水厂调速节能必须追求最小单位电耗目标

例·ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ　ＣＡＳＥＳ　

水厂调速节能必须追求最小单位电耗目标　

本文应用泵站目标电耗节能技术准确确定泵站的节能潜力，并实现对泵站进行量化节能控制，着重阐述了调速节能与水厂泵　站目标电耗的关系。　哈尔滨供排水集团制水三厂宋铁男　王智祥丁芳　

ｌ　引言　水泵用电量占取送水泵站大部分的能源消耗。对于这　样大的用电领域，准确确定出节电潜力，并对节能潜力好　的泵站加以改造，避免粗放性节能估算造成节能改造效果　不能保障的问题，就显得非常重要。本文以能准确测算泵　站节能效果并能实施量化节能控制的泵站目标电耗节能技　术在泵站中的应用进行探讨。　２泵站目标电耗节能技术应用　２．１泵站控制技术概述　对泵站的参数（例如：流量、压力或液位）进行控制，　是为了满足生产的工艺要求，二是可以尽量减少能量的　浪费。目前人们经常使用的方法有：一是使用调节装置调　节水泵的转速，来满足工艺要求；二是通过大小泵的搭　配，来满足不同工况下的要求；三是阀门控制；四是调节　水泵叶片角度的调节方法。　从多年的实践中体会到，虽然各种方式都可以满足工　艺条件下的调节和控制，但是不同的控制方式或是同一种　控制方式下不同的控制策略可能会带来不同的耗电效果，　有的耗电多有的耗电就少这里有一个耗电最低（优化）的　运行方法和方式。为了得到这个最佳的结果，就必须对泵　站的电耗因素进行定量研究，这里之所以提到定量而不是　定性，是因为只有定量才可能对改造的经济性和实现性作　出判别，这就是泵站量化节能技术的本质所在。　２－２泵站电耗因素分析　泵站的吨水电耗表达式：　田ＴＨＥ　ＷＯＲＬＤ　ＯＦ　ＩＮＶＥＲＴＥＲＳ　ｗ：　！垒：１２＋竺　！　：１２　垒翌！垒：　２＋　！皇：！１　３６７ｘｒｌ￣ｘ（Ｑ，ｔ）３６７ｘ，　（Ｑ，ｔ）　（Ｑ，Ｈ）　３６７ｘｒｌ（Ｑ，ｔ）　（１）　式（１）中第一部分代表了泵站所能实现的最小吨电耗，　这是我们所追求的目标电耗，记为Ｗｍｉｎｔ。　Ｈ，　ｔ，－ｏｌｄ，ｔ）＼　（２）　式（１）中的第二部分代表了当前情况下，泵站存在的　节电潜力，从负面讲也是泵站浪费的吨水电耗，记为△ｗ。　３６７ｘｒｌ￣ｔ×　Ｈ＋　㈥　（Ｑ）　（Ｑ，　）　３６７×　（Ｑ，ｆ）　式（３）中的第一部分是由于泵站运行效率ｎ（Ｑ，Ｈ）　偏离最高的效率ｎ（Ｑ，Ｈ）形成效率偏差△ｎ（Ｑ，Ｈ），而造　成的节电潜力（或电能浪费），第二部分是由于泵站存在　富裕扬程△Ｈ（Ｑ，ｔ）而造成的电能浪费。泵站目标电耗节　能技术原理如图２一ｌ所示。　

