎng)供水壓力的關(guān)系和各水廠供水總量與供水成本之間的關(guān)系，從上述的關(guān)系中求出平衡點，即最低成本點的供水量組合。2013年調(diào)度室按此方案指導水廠運行，取得了較好的經(jīng)濟效益，電耗比預期下降了9kWh/dam3，成本下降了32元/dam3。年節(jié)約成本1120萬元。

圖1

圖2

3合理建設加壓站進行高位區(qū)域供水

由于城市的地勢的不同，要滿足高位地區(qū)的供水，則必須提高水廠的出廠水壓力才能實現(xiàn)，而提高出廠水壓力必然造成水廠的能耗的上升。根據(jù)泵站電耗和揚程的關(guān)系公式：

E耗=E電/Q供=γHQt/102Q供η站=1000H/102×3600η站

=272.33H/η站（kWh/dam3）

E電—泵站所消耗的電量（kWh）

E耗—千噸水的耗電量（kWh/dam3）

γ—水的容重（kg/m3），γ=1000kg/m3

H—泵站的凈揚程（m）

Q—泵站總流量（m3/s）

T—泵站運行的小時數(shù)（h）

η站—泵站綜合效率（%）

從公式中可以知道，供水電耗與揚程成正比，與泵站效率成反比例，揚程越高，即出水壓力越高，電耗越高。反之，電耗越低。因此提高水廠出廠水壓力來滿足地勢高區(qū)域用戶的用水需求就非常不經(jīng)濟了。合理設置加壓站是改善這種情況的有效途徑。雖然加壓站在運行時有30%左右的能量為泵組損失掉，但由于區(qū)域水量較小，比起大面積提升管網(wǎng)壓力要經(jīng)濟得多。

公司近年先后建設了28個加壓站，平均出水壓力為0.25MPa，這些加壓站用電折合公司電耗約為25kWh/dam3，假設該壓力是剛好滿足高位用戶的最低用水需求的壓力的話，如取消這些加壓站，而由水廠直接加壓，那么水廠的出廠水壓力將提升0.25MPa，根據(jù)上述公式計算，公司電耗將提升94.55kWh/dam3（泵組效率按72%計），是現(xiàn)加壓站用電的3.78倍，因此，合理設置加壓站節(jié)能效果是非常顯著的。

合理設置加壓站的意義還遠非如此，在取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益的同時，大大降低了管網(wǎng)的平均壓力，減少爆管的幾率，使管網(wǎng)運行更加安全，為保障供水創(chuàng)造了有力的條件。

4加壓站的優(yōu)化運行

在廣州市28個加壓站中，大部分加壓站設有抽庫泵組和直抽泵組，合理利用這些泵組降低能耗也是調(diào)度優(yōu)化的重要內(nèi)容之一，降低加壓站能耗的主要方法有：

4.1合理調(diào)配直抽和抽庫泵組

直抽泵組選擇在日供水低峰期使用，抽庫泵組在日供水高峰期使用，利用加壓站水庫的調(diào)蓄能力，將庫水補充到管網(wǎng)中，有力于供水錯峰，更大程度地減少因水量峰值過大造成的管網(wǎng)的水頭損失，減少水廠的出水量和出廠水壓力，實現(xiàn)能源節(jié)約。

4.2合理使用變頻器

為了適應用戶的用水需求和管網(wǎng)壓力的變化，大部分加壓站配備變頻調(diào)速裝置，在用水高峰，由于供水量需求較大，此時變頻器加大頻率或使泵組全速運行，在供水低峰期，需水量減少，此時變頻器降頻運行，通過變頻器的自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)減少管道富余水頭和提高泵組運行效率的雙重目的。

5管網(wǎng)供水格局的調(diào)整與優(yōu)化

隨著城市建設的日新月異，供水事業(yè)也隨之迅猛發(fā)展，新的用水用戶不斷增加，供水范圍不斷擴大，使供水量逐年平均以1.65%遞增為使管網(wǎng)適應新的水量變化，要求城市供水管網(wǎng)要與時俱進，不斷更新和改造以及合理調(diào)整供水格局。

為適應廣州市白云區(qū)江高鎮(zhèn)缺水區(qū)域的供水，公司在石井大道安裝一條DN800管，接通原江高鎮(zhèn)DN600管，使石門水廠水能夠通過該管向江高鎮(zhèn)供水，從而使江村一廠減少向江高鎮(zhèn)的水量，增加向花都雅瑤的供水能力，該項目實施后，石門水廠供水至江高鎮(zhèn)每日約增加3.3萬m3，出廠水壓力降低了0.02MPa，在供水量增加的情況下，其供水電耗由原來的206.13kWh/dam3下降到198.01kWh/dam3，年節(jié)約電量約244萬kWh，年節(jié)約成本約200萬元，該管網(wǎng)改造工程的實施，取得了較好的經(jīng)濟效益。綜上所述，通過對管網(wǎng)供水格局的調(diào)整與優(yōu)化，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的雙贏。

多源式供水系統(tǒng)的調(diào)度節(jié)能優(yōu)化，是一個復雜的系統(tǒng)工程，要用系統(tǒng)分析的方法來解決，隨著信息科學和控制技術(shù)的不斷發(fā)展及調(diào)度智能決策分析系統(tǒng)的不斷完善，通過建立和開發(fā)供水系統(tǒng)高效低耗的優(yōu)化調(diào)度運行管理模式，用于指導生產(chǎn)，才能真正實現(xiàn)多源式供水系統(tǒng)的優(yōu)化，達到促進公司供水系統(tǒng)安全運行和增效降耗的目的。

作者簡介：吳卓禎（1955-），男，廣東廣州人，廣州市自來水公司調(diào)度室主任，經(jīng)濟師，研究方向：企業(yè)節(jié)能減排、科學調(diào)度。

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