姚雅明 徐世剛 解力偉 孫同斌 姚泊生

（北京金易奧科技發(fā)展有限公司，北京 101102）

對北京市兩百多個二次供水泵站進行的一項運行能效調(diào)查顯示，平均電能浪費57%，設(shè)備幾乎涵蓋所有市場占有率較高的知名品牌。

居民小區(qū)的用水量受生活習(xí)慣和小區(qū)入住率的影響，全天變化幅度很大，這對二次供水設(shè)備的設(shè)計、選型和運行構(gòu)成了很大的挑戰(zhàn)。理論上缺支撐、技術(shù)上缺手段、運行能效缺強制性驗收標(biāo)準(zhǔn)，是二供領(lǐng)域泵站運行能效普遍偏低的三大主要原因。

一、泵站節(jié)能工作的理論依據(jù)和技術(shù)支撐

2021年《城鎮(zhèn)供水》雜志“姚博士談泵站節(jié)能”欄目主講人姚福來博士，提出的泵站能效預(yù)知理論以及用數(shù)學(xué)證明的姚定理1和姚定理2，是泵站節(jié)能工作的理論依據(jù)。由于數(shù)學(xué)證明的嚴謹性，該結(jié)論正確且唯一，該理論的提出，使得泵站節(jié)能不再撲朔迷離和眾說紛紜，而是變成了一種可以準(zhǔn)確預(yù)知的科學(xué)工作。實現(xiàn)泵站能效預(yù)知理論的技術(shù)支撐是北京金易奧科技發(fā)展有限公司的若干發(fā)明專利。

泵站能效預(yù)知理論的技術(shù)實現(xiàn)路徑如圖1，把工藝參數(shù)（流量、壓力）、管網(wǎng)參數(shù)（最大流量、最小流量、最大壓力、最小壓力）和設(shè)備參數(shù)（水泵參數(shù)、電動機參數(shù)和變頻器參數(shù)）輸入測控分析模塊，根據(jù)泵站能效預(yù)知理論，得出滿足工藝要求條件下，以運行能效最高（能耗最低）為目標(biāo)的最優(yōu)控制方法，并輸出最優(yōu)的水泵組合策略和調(diào)速策略，進而實現(xiàn)對泵站的最優(yōu)能效控制。

圖1 泵站能效預(yù)知理論的技術(shù)實現(xiàn)路徑

二、北京市某小區(qū)高區(qū)二次供水泵站節(jié)能改造案例

前幾期文章，我們給出的幾個二次供水泵站節(jié)能改造案例，節(jié)電比例都在72-84%，讀者可能會產(chǎn)生誤會，認為二次供水設(shè)備存在的節(jié)電比例都這么高，其實，不是這樣的，我們對兩百多個二次供水泵站實際運行能效的隨機調(diào)查，平均節(jié)電潛力為57%，也就是說節(jié)電比例有高有低，只要投資回報可行，很多節(jié)電比例低的泵站也可以進行節(jié)能改造，下面的案例就是一個例子。

某物業(yè)公司是一個上市企業(yè)，對節(jié)能工作比較重視，在他們管理的物業(yè)中，采取了很多節(jié)能措施。在我們對該公司管理的北京某小區(qū)進行節(jié)能調(diào)查中，用“泵站能效分析儀”對高區(qū)二次供水加壓泵站進行數(shù)據(jù)采集分析，發(fā)現(xiàn)該泵站有40%以上的電能浪費?！氨谜灸苄Х治鰞x”如圖2。

圖2 泵站能效測試儀

北京金易奧科技發(fā)展有限公司與該物業(yè)公司商定，項目采用合同能源管理模式，由金易奧公司投入技術(shù)、資金和設(shè)備，用4S全變頻能效預(yù)知設(shè)備對二次供水泵站進行節(jié)能改造，用節(jié)約下來的電費返還節(jié)能投資。

市政管網(wǎng)來的帶壓力的水先流入高區(qū)二次供水泵站的穩(wěn)流（無負壓）罐，從穩(wěn)流罐流出的水經(jīng)泵站加壓后，送入居民家中，該二次加壓泵站整體結(jié)構(gòu)，如圖3。

圖3 北京某小區(qū)高區(qū)二次加壓泵站整體結(jié)構(gòu)

本次節(jié)能改造保持泵站總體結(jié)構(gòu)不變，節(jié)能原理是利用《城鎮(zhèn)供水》雜志“姚博士談泵站節(jié)能”欄目主講人姚福來博士證明的泵站能效預(yù)知理論：姚定理1和姚定理2。