图１　泵站目标电耗节能技术原理　“泵站目标电耗设计测算软件”（（ＰＵＭＰＳＡＶＥ３．０》就　是实现以上目标的应用性工具。该软件借助于强大的后台　运算能力及优化模型，使得软件的使用极为简单，使用者　■■　●　维普资讯 http://www.cqvip.com 只需将泵站所用设备和工艺要求输入　该软件，该软件就会自动给出泵站的　目标电耗变化曲线，其中的吨水电耗　变化曲线如图２所示。　Ｗｍｍ　伽口ｌ加々　‰　图２盹水电耗变化曲线图　在图２中，只要知道流量Ｑ就可　以查出对应该点的目标电耗值ｗ　及控制运行策略，知道了泵站的目标　电耗（最低吨水电耗）ｗ　也就知　道了泵站系统存在的节电潜力△ｗ。　泵站目标电耗节能技术通过复杂　的数学模型计算出泵站在满足工艺要　求下的最低的单位电耗，也就是要追　求的目标电耗，通过软硬件结合的泵　站目标电耗节能控制系统去控制一直　运行在最低度的单位电耗下，来实现　目标电耗。　３　实际应用　３．１水厂简介　哈尔滨制水公司制水三厂日供水　能力为６５万立方米，是哈尔滨目前最　大的地方水净水厂，其供水量占哈尔　滨市总供水量的７０％，供水范围涉及　七个行政区。　哈尔滨制水三厂是以松花江为　水源的地表水水厂，首先由一、二制　水厂抽取松花江水，增压后送至制　水三厂，经过投药混合、沉淀、过滤、　杀菌等工序处理后送至清水池，由　三个送水泵站送往不同的管网，其　中送水二泵站是利用奥地利政府贷　款，引进国外送水泵机组、高低压变　配电设备、以及管道阀门，于１　９９２　年投入使用。　二泵站配置１　０台送水机组，日　送水量４５万立方米（在全厂三个送　水泵站中送水量最大），使用设备先　进、自动化程度高，配置了日本横河　公司生产的集散控制系统（ＤＣＳ），　泵站高低压配电设备、变频变压器、　水泵、电机、控制柜等，全套设备为　奥地利Ｅ　ＬＩＮ提供，其中１—７号送水　机组由ＤＮ１　８００ｒａｍ管网送往市区，　清水泵型号为２　０ＬＮ一２６，流量为　３６００ｍ　／小时，配用功率：１、２、６、　７号为１０ＫＶ、６５０ＫＷ（定速）；３、４、　５号为ｌＯＫＶ、６５０ＫＷ（变频调速）。　自１９９２年投入运行以来，由于市　区供水管网曲线难以确立，所以没有　建立起一个合理的控制目标，导致三　台调速机组一直按定速运行，使得调　速机组在满负荷情况下工作，变频器　过热，功率因数低，谐波大，对电网　影响很大，运行可靠性差，变压器损　耗大等，运行成本提高。　３．２泵站目标电耗目标的制定　经２００２年、２００３年两年的运行参　数收集，电耗指标的统计与北京金　易奥科技发展有限公司合作，总结　哈尔滨制水三厂二泵站ＤＮ　１　８００ｍｍ　管网１～７号机组在管网压力和流量　合理的控制目标，使用泵站目标单　耗节能控制系统对原有水泵设备控　制系统进行改进，泵站目标电耗节　能控制系统由上位机、目标电耗控　制柜、在线节能控制软件、组态软件　等组成。制水三厂泵站目标电耗控　制系统如图３—１所示。　上位机和目标电耗控制柜通过　ＭＰＩ总线连接，目标电耗控制柜由　ＰＬＣ、继电器、端子等组成，和原有　的ＤＣＳ柜通过电缆进行端子侧连线。　模拟输入量如：流量、压力、液位、　电流等１—５Ｖ电压信号，模拟量输出　如变频器转速控制信号为４～２０ｍＡ　电流信号，开关量输出如开泵、关　泵、开阀、关阀等，开关量输入如泵　运行状态、，通过电缆并联或直接取　代等方式与目标电耗控制端子连接。　目标电耗控制系统有计算机手　动和自动两种控制方式，操作者可　根据情况选择使用。　目标电耗控制系统能够根据不　同的泵站，通过实时监测流量、压　力、温度等工艺参数。自动寻找并给　出在满足工艺要求条件下最优化的　机组组合及调速策略、实时保证泵　站系统始终处于最省电的运行状态。　目标电耗控制系统通过在线节　能软件调控，对泵站系统起到调节、　

图３三厂泵站目标电耗控制系统示意图　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＷＡＴＥＲ　ＩＮＤＵＳＴＲ

Ｙ囝　维普资讯 http://www.cqvip.com Ⅲ　应用案例·ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＣＡＳＥＳ　■　

