李虹(中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院)
孫松(大連市自來(lái)水公司)

　　建設(shè)部在《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》中提出了“提高供水水質(zhì)、提高供水安全性、降低能耗、降低漏耗、降低藥耗”的目標(biāo)。因此，在配水泵站設(shè)計(jì)中除結(jié)合城市發(fā)展特點(diǎn)和地形條件外，還應(yīng)注重在提高供水安全可靠性及降低能耗、漏耗等方面下功夫。采用變頻調(diào)速泵機(jī)組的意義體現(xiàn)在：①保證供水區(qū)域的水量水壓要求；②管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，減少爆管事故發(fā)生，降低漏失率；③根據(jù)城市用水24h變化情況實(shí)現(xiàn)泵站水泵變速調(diào)節(jié)供水，節(jié)能效果明顯。然而在供電行業(yè)施行了全日峰谷電價(jià)計(jì)價(jià)后(如圖1)，由于用水高峰與用電高峰幾乎重合(在有地形建高位水池的地區(qū)，可利用恒速水泵和高位水池在谷值電價(jià)時(shí)段存水，在峰值電價(jià)時(shí)段放水，以調(diào)節(jié)供水量)，這就提出了使用調(diào)速水泵雖節(jié)約電能，但是否也降低運(yùn)行電費(fèi)的問(wèn)題。本文以大連市新建工程為實(shí)例做一初步分析。

1 工程概況及比較方案

1.1 工程概況
　　新建水廠地處老供水中心區(qū)和新規(guī)劃區(qū)之間。由于新區(qū)自成一新供水系統(tǒng)，申請(qǐng)用水項(xiàng)目很多，總用水量大，平均達(dá)18×10⁴m³/d，最高達(dá)20×10⁴m³/d。供水區(qū)域地勢(shì)起伏大，管網(wǎng)有兩個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)1距水廠約3km，為用水大戶，服務(wù)水壓線標(biāo)高60m；控制點(diǎn)2距水廠約10km，服務(wù)水壓線標(biāo)高40m。此外，因受東南亞經(jīng)濟(jì)危機(jī)因素的影響，開發(fā)建設(shè)進(jìn)程放慢，用水負(fù)荷增加速度難以預(yù)測(cè)。
1.2 方案比較
　　在做配水方案時(shí)，考慮到本市已施行峰谷電價(jià)收費(fèi)制度，所以做以下四個(gè)設(shè)計(jì)方案：?
　　方案1：調(diào)速水泵配水，調(diào)節(jié)利用水廠清水池，水廠供水曲線與市區(qū)用水曲線一致。
　　方案2：恒速水泵變流量配水，調(diào)節(jié)利用水廠清水池和廠外高位水池，水廠供水曲線與市區(qū)用水曲線趨勢(shì)相近。
　　方案3：恒速水泵恒流量配水，調(diào)節(jié)利用水廠清水池和廠外高位水池。
　　方案4：恒速水泵變流量配水，調(diào)節(jié)利用水廠清水池和廠外高位水池，谷值電價(jià)時(shí)加大泵站流量，峰值電價(jià)時(shí)減小泵站流量。
　　方案1和方案2是水廠配水與用電高峰重峰的運(yùn)行方案，方案3是水廠均衡配水方案，方案4是水廠泵站工作與用電負(fù)荷錯(cuò)峰運(yùn)行的方案。
1.3 方案比較的基礎(chǔ)
　　① 水泵選用：每個(gè)方案按最高日最大時(shí)選泵。安裝4臺(tái)水泵，3用1備，其中調(diào)速水泵方案安裝調(diào)速泵、恒速泵各2臺(tái)(備用泵為恒速泵)，最高日最大配水量時(shí)水泵效率均為89%。
　　② 電機(jī)選用：電機(jī)效率均在95%以上。
　　③ 各方案水泵揚(yáng)程及高位水池池底標(biāo)高由管網(wǎng)平差確定，均應(yīng)滿足管網(wǎng)控制點(diǎn)的供水水量和水壓要求。

2 方案比較結(jié)果

2.1 揚(yáng)程和調(diào)節(jié)容積的確定
　　清水池與高位水池容積是依據(jù)表1列出的需調(diào)節(jié)百分比，按最大日用水量20×10⁴m³/d計(jì)算。

表1 調(diào)節(jié)容積比較表 方案 清水池調(diào)節(jié)容積（m³） 高位水池調(diào)節(jié)容積（m³） 總調(diào)節(jié)容積（m³） 總調(diào)節(jié)百分比（%） 1 18560 0 18560 9.28 2 17800 9840 27640 13.82 3 0 18560 18560 9.28 4 17800 33540 51340 25.67

