泵站能效預知理論在二次供水中的節能應用

姚雅明 徐世剛 解力偉 孫同斌 姚泊生

（北京金易奧科技發展有限公司，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查顯示，平均電能浪費57%，設備幾乎涵蓋所有市場占有率較高的知名品牌。

居民小區的用水量受生活習慣和小區入住率的影響，全天變化幅度很大，這對二次供水設備的設計、選型和運行構成了很大的挑戰。理論上缺支撐、技術上缺手段、運行能效缺強制性驗收標準，是二供領域泵站運行能效普遍偏低的三大主要原因。

一、泵站節能工作的理論依據和技術支撐

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

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

圖1 泵站能效預知理論的技術實現路徑

二、北京市某小區高區二次供水泵站節能改造案例

前幾期文章，我們給出的幾個二次供水泵站節能改造案例，節電比例都在72-84%，讀者可能會產生誤會，認為二次供水設備存在的節電比例都這么高，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查，平均節電潛力為57%，也就是說節電比例有高有低，只要投資回報可行，很多節電比例低的泵站也可以進行節能改造，下面的案例就是一個例子。

某物業公司是一個上市企業，對節能工作比較重視，在他們管理的物業中，采取了很多節能措施。在我們對該公司管理的北京某小區進行節能調查中，用“泵站能效分析儀”對高區二次供水加壓泵站進行數據采集分析，發現該泵站有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

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

市政管網來的帶壓力的水先流入高區二次供水泵站的穩流（無負壓）罐，從穩流罐流出的水經泵站加壓后，送入居民家中，該二次加壓泵站整體結構，如圖3。

圖3 北京某小區高區二次加壓泵站整體結構

本次節能改造保持泵站總體結構不變，節能原理是利用《城鎮供水》雜志“姚博士談泵站節能”欄目主講人姚福來博士證明的泵站能效預知理論：姚定理1和姚定理2。

該泵站節能改造前的噸水電耗為0.795kWh/m3，圖4為該小區泵站改造前的現場，2022年4月15日完成節能改造，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場，前后數據對比，實現的節電比例為42.3%，每年可為該物業公司節約電量33282度電（kWh）。

圖4 北京某小區高區二次加壓泵站節能改造前

圖5 北京某小區高區二次加壓泵站節能改造后

三、泵站能效預知理論在其他泵站的應用

1999年，全國范圍內，國有企業開展學邯鋼“降本增效”行動，某省會自來水公司買了2臺ABB的變頻器，在第五水廠進行節能改造，ABB是“用電力和效率創造美好世界”的倡導者，自然關注用電效率，運行結果卻出人意外，上了變頻器后，泵站不但不節電，反而還出現了費電問題，他們向ABB公司詢問原因，為什么實際運行結果和樣本上宣傳的節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。后來，該水司領導為了盤活這兩臺新買的變頻器，得知我們的技術后，給該水廠的送水泵站上了我們的優化控制設備，雙方約定不付預付款，達到承諾的節電比例后，2個月內1次付清，最后實現了我們預先給出的節電比例，節電12%。

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

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

20多年來，我們利用泵站能效預知理論和技術，完成了600多個其它泵站節能應用案例，目前，技術和現場經驗都非常成熟，希望該技術和理論今后在提高二次供水設備運行能效方面能大放異彩。

四、結論

在國家“雙碳”戰略不斷強化的今天，二次供水設備運行能效普遍偏低，電能浪費嚴重，成為“雙碳”戰略的洼地，應該引起有關部門和有關領導的注意，“雙碳”任務不僅要落實在口頭上，在確認浪費嚴重的領域，還要盡快落實在行動上，有所作為，這即是對社會負責，也是對國家負責。

在對二次供水設備實行統建統管的城市，利用成熟的泵站能效預知理論和技術，把所在區域做成“雙碳”戰略的“先行者”和“示范者”，成為“節能標桿”?？梢韵葘爡^內的二次供水設備進行節能普查，摸清哪里是電能浪費的重點，哪些廠家的設備運行能效低，邁出節能工作的重大一步。

對某北京市兩百多個二次供水泵站的隨機調查，設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、技術上缺手段、運行能效缺強制性驗收標準，是運行能效普遍偏低的三大主要原因。