稳定作用，能够对泵站系统（水泵、　电机和调速设备等）的运行起到稳　定和延长设备寿命的多重效果。　应用目标电耗控制系统在线软　件节能优化系统后，由计算机对三　台调速机组科学组合控制，发挥变　频电机的调速作用，从而解决了以　下问题：　（１）如何设计一个最省电的供　水系统？　（２）如何让一个供水系统在满　足工艺条件下的最低吨水电耗值去　运行？　（３）如何让供水系统按设计出　的最低吨水电耗值去运行？　（４）如何判别一个供水系统？　（５）如何让自控不稳定的供水　系统稳定运行？　目标电耗控制系统能够对泵站　的一些重要参数进行在线保存，对　泵站实时和历史运行状况一目了然，　便于管理、分析和检查。　对原有水泵设备控制系统进行改　造前，首先使用“泵站目标电耗测算　软件”对送水二泵站系统进行分析　和测算，发现原有情况下，年均还有　７％左右的节电潜力。２００３年８月使用　泵站目标送水管网１—７号送水机组进　行节能改造，未使用泵站目标电耗　节能控制系统前的２００３年６月份平均　送水电单耗为１３６．５６ｋｗｈ／ｋｒｎ　，总管　压力为０．３－０．３８Ｍｐａ。使用泵站目标　电耗系统后的１　０月份正常送水平均　送水电单耗为１２９．４４　ｋｗｈ／ｋｉｎ　，总　管压力根据调度允许的０．３－０．３８Ｍｐａ　范围内，节电比例为５．２１％，与２００２　年同期比节电效果为８．３６％；使用泵站　目标电耗系统后的２００４年２月份正常　送水平均电单耗为１２１．９５ｋｗｈ／ｋｉｎ　，　总管网压力０．３－０．３８Ｍｐａ，节电率为　囱ＴＨＥ　ＷＯＲＬＤ　ＯＦ　ＩＮＶＥＲＴＥＲＳ　１０．７０％与２００２年同期相比，节电效　果１　６．１　５％，实际效果与改造前的测　算结果相符，节电效果显著。　４　结束语　实践经验证明，使用泵站目标　电耗测算软件对泵站系统进行分析，　可以比较准确地知道泵站的节能潜　力，使用泵站目标电耗系统，可得到　接近于预测的节能效果。　哈尔滨制水三厂二泵站ＤＮ１８００ｍｍ　管网送水泵站目标电耗控制系统自　２００３年９月正式运行以来，节电效果　十分可观，自２００３年９月２５日至２００５　年１２月３１日间，共节电２０４９２９３ｋＷｈ，　既节省费用ｌｌ　９２１　８１．９２元人民币。　如表１～表８所示。　这项节能技术的应用不仅节省　大量电能和资金，还解决过去人为　控制管网压力过高，造成冬舂两季　市区供水管网经常出现爆管事故，　使市区道路积水结冰，影响市民正　常生活的目的，同时还减轻泵站值　班人员的劳动强度。　作者简介　宋铁男　工程师　现供职于哈　尔滨供排水集团制水三厂。　参考文献（略）　表１　系统投入前单耗情况　

送水量（ｋｍ　）　９０５９．９、　６５９６．０５　９１６　１．２　８９９７．１　用￣ｔ（ｋｗｈ）　ｌ１７２８０１　８４２３４６　ｌ１８４５０５　１１３９５３１　５　用电斡　１／ｋｍ　）　１２９．４５　１２７．７０　ｌ２９．３０　１２６．９５　节电率（％）　５．２１　６．４９　５．３２　１０．７ｇＩ　节￣（ｋｗｈ）　６４４１９　５８４１　ｌ　６６５４８　．．８９１０９　节省电费（元）　２８９８８．５２　２６２８４．９５　２９９４６．８１　４００９９￣ｉＯ