　　泵站揚(yáng)程、用電量按各方案不同時(shí)段泵站送出水量及滿足管網(wǎng)控制點(diǎn)水壓線標(biāo)高要求，利用LOOP程序分別進(jìn)行管網(wǎng)平差計(jì)算得到。恒速水泵方案中的高位水池位置是與規(guī)劃部門共同協(xié)商確定的，距控制點(diǎn)2較近，池底標(biāo)高根據(jù)最高日最大供水時(shí)由高位水池補(bǔ)充水量多少所決定。根據(jù)逐時(shí)供水量等計(jì)算得知，補(bǔ)水量從少至多的順序依次為方案2、3、4，所以池底標(biāo)高的高度也分別為59、63、73m。標(biāo)高的不同，將影響各方案的水泵揚(yáng)程和耗電量。恒速泵站均為兩級(jí)工作制，高位水池上水時(shí)，泵站揚(yáng)程高；高位水池向下補(bǔ)水時(shí)，泵站揚(yáng)程低。
2.2 增加工程投資比較
　　各方案所需的調(diào)節(jié)容積按照清水池單方容積成本為600元、高位水池單方容積成本為800元計(jì)算出相應(yīng)增加工程設(shè)施的造價(jià)。
　　為了降低方案4的水泵揚(yáng)程即降低高位水池的池底標(biāo)高，將此方案配水管網(wǎng)中約2km管道口徑由DN700 mm改為DN900mm，增加投資見表2。

表2 增加工程造價(jià)比較表 萬(wàn)元 方案 清水池造價(jià) 高位水池造價(jià) 調(diào)速機(jī)組增加投資 配水管網(wǎng)增加投資 合計(jì)增加工程造價(jià) 1 1114 0 340 0 1454 2 1068 836 0 0 1094 3 0 1578 0 0 1578 4 1068 2851 0 80 3999

2.3 用電量及電費(fèi)比較
　　由于水泵是按城市最高日最大時(shí)用水量及水壓要求經(jīng)管網(wǎng)平差后確定，電量計(jì)算按其平均日情況推算，為準(zhǔn)確計(jì)算平均日用電量，將四個(gè)方案按24 h用水量逐時(shí)變化情況分別進(jìn)行管網(wǎng)平差計(jì)算得出每個(gè)方案的時(shí)耗電量。因?yàn)樵谧罡呷罩姓{(diào)速水泵的揚(yáng)程達(dá)695.8 kPa，恒速泵方案由于要向高位水池上水，揚(yáng)程分別為724.8、833、761.6 kPa，所以在平均日中各方案水泵運(yùn)行均已偏離最高效點(diǎn)，恒速泵偏離的幅度會(huì)更大。按峰谷電價(jià)累積全天的電費(fèi)支出，各方案年耗電量及年電費(fèi)比較見表3。

表3 年運(yùn)行電費(fèi)比較表 方案 年運(yùn)行電量（10⁴KW.h） 年運(yùn)行電費(fèi)（萬(wàn)元） 年運(yùn)行電費(fèi)差值（萬(wàn)元） 節(jié)約電費(fèi)百分比（%） 1 1551 844 79.46 8.60 2 1702 924 0.00 0.00 3 1748 867 57.25 6.20 4 1969 900 23.31 2.52

　　通過(guò)比較可知，方案2年耗電量雖不很高，但年運(yùn)行電費(fèi)最多。方案1和方案2皆為沒有錯(cuò)開供電高峰的配水方案，其年運(yùn)行費(fèi)卻相差甚遠(yuǎn)。所以實(shí)行峰谷電價(jià)后，配水方案的比較更為復(fù)雜。
2.4 最佳方案
　　根據(jù)上述分析，在本工程中使用變頻調(diào)速水泵不僅能保證供水安全可靠，節(jié)省電能，而且從工程造價(jià)和年運(yùn)行費(fèi)用綜合考慮也是合理的；同時(shí)不需再建高位水池，節(jié)約用地，且管理集中。特別是地處分區(qū)供水配水中心位置的水廠，在新規(guī)劃區(qū)用水負(fù)荷增加速度難以預(yù)測(cè)時(shí)，可根據(jù)管網(wǎng)建設(shè)情況靈活改變配水方向，滿足了城市發(fā)展的進(jìn)度要求，又不受已建高位水池能覆蓋配水區(qū)域的限制，對(duì)用水量季節(jié)變化適應(yīng)性強(qiáng)。因此，本工程以調(diào)速水泵機(jī)組方案為首選方案。

3 結(jié)論

　　實(shí)行峰谷電價(jià)后對(duì)配水方案的選擇有重大影響，特別在有條件建高位水池的地區(qū)，可以在谷值電價(jià)送水儲(chǔ)存，減少峰值電價(jià)時(shí)段泵站用電量。但是，變頻調(diào)速水泵方案與恒速泵高位水池調(diào)節(jié)方案何優(yōu)何劣是因地而異的，影響方案比較的主要因素有：①運(yùn)行工況的變化情況，日變化系數(shù)K_d和時(shí)變化系數(shù)K_h的大小，即與一年四季的用水量變化及日用水量曲線變化幅度有關(guān)；②供水區(qū)域地形條件及高位水池的位置，以及配水管網(wǎng)服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶對(duì)水量水壓的要求，這將決定供水方案的水泵揚(yáng)程差異；③調(diào)速電機(jī)價(jià)格及高位水池造價(jià)；④電價(jià)和電費(fèi)收繳制度，峰、平、谷電價(jià)的差額及計(jì)價(jià)時(shí)間分段情況。

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　　作者通訊處：116001 大連市沙河口區(qū)勝利路118號(hào)
　　(收稿日期 1998-12-24)