Штейнмиллер О.А., генеральный директор ЗАО "Промэнерго", к. т. н.
Схемы водоснабжения и водоотведения. Техническое обследование централизованных систем водоснабжения и водоотведения
Вот и "подкрался" 2014 год, начало которого в соответствии с положениями Федерального Закона РФ от 07.12.2011 г. № 416-ФЗ "О водоснабжении и водоотведении" ознаменует вступление в силу части 2 статьи 40 этого Закона, согласно которой "утверждение инвестиционной программы без утвержденной схемы водоснабжения и водоотведения не допускается".
Согласно положением статьи 38 указанного Закона схемы водоснабжения и водоотведения учитывают результаты технического обследования централизованных систем горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и (или) водоотведения и содержат:
1) основные направления, принципы, задачи и целевые показатели развития централизованных систем водоснабжения и водоотведения;
2) прогнозные балансы потребления горячей, питьевой, технической воды, количества и состава сточных вод сроком не менее чем на 10 лет с учетом различных сценариев развития поселений, городских округов;
3) зоны централизованного и нецентрализованного водоснабжения (территорий, на которых водоснабжение осуществляется с использованием централизованных и нецентрализованных систем горячего водоснабжения, систем холодного водоснабжения соответственно) и перечень централизованных систем водоснабжения и водоотведения;
4) карты (схемы) планируемого размещения объектов централизованных систем горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и (или) водоотведения;
5) границы планируемых зон размещения объектов централизованных систем горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и (или) водоотведения;
6) перечень основных мероприятий по реализации схем водоснабжения и водоотведения в разбивке по годам, включая технические обоснования мероприятий и оценку стоимости реализации.
Сегодня все отраслевые предприятия заботит проблема утверждения до конца текущего года схем водоснабжения и водоотведения. Развернувшаяся дискуссия вокруг этой задачи по понятным причинам в первую очередь касается финансовых и организационных вопросов. В качестве примера можно привести фрагмент интервью генерального директора ООО "Красноярский жилищно-коммунальный комплекс" ("КрасКом") В.Ю.Дьячкова (опубликовано – Вестник РАВВ, № 4 за 2013 г.) в ответ на редакционную постановку вопроса:
"Для ООО "КрасКом" очевиден тот факт, что разработкой схем водоснабжения и водоотведения должен заниматься основной и единственный пользователь таких схем – орган местного самоуправления. Позволю себе перечислить общеизвестные нормы, изложенные в федеральном законе № 416-ФЗ: в соответствии со схемами водоснабжения и водоотведения осуществляется развитие водоснабжения и водоотведения поселений; схемы водоснабжения и водоотведения должны содержать целевые показатели развития систем водоснабжения и водоотведения; на основании схем водоснабжения и водоотведения утверждаются технические задания на разработку инвестиционных программ. Таким образом, логика нашего базового закона определяет схемы водоснабжения и водоотведения в качестве одного из инструментов развития муниципального образования. Схемы, как первооснова, предшествуют всему процессу организации водоснабжения и водоотведения в муниципальном образовании, за который, в соответствии с уставом муниципального образования, отвечают органы местного самоуправления.
И нам кажется правильным, что в городе Красноярске вопросами утверждения, а также разработки схем водоснабжения и водоотведения занимаются органы муниципального самоуправления. В настоящий момент времени … реализуется активная фаза – согласование итогового документа… ООО «КрасКом» принимает активное участие в этом процессе."
Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения (РАВВ) совместно с ЗАО "Дар/Водгео" в рамках методической поддержки провели 25 июля 2013 года для специалистов водоканалов круглый стол «Схемы водоснабжения и водоотведения: порядок и опыт разработки в 2013 году". РАВВ проводит значительный объем работы в части анализа проблемных моментов организации и финансирования подготовки схем водоснабжения и водоотведения в отсутствии нормативной базы. Вестник РАВВ, № 4 за 2013 г. в новой рубрике "Законодательство в схемах" представил основные положения Федерального Закона РФ № 416-ФЗ "О водоснабжении и водоотведении", что безусловно следует признать своевременной методической помощью для специалистов-практиков.