４　维普资讯 http://www.cqvip.com 表４　迭７Ｅｌ（ｋｍ３）　７８９毒　４　７８９４．　９５４２．３　∞８３　用电量（ｋｗ珏）　１０２２３２５　ｌ０２５３２５　１２０１１２５一，１１３７４２０　用电宣　１／，ｋｍ　）　１２９¨．８８　１２９．８８　２５．８７ｉ　ｉ　１２５　２３　节电率（％）　０　４．８９　４．８９Ｃ　７．８３［ｉｌ｜８ｉ：３ｏ　节￣ｉ（ｋｗｈ）　５２７３４　５２７３４：　ｉｉｉ９ｉ９７１　ｌｌ　１０２９５４　节省电费（元）　２３７３０ｉ４２　２３７３０，１４２　４５８８７．１７　ｌ　－４６３２９。５２　表５　●●●一ｌ＿＿ＨＩ一一…～一一一…　送７ＪＣｉ（ｋｍ￣）　９４５４．９　１８９３６．５８　８：８１２６１＇ｉ　用电量（ｋｗｈ）ｌ　１ｔ７００４５　［１１８５３　１￣４６８５　曩ｕ　用电攀耗（　ｍ／ｋｍ　）ｉｉ　１２３￣１７５　１２５．１６　１２２０ｉ８ｌｌ　。　ｌ　节电率（％）。。０　＿９，３８　８。３５ｔ一　¨．Ｉ５３　０　０　节哇　（ｋｗ　：　一１２ｌｌｌｌ６　）ｉ０ｉ８　７６４　＿　：０　节省电费（元）　５４５ｏ２　２６　４＿５８２９　７２　。。　６２４４３．６５　。　表６　送水量（ｋｍ　＿９１４２１１２　｝８１３０：￣ｉｉｉｌ　５　８ｌ≯　８５≥§　ｌ８７　用电量（ｋｗｂ＿）　：　ｌ０８６５４Ｏ　。９８００４０　１　为３ｌ１５ｉｉ！　１０６９８￣　用电　ｋｗｈ／１（ｎｌ　）　１　１８，８５　１２ｏ．５￣　ｌ１２４　１８ｌｌ｝　１２５￣ｉ２７　节电率（％）　＿　ｉ　１２．９７　ｌｌ　１．７３０；　．　９　Ｏ７　０　０　８　节嘲　曩　１９，１￣８３　ｌ　睁Ｄ２０６　秘　ｌ　啦．１ｌ　９６　节省瞧费（元　０ｌ７２ｌ８６　ｌ４７　￣８５９２　。　娩ｒ§　３　３ｊ８　ｏ９　表７　ｉ差ｌ馐（ｋ　’　ｌ　４５５　￣。８９７１　…　０ｏｌ　９　用乓　ｋ　一，０ｌ　ｌ０７４　ｊ　ｌ６５≥　０　ｌ　ｊ　０　ｌ　细　用嘲　ｒｌ　ｊ　１２７　＿　！Ｚ４．４　ｉ　＿ｉ　．　！ｉ８ｉ　８９　ｌ　鍪　节　％）ｌｌ　６，９￣ｉｉ　ｌｌ　８．８４Ｉｌ　ｌｌ５　６２　ｌｌ　９　节窀　Ｋｗ　：　０　８ｏ４　：…ｉｏ￣５　０　＇　＿　７　３ｌ　０　Ｈ蛹？　表８　趣嚏唾ＩＩｌ　≯　０　粕’：　｛　｝　ｉ，　｛　拦　｝　｛　｝｛　｝　…§｛§¨｝　｛　§　Ｔ　用辔墨【ｋＷｈ）　＿　ｌ∞　却　－　ｌ２６８礴　吣　９　用　）　ｊ　；　ｌ２５　“　；　７．　尊　７３：　誊　Ｌ２　‘　节建　０　。，　８，　０６．８１　１　４７‘　善０　；　节嘲ｌｋ叽　ｌｌ＿　ｌ９８３　。　每２　６　０　薯０ｒ　≤０　（上接第２４页）　硬件控制电路运行更加稳定可靠，　同时有效的降低了系统运行成本。　实践证明，系统不仅满足了工艺　的需要，而且提高了中水处理的整体　管理水平，创造了一定的经济效益和　社会效益，具有很好的推广价值。　作者简介　王硕禾（１９６８一）　男石家庄　铁道学院副教授，研究方向电力电　子与电气传动，计算机控制。　参考文献　［１】王硕禾，张福生等．中小型水厂自动化　技术改造初探…．　《给水排水　，１９９９（１２）：　７５　７７　［２】刘中平．ＳＢＲ工艺在中水处理工艺中　的应用『Ｊ】．《给水排水　，２００４（８）：７８　８１　［３】王硕禾，万健如．矩阵电路实现ＰＬＣ输　出口的扩展ｌＪ１．《电气应用　，２００５（６）：５１－５３　［４】谢克明，夏路易．Ｎ可编程控制器原理与　程序设计［Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００２　［５】王硕禾．袋式除尘器计算机控制系统设　计『Ｊ】．《微计算机信息》，２００５（９）：７７—７９　［６】鲁秀国，张小秋，秦哲等．论解决水资源　短缺的有效方法一中水回用［Ｊ】．河北大学　学报，２００４，２４（２），２０３　２０６　［７】邢淑芳．浅谈城市污水资源化中的中水　回用…．太原大学学报，２００１，２（３）：６６—６８　［８】Ｍ．Ａ．Ｍａｓｓｏｕｄａ，ｂ，Ｍ．Ｄ．Ｓｃｒｉｍｓｈａｗａ，　Ｊ．Ｎ．Ｌｅｓｔｅｒａ．Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅａｎ　ａｃｔｉｏｎ　ｐｌａｎ：ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅａｎ　ｒｅｇｉｏｎ［Ｃ】．Ｏｃｅａｎ＆　Ｃｏａｓｔａｌ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　４６（２００３）８７５—８９９　［９】Ｄｉｍｉｔｒｉｓ　Ｐ．Ｋｏｍｉｌｉｓａ，Ｅｍｍａｎｏｕｉｌ　Ｋａｒａｔｚａｓｂ，Ｃ．Ｐ．Ｈａｌｖａｄａｋｉｓ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｏｌｉｖｅ　ｍｉｌｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｏｎ　ｓｅｅｄ　ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｃ】．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　７４（２００５）３３９—３４８　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＷＡＴＥＲ　ＩＮＤＵＳＴＲ