該泵站節(jié)能改造前的噸水電耗為0.795kWh/m3，圖4為該小區(qū)泵站改造前的現(xiàn)場，2022年4月15日完成節(jié)能改造，改造后該泵站的噸水電耗為0.459kWh/ m3，圖5為該泵站改造后的現(xiàn)場，前后數(shù)據(jù)對比，實現(xiàn)的節(jié)電比例為42.3%，每年可為該物業(yè)公司節(jié)約電量33282度電（kWh）。

圖4 北京某小區(qū)高區(qū)二次加壓泵站節(jié)能改造前

圖5 北京某小區(qū)高區(qū)二次加壓泵站節(jié)能改造后

三、泵站能效預(yù)知理論在其他泵站的應(yīng)用

1999年，全國范圍內(nèi)，國有企業(yè)開展學(xué)邯鋼“降本增效”行動，某省會自來水公司買了2臺ABB的變頻器，在第五水廠進行節(jié)能改造，ABB是“用電力和效率創(chuàng)造美好世界”的倡導(dǎo)者，自然關(guān)注用電效率，運行結(jié)果卻出人意外，上了變頻器后，泵站不但不節(jié)電，反而還出現(xiàn)了費電問題，他們向ABB公司詢問原因，為什么實際運行結(jié)果和樣本上宣傳的節(jié)電效果有這么大的出入，ABB的解釋是樣本不是合同，一切以采購合同為準(zhǔn)。后來，該水司領(lǐng)導(dǎo)為了盤活這兩臺新買的變頻器，得知我們的技術(shù)后，給該水廠的送水泵站上了我們的優(yōu)化控制設(shè)備，雙方約定不付預(yù)付款，達到承諾的節(jié)電比例后，2個月內(nèi)1次付清，最后實現(xiàn)了我們預(yù)先給出的節(jié)電比例，節(jié)電12%。

這個自來水公司的第八水廠，是當(dāng)時該省投資最大的水廠，1999年用我們的優(yōu)化控制設(shè)備，代替外國原裝進口的設(shè)備對變頻器和泵站進行控制，外國控制設(shè)備僅保留測量顯示功能，最后實現(xiàn)了節(jié)電30%的效果，這個結(jié)果和我們預(yù)先給出的節(jié)電比例相符。

該理論和技術(shù)在寶武鋼鐵、河北鋼鐵、首鋼、中石油、中石化以及很多大中型水廠都有應(yīng)用。在某鋼鐵廠，用我們的優(yōu)化控制設(shè)備，代替施耐德公司的控制設(shè)備對變頻器和泵站進行控制，實現(xiàn)節(jié)能19%，要知道，施耐德是以“全球能效專家”為核心技術(shù)的國際知名企業(yè)。

20多年來，我們利用泵站能效預(yù)知理論和技術(shù)，完成了600多個其它泵站節(jié)能應(yīng)用案例，目前，技術(shù)和現(xiàn)場經(jīng)驗都非常成熟，希望該技術(shù)和理論今后在提高二次供水設(shè)備運行能效方面能大放異彩。

四、結(jié)論

在國家“雙碳”戰(zhàn)略不斷強化的今天，二次供水設(shè)備運行能效普遍偏低，電能浪費嚴重，成為“雙碳”戰(zhàn)略的洼地，應(yīng)該引起有關(guān)部門和有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的注意，“雙碳”任務(wù)不僅要落實在口頭上，在確認浪費嚴重的領(lǐng)域，還要盡快落實在行動上，有所作為，這即是對社會負責(zé)，也是對國家負責(zé)。

在對二次供水設(shè)備實行統(tǒng)建統(tǒng)管的城市，利用成熟的泵站能效預(yù)知理論和技術(shù)，把所在區(qū)域做成“雙碳”戰(zhàn)略的“先行者”和“示范者”，成為“節(jié)能標(biāo)桿”?？梢韵葘爡^(qū)內(nèi)的二次供水設(shè)備進行節(jié)能普查，摸清哪里是電能浪費的重點，哪些廠家的設(shè)備運行能效低，邁出節(jié)能工作的重大一步。

對某北京市兩百多個二次供水泵站的隨機調(diào)查，設(shè)備幾乎涵蓋所有的知名品牌，平均算下來，一半以上的電能是被浪費掉了，令人痛心。理論上缺支撐、技術(shù)上缺手段、運行能效缺強制性驗收標(biāo)準(zhǔn)，是運行能效普遍偏低的三大主要原因。