Однако, на взгляд автора, методическое обеспечение технических и технологических вопросов при разработке схем находится еще на более низком уровне, чем понимание организации и финансирования этого процесса.
Схемы водоснабжения и водоотведения населенных пунктов разрабатывались и ранее, как правило, при разработке генеральных планов городов, что и предполагала направленность на определение долгосрочной перспективы развития централизованных систем водоснабжения и канализации. Совершенно очевидно, что современный этап развития указанных систем отличается целым рядом особенностей. По мнению участников круглого стола РАВВ "Схемы водоснабжения и водоотведения: порядок и опыт разработки в 2013 году" (опубликовано – Вестник РАВВ, № 4 за 2013 г.) к таковым следует отнести:
· запущенное (изношенное) состояние существующих систем;
· значительное снижение водопотребления и водоотведения (несоответствие сложившегося состояния систем и современных технологических параметров);
· существенное изменение структуры водопотребления по территории и составу потребителей (с соответствующим изменением характеристик сточных вод);
· сложившиеся дисбалансы развития систем водоснабжения и водоотведения, изменчивость балансовых характеристик;
· изменившиеся нормативные требования к качеству очистки, к коммерческому учету воды и стоков, уровню энергопотребления и другим параметрам систем;
· возросшие возможности применения современных технических и технологических решений как в части оборудования (в т.ч. приборов технологического контроля), так и в части материалов (в т.ч. реагентов);
· реальное изменение рыночной ситуации как в связи с вхождением энергетических компаний в состав "игроков" на рынке услуг водоснабжения и водоотведения, так и в связи с разделением на ресурсоснабжающие и на обслуживающие (управляющие) организации.
Хроническое недофинансирование коммунальных предприятий водоснабжения и водоотведения наиболее сильно проявляется на уровне средних и малых городов России. В случае, если речь идет о водоканалах городов-миллионников, можно сказать, как правило, о достаточно высоком уровне знания (представления) службами таких водоканалов текущего реального состояния эксплуатируемых сетей и сооружений.
Наиболее показателен в этом аспекте пример такого предприятия как ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга", в котором геоинформационная система используется для решения весьма широкого круга задач. В опубликованной в журнале "Водоснабжение и санитарная техника" статье Ф.В.Кармазинова и Ю.В.Семенова [3] описана технология применения геоинформационной системы для организации планирования работ по инвентаризации абонентской базы данных и информационного обмена между биллинговой информационной системой и геоинформационной системой предприятия в целях организации визуального контроля за ходом инвентаризации. В целом разработанная технология инвентаризации абонентской базы данных на основе дежурного кадастрового плана города с возможностью визуального контроля результатов позволила организовать планирование деятельности, быстро ориентироваться в массивах информации и оценивать ситуацию для принятия оперативных решений при проведении производственных совещаний, анализе и контроле промежуточных и итоговых результатов инвентаризации.
В ОАО "Мосводоканал" работа по формированию гидравлической модели была начата в 2009 г. [8] в условиях наиболее интенсивного снижения водопотребления, когда особенно остро встал вопрос о необходимости перестройки режима работы всей системы подачи и распределения воды (далее – СПРВ). Как известно, гидравлическая модель СПРВ представляет собой распределение потоков воды по трубопроводной сети в конкретный момент времени. Такая модель является основой для оценки режимов работы системы, нагруженности участков сети, обеспеченности системы необходимыми свободными напорами.
Результаты моделирования используются в ОАО "Мосводоканал" при рассмотрении перспективных схем развития водопровода, подготовке технических условий на проектирование, формировании планов реконструкции и др. Таким образом, моделирование на основе реальных данных о текущем состоянии сети позволяет решать задачи по управлению сетью, включая управление давлением. Наряду с этим, с помощью модели решается множество прикладных задач: оптимизация диаметров действующих трубопроводов, выбор точек лабораторного и автоматического контроля качества воды и т.д.
