施行峰谷电价后调速水泵供水费用探讨

李虹(中国市政工程东北设计研究院)
孙松(大连市自来水公司)

　　建设部在《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中提出了“提高供水水质、提高供水安全性、降低能耗、降低漏耗、降低药耗”的目标。因此，在配水泵站设计中除结合城市发展特点和地形条件外，还应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。采用变频调速泵机组的意义体现在：①保证供水区域的水量水压要求；②管网压力稳定，减少爆管事故发生，降低漏失率；③根据城市用水24h变化情况实现泵站水泵变速调节供水，节能效果明显。然而在供电行业施行了全日峰谷电价计价后(如图1)，由于用水高峰与用电高峰几乎重合(在有地形建高位水池的地区，可利用恒速水泵和高位水池在谷值电价时段存水，在峰值电价时段放水，以调节供水量)，这就提出了使用调速水泵虽节约电能，但是否也降低运行电费的问题。本文以大连市新建工程为实例做一初步分析。

1 工程概况及比较方案

1.1 工程概况
　　新建水厂地处老供水中心区和新规划区之间。由于新区自成一新供水系统，申请用水项目很多，总用水量大，平均达18×10⁴m³/d，最高达20×10⁴m³/d。供水区域地势起伏大，管网有两个控制点，控制点1距水厂约3km，为用水大户，服务水压线标高60m；控制点2距水厂约10km，服务水压线标高40m。此外，因受东南亚经济危机因素的影响，开发建设进程放慢，用水负荷增加速度难以预测。
1.2 方案比较
　　在做配水方案时，考虑到本市已施行峰谷电价收费制度，所以做以下四个设计方案：?
　　方案1：调速水泵配水，调节利用水厂清水池，水厂供水曲线与市区用水曲线一致。
　　方案2：恒速水泵变流量配水，调节利用水厂清水池和厂外高位水池，水厂供水曲线与市区用水曲线趋势相近。
　　方案3：恒速水泵恒流量配水，调节利用水厂清水池和厂外高位水池。
　　方案4：恒速水泵变流量配水，调节利用水厂清水池和厂外高位水池，谷值电价时加大泵站流量，峰值电价时减小泵站流量。
　　方案1和方案2是水厂配水与用电高峰重峰的运行方案，方案3是水厂均衡配水方案，方案4是水厂泵站工作与用电负荷错峰运行的方案。
1.3 方案比较的基础
　　① 水泵选用：每个方案按最高日最大时选泵。安装4台水泵，3用1备，其中调速水泵方案安装调速泵、恒速泵各2台(备用泵为恒速泵)，最高日最大配水量时水泵效率均为89%。
　　② 电机选用：电机效率均在95%以上。
　　③ 各方案水泵扬程及高位水池池底标高由管网平差确定，均应满足管网控制点的供水水量和水压要求。

2 方案比较结果

2.1 扬程和调节容积的确定
　　清水池与高位水池容积是依据表1列出的需调节百分比，按最大日用水量20×10⁴m³/d计算。

表1 调节容积比较表 方案 清水池调节容积（m³） 高位水池调节容积（m³） 总调节容积（m³） 总调节百分比（%） 1 18560 0 18560 9.28 2 17800 9840 27640 13.82 3 0 18560 18560 9.28 4 17800 33540 51340 25.67

　　泵站扬程、用电量按各方案不同时段泵站送出水量及满足管网控制点水压线标高要求，利用LOOP程序分别进行管网平差计算得到。恒速水泵方案中的高位水池位置是与规划部门共同协商确定的，距控制点2较近，池底标高根据最高日最大供水时由高位水池补充水量多少所决定。根据逐时供水量等计算得知，补水量从少至多的顺序依次为方案2、3、4，所以池底标高的高度也分别为59、63、73m。标高的不同，将影响各方案的水泵扬程和耗电量。恒速泵站均为两级工作制，高位水池上水时，泵站扬程高；高位水池向下补水时，泵站扬程低。
2.2 增加工程投资比较
　　各方案所需的调节容积按照清水池单方容积成本为600元、高位水池单方容积成本为800元计算出相应增加工程设施的造价。
　　为了降低方案4的水泵扬程即降低高位水池的池底标高，将此方案配水管网中约2km管道口径由DN700 mm改为DN900mm，增加投资见表2。

表2 增加工程造价比较表 万元 方案 清水池造价 高位水池造价 调速机组增加投资 配水管网增加投资 合计增加工程造价 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 用电量及电费比较
　　由于水泵是按城市最高日最大时用水量及水压要求经管网平差后确定，电量计算按其平均日情况推算，为准确计算平均日用电量，将四个方案按24 h用水量逐时变化情况分别进行管网平差计算得出每个方案的时耗电量。因为在最高日中调速水泵的扬程达695.8 kPa，恒速泵方案由于要向高位水池上水，扬程分别为724.8、833、761.6 kPa，所以在平均日中各方案水泵运行均已偏离最高效点，恒速泵偏离的幅度会更大。按峰谷电价累积全天的电费支出，各方案年耗电量及年电费比较见表3。

表3 年运行电费比较表 方案 年运行电量（10⁴KW.h） 年运行电费（万元） 年运行电费差值（万元） 节约电费百分比（%） 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

　　通过比较可知，方案2年耗电量虽不很高，但年运行电费最多。方案1和方案2皆为没有错开供电高峰的配水方案，其年运行费却相差甚远。所以实行峰谷电价后，配水方案的比较更为复杂。
2.4 最佳方案
　　根据上述分析，在本工程中使用变频调速水泵不仅能保证供水安全可靠，节省电能，而且从工程造价和年运行费用综合考虑也是合理的；同时不需再建高位水池，节约用地，且管理集中。特别是地处分区供水配水中心位置的水厂，在新规划区用水负荷增加速度难以预测时，可根据管网建设情况灵活改变配水方向，满足了城市发展的进度要求，又不受已建高位水池能覆盖配水区域的限制，对用水量季节变化适应性强。因此，本工程以调速水泵机组方案为首选方案。

3 结论

　　实行峰谷电价后对配水方案的选择有重大影响，特别在有条件建高位水池的地区，可以在谷值电价送水储存，减少峰值电价时段泵站用电量。但是，变频调速水泵方案与恒速泵高位水池调节方案何优何劣是因地而异的，影响方案比较的主要因素有：①运行工况的变化情况，日变化系数K_d和时变化系数K_h的大小，即与一年四季的用水量变化及日用水量曲线变化幅度有关；②供水区域地形条件及高位水池的位置，以及配水管网服务区内用户对水量水压的要求，这将决定供水方案的水泵扬程差异；③调速电机价格及高位水池造价；④电价和电费收缴制度，峰、平、谷电价的差额及计价时间分段情况。

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　　作者通讯处：116001 大连市沙河口区胜利路118号
　　(收稿日期 1998-12-24)