Следует отметить, что на данной стадии развития российских коммунальных систем актуален вопрос о размере и степени сложности системы водоснабжения и водоотведения населенного пункта (города), начиная с которых затраты на создание и эксплуатацию (актуализацию) электронной гидравлической модели будут окупаемы. Это замечание корреспондируется со следующим определением: "…специфика такова, что электронное моделирование имеет смысл только при использовании модели в качестве постоянно действующей (ПДМ). В противном случае затраты на моделирование не оправданы в силу того, что с течением времени изменяется пространственная структура населенного пункта и режим водопотребления. Вследствие этого модель становится неактуальной." [2].
Это действительно так. СПРВ постоянно развивается, реконструируются отдельные элементы, вводятся мощности и потребители, перекладываются трубопроводы. Изменения сказываются на гидравлических параметрах и требуют актуализации. После актуализации необходима калибровка – подбор значений технологических параметров (гидравлического сопротивления) так, чтобы расчетные напоры воды соответствовали натурным замерам. Весьма трудоемко как получение гидравлической модели СПРВ города в целом, так и поддержание ее в актуальном состоянии. Возможности имитационной модели (при отсутствии аналитического блока) для поиска оптимального решения ограничены из-за зависимости зафиксированных ("откалиброванных") коэффициентов от текущей структуры гидравлической цепи. Размерность задачи в сочетании с нелинейным характером уравнений взаимодействия затрудняет решение из-за объема вычислений. Можно сделать вывод о сложности оптимизационного моделирования СПРВ в масштабах реального города.
Однако совершенно очевидно, что там, где реально внедрена и эксплуатируется гидравлическая модель сетей водоснабжения и водоотведения, сложностей с разработкой схем водоснабжения и водоотведения будет гораздо меньше. Там же, где такая работа еще не была проделана, как правило, и нет глубокого и детального представления о состоянии и режимах работы сетей и сооружений на них. И именно там имеется реальная потребность в проведении технического обследования централизованных систем водоснабжения и водоотведения, определяемого в статье 37 Федерального Закона РФ от 07.12.2011 г. № 416-ФЗ.
Техническое обследование централизованных систем горячего водоснабжения, холодного водоснабжения проводится в целях определения:
1) технических возможностей сооружений водоподготовки, работающих в штатном режиме, по подготовке питьевой воды в соответствие с установленными требованиями с учетом состояния источника водоснабжения и его сезонных изменений;
2) технических характеристик водопроводных сетей и насосных станций, в том числе уровня потерь, энергетической эффективности этих сетей и станций, оптимальности топологии и степени резервирования мощности;
3) экономической эффективности существующих технических решений в сравнении с лучшими отраслевыми аналогами и целесообразности модернизации и внедрения новых технологий;
4) сопоставления целевых показателей деятельности организации, осуществляющей … водоснабжение, с целевыми показателями деятельности организаций, осуществляющих … водоснабжение, использующих наилучшие существующие (доступные) технологии.
Техническое обследование централизованных систем водоотведения проводится в целях определения:
1) технических возможностей очистных сооружений по соблюдению проектных параметров очистки сточных вод;
2) технических характеристик канализационных сетей, канализационных насосных станций, в том числе их энергетической эффективности и степени резервирования мощности;
3) экономической эффективности существующих технических решений в сравнении с лучшими отраслевыми аналогами и целесообразности проведения модернизации и внедрения наилучших существующих (доступных) технологий;
4) сопоставления целевых показателей деятельности организации, осуществляющей водоотведение, с целевыми показателями деятельности организаций, осуществляющих водоотведение, использующих наилучшие существующие (доступные) технологии.
Обязательное техническое обследование должно проводиться не реже чем один раз в пять лет (один раз в течение долгосрочного периода регулирования). Организация, осуществляющая водоснабжение и (или) водоотведение, обязана проводить техническое обследование при разработке плана снижения сбросов, плана мероприятий по приведению качества питьевой воды, горячей воды в соответствие с установленными требованиями, а также при принятии в эксплуатацию бесхозяйных объектов централизованных систем водоснабжения и (или) водоотведения. Техническое обследование проводится организацией, осуществляющей горячее водоснабжение, холодное водоснабжение и (или) водоотведение, самостоятельно либо с привлечением специализированной организации.
Очевидно, что в ходе технического обследования указанных централизованных систем имеется определенная специфика, связанная с типом системы (горячее водоснабжение, холодное водоснабжения, водоотведение), а также с составляющими систему элементами (такими как сооружения водоподготовки, водопроводные сети, насосные станции – если речь идет, например, о системе холодного водоснабжения).
В организационно-методическом плане при отсутствии глубокого и детального представления о состоянии и режимах работы сетей и сооружений работа должна начинаться с этапа документального и инструментального обследования всех составляющих систему объектов. В ходе таких обследований следует провести первичную обработку имеющейся документальной информации по каждому объекту (технологической, общестроительной, электротехнической и др.), обеспечить определение основных технологических и энергетических показателей объекта путем проведения параметрических измерений в реальном времени, выполнить контрольное обследование строительной части объекта (включая оценку состояния обеспечивающих инженерных подсистем, а также снятие основных линейных размеров зданий и помещений в них). По сути речь идет о "паспортизации" всех объектов, составляющих соответствующую систему.
Для случаев параметрических измерений насосных станций (НС) различного назначения может быть рекомендован разработанный с участием автора мобильный измерительный комплекс (МИК), рис. 1 [4]. Использование МИК для параметрических обследований позволяет получить информацию как об основных параметрах работы существующего насосного оборудования, так и в целом о состоянии арматуры и трубопроводов НС, а также смоделировать работу станции при условии установки подобранного оборудования, как при сохранении режимов водопотребления, так и с учетом прогнозируемого изменения. Имеется возможность рассмотреть варианты реконструкции и выбрать наиболее эффективный из них.
Рис. 1. МИК. Внешний вид и схема установки компонентов для замеров
Примеры для иллюстрации возможностей применения МИК с целью получения реальной информации о работе НС, позволяющей разработать действенные рекомендации по оптимизации работы оборудования и сокращению энергопотребления, приведены в [7].
В ходе следующего за документальным и инструментальным обследованием аналитического этапа необходимо обеспечить для каждого объекта и системы в целом:
· обработку и анализ документальной информации и результатов параметрических измерений, их сопоставление и сведение в расчетные модели;
· предварительное определение новых типов оборудования и/или технологий (рекомендуемых – лучших отраслевых аналогов), целесообразных к применению на обследуемом объекте с учетом перспектив его дальнейшей эксплуатации;
· сравнительный анализ (с определением показателя экономической эффективности) существующих технических решений и рекомендуемых, с выводом о целесообразности проведения модернизации и внедрения новых технологий;
Завершающий отчетный этап обследования должен иметь своей целью определение целевых показателей деятельности организации, осуществляющей водоснабжение и/или водоотведение, и их сопоставление с аналогичными целевыми показателями организаций, использующих наилучшие существующие (доступные) технологии. Такое сопоставление должно обеспечить формирование обоснованных выводов и рекомендаций по итогам технического обследования.
В обобщенном плане в статье 39 Федерального Закона РФ от 07.12.2011 г. № 416-ФЗ определены целевые показатели, а именно:
1) показатели качества воды;
2) показатели надежности и бесперебойности водоснабжения и водоотведения;
3) показатели качества обслуживания абонентов;
4) показатели очистки сточных вод;
5) показатели эффективности использования ресурсов, в том числе сокращения потерь воды (тепловой энергии в составе горячей воды) при транспортировке;
6) соотношение цены и эффективности (улучшения качества воды или качества очистки сточных вод) реализации мероприятий инвестиционной программы.
Закон также определяет, что "Правила формирования целевых показателей деятельности организаций, осуществляющих … водоснабжение и (или) водоотведение, и их расчета, перечень целевых показателей устанавливаются федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в сфере жилищно-коммунального хозяйства".
В свою очередь РАВВ приступила к формированию системы показателей, которые, с точки зрения профессионального сообщества, адекватно характеризуют деятельность предприятий ВКХ. В ходе обсуждения и формирования решений съезда РАВВ, проходившего в апреле 2013 г. в Екатеринбурге, отраслевое сообщество обсудило подходы к оценке энергоэффективности водоканала, а также формированию системы показателей, в целом характеризующих деятельность предприятия ВКХ, в целях использования менеджментом предприятий, а также в отраслевом бенчмаркинге. (опубликовано – Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения, № 3 за 2013 г.)
Для характеристики энергоэффективности обсуждалось использование удельного расхода электрической энергии, кВт·ч/м3:
1) на водозабор / на водоочистку / на транспортировку воды (водоснабжение);
2) на очистку стоков / на транспортировку стоков (водоотведение).
Данные показатели индивидуальны для водоканала, отражают динамику работы и не совсем подходят для сравнения предприятий. Предложенные показатели отражают эффективность работы НС, очистных сооружений и другого технологического оборудования. При этом важно понимать, что энергоэффективность деятельности в целом зависит и от эффективности использования воды на всех переделах (собственные нужды водопроводных НС, потери воды при транспортировке и пр.). Насосные станции могут работать с высоким КПД, но если существуют проблемы с абонентами (недобор реализации), а также с сетями и сооружениями (неконтролируемые расходы на собственные нужды, высокие расходы при транспортировке), то ни о какой энергоэффективности речи не идет, и "энергоэффективные" НС качают часть воды в никуда. Особенно существенны потери в водопроводных сетях на завершающих подъемах (конечных этапах транспортировки) из-за высокой "энергетичности" воды на этом переделе (на ее подготовку и доставку израсходовано значительное количество электроэнергии).
ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" предложил в качестве комплексного индикатора энергетической эффективности водоснабжения такой показатель как удельный расход электрической энергии на водоснабжение (энергоемкость водоснабжения, кВт·ч/тыс. м3), определяемый как отношение суммарного расхода электрической энергии на водоснабжение (1-й подъем + вся технология водоподготовки + 2-й подъем + транспортировка) к объемам реализованной абонентам питьевой воды. Таким образом, оценка эффективности использования энергии для обеспечения целевого результата системы водоснабжения (питьевой воды соответствующего качества на водомерном узле абонента при обеспечении заданных параметров) осуществляется по критерию "отношения затрат ресурсов к результату".
Разброс по предлагаемому удельному показателю, вероятнее всего, будет достигать по отрасли 2-3 раз. Причины этого могут крыться и в особенностях добычи и подготовки воды на конкретном водоканале, и в техническом оснащении насосных станций, и в уровне утечек на сетях. Поэтому начинать работу следует с анализа всех составляющих, определяющих этот энергопоказатель предприятия (очевидно, что вначале необходимо заделать дыру в трубе, и лишь после этого на реальных расходах проводить модернизацию насосных станций).
В канализации, где конечным результатом работы является очищенная вода после очистных сооружений, централизованная система водоотведения в целом должна принять сточную воду от абонента, доставить ее на канализационные очистные сооружения и очистить до нормируемого качества. Специалисты Санкт-Петербургского водоканала предлагают к использованию два показателя:
· удельный расход электрической энергии на канализование (энергоемкость канализования, кВт·ч/тыс.м3), определяемый как отношение суммарного расхода электрической энергии на канализование (прием, перекачка, очистка) к объемам реализованных абонентам услуг по канализованию;
· технологический удельный расход электрической энергии на канализование (кВт·ч/тыс.м3), определяемый как отношение того же суммарного расхода электрической энергии на канализование (прием, перкачка, очистка), но к объемам сточных вод, пропущенных через очистные сооружения.
По нашему мнению, имеет смысл задуматься о разделении предложенных комплексных показателей на аналогичные по основным этапам "большого пути воды" (и в водоснабжении, и в канализации), так как уже в наше время эти этапы (процессы) организационно разделены. Такая ситуация сложилась зачастую исторически, когда КОСы, принимающие стоки из города, строились на территории градообразующего предприятия, которое и эксплуатирует эти сооружения по настоящее время (примеры – г. Архангельск, г. Сыктывкар).
Однако, для оценки деятельности предприятия ВКХ одних энергетических показателей явно недостаточно, да и Закон определяет целевые показатели намного шире. Специалисты Липецкой городской энергетической компании предложили такую систему показателей для оценки (опубликовано – Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения, № 3 за 2013 г.). По сути речь идет о сборе исходной информации (входные показатели) по показателям, характеризующим состояние коммунальных систем, качество предоставления услуг, качество работы с потребителем, эффективность работы персонала и расходования энергоресурсов, другие аспекты деятельности. На основе указанных исходных данных (входных показателей) предлагается силами рабочей группы РАВВ по отраслевому бенчмаркингу рассчитывать выходные показатели.
Такой подход позволит получить адекватную оценку текущего состояния отрасли, выявить наилучшие практики, изучить передовой опыт менеджмента предприятиями ВКХ России, что найдет свое применение при:
· расчете тарифов в сфере водоснабжения и водоотведения;
· формировании инвестиционных программ и обосновании потребности финансирования из средств бюджетов различных уровней;
· выявлении реальных "болевых точек", требующих принятия немедленных мер;
· разработке производственных программ водоканалов.
На основе разработанных за последние 10 лет схем водоснабжения и водоотведения специалисты ЗАО "Дар/Водгео" оценивают примерное распределение объемов, необходимых для реализации инвестиций, между системой водоснабжения и водоотведения как 40/60, реже 50/50 (опубликовано – Вестник РАВВ, № 4 за 2013 г.).
При этом для системы водоотведения доля инвестиций на развитие подсистемы сбора и отведения сточных вод к доле инвестиций на развитие очистных сооружений (включая коллектора/трубопроводы подачи стока на очистные сооружения) соотносится на уровне от 50/50 до 30/70, при этом существенное значение имеют исходное состояния подсистем и расстояния от населенного пункта до приемника очищаемого стока.
Для систем водоснабжения соотношение инвестиций на развитие участка от водозабора до сетей и инвестиций на развитие сетей и сооружений на сетях колеблется от 30/70 до 50/50 в зависимости от исходного состояния и расстояний от водозабора до населенного пункта.
Можно в целом согласиться с результатами анализа существующих схем водоснабжения и водоотведения, выполненного группой авторов, представляющих ОАО "Мосводоканал" и ЗАО "Дар/Водгео" [2], по мнению которых ключевые недостатки предлагаемых в современной научной и технической литературе решений состоят в следующем:
· стремление уйти от вертикального зонирования в населенных пунктах с большими перепадами высот (в т.ч. подача всего объема воды в расположенный на господствующей высоте резервуар, из которого осуществляется раздача потребителям);
· воздействие на выделенную зону одновременно несколькими регуляторами, что может приводить к автоколебательному процессу (периодические скачки давления в водопроводной сети);
· необоснованный отказ от водонапорных башен на входах в насосные станции 3-го и 4-го подъемов с переходом на разделительные наземные резервуары (что фактически приводит к дросселированию и, как следствие, к существенным потерям энергии);
· попытки оптимизации режимов работы отдельных насосных станций без учета их взаимодействия (вместо оптимизации режима работы системы водоснабжения в целом);
· отказ от сооружения коллекторов глубокого заложения для населенных пунктов на равнинных территориях (с заменой этого решения на установку большого количества перекачивающих КНС с соответствующим увеличением эксплуатационных затрат).
Однако позволим себе высказать мысль, что даже беглый взгляд на эти ключевые недостатки позволяет увидеть взаимную противоречивость части из них. Также возможно высказать сомнение в абсолютной безусловности отнесения всех перечисленных решений к недостаткам без учета конкретных условий применения и формы реализации. Рассмотрим далее несколько подробнее ситуацию с моделированием СПРВ в контексте перспектив и возможностей ее модернизации при реализации инвестиционных программ.
Авторы [2], рассматривая ситуацию в сфере построения электронных моделей систем водоснабжения, утверждают, что оптимизировать схему достаточно строго и просто можно лишь при питании от одного источника. Наличие двух и более источников делает задачу оптимизации на основе исключительно гидравлического анализа текущего режима неопределенной. По их мнению, практически приемлемое решение возможно при выходе за пределы гидравлического (энергетического) подхода.
"Существующие программы гидравлического расчета не позволяют отыскать глобальный оптимум эффективной работы водопроводной сети. На практике при реконструкции рациональные схемы выбирают путем вариантного проектирования. При использовании такого подхода сопоставляемые варианты должны быть оптимизированы по энергозатратам в течение рассматриваемого периода… Таким образом, напрашивается следующий подход к выбору рационального решения:
· источник с минимальной себестоимостью должен использоваться с максимальной производительностью;
· все остальные источники подключаются последовательно по мере необходимости обеспечения водопотребления, причем от самого дешевого к самому дорогому."
Оставляя за пределами рассмотрения пошаговую процедуру поиска решения с использованием трех групп параметров и имитационной модели, отметим ключевую точку зрения авторов указанной работы, что "повышение эффективности работы и снижение затрат энергии … может быть достигнуто организацией управляемых зон, взаимодействующих между собой через контролируемые перепуски. Это позволит перейти от оптимизации работы отдельных насосных станций к организации рационального управления режимом их совместной работы для повышения энергоэффективности СПРВ в целом путем разумного управляемого перераспределения границ зон питания между источниками (насосными станциями второго подъема) с разными удельными затратами.
В качестве управляющих воздействий следует использовать команды на изменение величин расходов через контролируемые перепуски и команды на изменение напоров на выходах насосных станций. При этом на всех стадиях управления принимаемые решения предварительно должны быть смоделированы с помощью электронной модели". [2]
И в завершении очень важное замечание: "Однако использование такого алгоритма возможно только при соответствующем вертикальном и плановом (т.е. горизонтальном) зонировании". Очень важное замечание. По смыслу близко к следующему – нет панацеи от всех бед.
В целом данный подход может представлять интерес для сложных систем, однако надо комплексно оценивать его последствия, в том числе в части "зарегулированности" системы (так как одновременному регулированию подвержены регулируемые перепуски и напоры на выходах управляемых насосных станций) и взаимодействующих соседних подсистем-зон (обеспеченность утверждения, что все возмущения, вызываемые неравномерностью водопотребления и изменением работы основного источника, локализованы в пределах управляемой зоны и не будут сказываться на режимах работы остальных зон).
Следует также отметить, что само по себе управление напорами в существенном диапазоне на выходах насосных станций 2-го и даже 3-го подъема означает переход агрегатов большой мощности в зоны не самых оптимальных КПД. Подробно вопрос влияния частотного регулирования насосных агрегатов на энергоэффективность их работы рассматривался автором в [6]. Если же говорить о применении дросселирования, то вероятны еще более значительные потери с точки зрения энергоэффективности. Кроме того, необходимо представлять характер функции удельных затрат (себестоимости) на подачу единицы объема воды по каждому источнику в зависимости от его текущей производительности.
Поэтому представляется, что при решении задачи управления режимом работы выделенной зоны водопроводной станции, а также при управлении единой системой и связями между выделенными зонами насосных станций 2-го подъема и сооружений 3-го подъема, не удастся обойтись без традиционных операций управления, таких как своевременное включение/отключение насосных агрегатов на сооружениях 2-го и 3-го подъемов, контроля давления в диктующих точках сети города и запаса воды в резервуарах сооружений 3-го подъема.
На наш взгляд, для очень значительной части СПРВ (особенно малых и средних городов) вполне реалистичным и актуальным представляется подход, основанный на декомпозиции модели СПРВ на 2 принципиальных уровня: нижний/магистральный уровень сети (НС 2-го и последующего подъемов по критерию отсутствия массовых, прямых подключений конечных потребителей) и верхний/перферийный уровень сети (НС завершающих подъемов, а также внутридомовые подкачки). [5]
При таком рассмотрении можно считать граничным условием модели нижнего уровня входные напоры всех НС верхнего уровня (а также напоры в точках подключения раздаточной сети к магистральным трубопроводам), определяя таким образом множество диктующих точек нижнего уровня сети.
Предложенный подход согласуется с управлением выходными напорами большинства НС нижнего уровня сети на основании сигналов обратной связи, поступающих от датчиков давления со всех диктующих точек соответствующей НС в ее систему управления с помощью средств связи. Управление обеспечивается за счет ЧРП и изменения, при необходимости, числа работающих насосов НС. Ограниченность числа диктующих точек в расчете на каждую НС позволяет реализовать такой подход на практике. Данная задача может решаться при моделировании нижнего уровня сети.
Хотелось бы отметить, что при выборе любого из теоретических подходов при обосновании технических решений и соответствующих инвестиционных программ необходимо обеспечить реальное соизмерение затрат и результатов. В методическом плане такой подход должен быть основан на учете стоимости жизненного цикла системы (оборудования) – совокупных затрат на строительство (реконструкцию), эксплуатацию (в течение расчетного периода) и завершение использования.
Анализ стоимости жизненного цикла (в практике принято сокращение LCC - Life Cycle Cost) помогает повысить эффективность систем. Для "затратных" инвестиционных проектов при выборе оборудования задача сводится к выбору варианта, минимизирующего совокупные дисконтированные затраты.
Выводы. Работы по организации планирования и развития централизованных систем водоснабжения и водоотведения, включая разработку инвестиционных и производственных программ, вступают в принципиально новую стадию. В ближайшее время на рынке услуг водоснабжения и водоотведения должны произойти существенные изменения, которые, будем надеяться, выведут отрасль в целом и каждый водоканал в отдельности на современный технический и экономический уровень.
Список литературы.
1. Федеральный Закон РФ от 07.12.2011 г. № 416-ФЗ "О водоснабжении и водоотведении".
2. Бастрыкин Р. И. Выбор системы подачи и распределения воды / Р. И. Бастрыкин, М. Р. Безрукова, Р. Х. Каримов, Б. С. Лезнов, Н. Б. Лезнов, А. П. Шевчик // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. — 2013. — № 3.
3. Кармазинов Ф. В. Использование геоинформационной системы в деятельности службы абонентского учета ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" / Ф. В. Кармазинов, Ю. В. Семенов // Водоснабжение и санитарная техника. — 2013. — № 9.
4. Патент на полезную модель № 81817, МПК G05B 15/00. Система контроля подачи воды / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер. ; опубл. 2008, Бюлл. № 9
5. Штейнмиллер О. А. Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей : автореф. дис. … канд. техн. наук / О. А. Штейнмиллер. — СПб. : ГАСУ, 2010. — 22 с.
6. Штейнмиллер О. А. Оптимизация повысительного насосного оборудования в системах водоснабжения / О. А. Штейнмиллер // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. 2012. — № 2 (14).
7. Штейнмиллер О. А. Энергоаудит водоканалов – анализ результатов и резервов энергосбережения / О. А. Штейнмиллер // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. 2012. — СПб., № 4 (16).
8. Шушкевич Е. В. Управление системой водоснабжения г. Москвы: опыт реализации гидравлического моделирования водопроводной сети / Е. В. Шушкевич, Р. И. Бастрыкин, Е. В. Алешина, М. Р. Безрукова // Водоснабжение и санитарная техника. — 2013. — № 3.