泵站能效预知理论在二次供水中的节能应用

姚雅明 徐世刚 解力伟 孙同斌 姚泊生

（北京金易奥科技发展有限公司，北京 101102）

对北京市两百多个二次供水泵站进行的一项运行能效调查显示，平均电能浪费57%，设备几乎涵盖所有市场占有率较高的知名品牌。

居民小区的用水量受生活习惯和小区入住率的影响，全天变化幅度很大，这对二次供水设备的设计、选型和运行构成了很大的挑战。理论上缺支撑、技术上缺手段、运行能效缺强制性验收标准，是二供领域泵站运行能效普遍偏低的三大主要原因。

一、泵站节能工作的理论依据和技术支撑

2021年《城镇供水》杂志“姚博士谈泵站节能”栏目主讲人姚福来博士，提出的泵站能效预知理论以及用数学证明的姚定理1和姚定理2，是泵站节能工作的理论依据。由于数学证明的严谨性，该结论正确且唯一，该理论的提出，使得泵站节能不再扑朔迷离和众说纷纭，而是变成了一种可以准确预知的科学工作。实现泵站能效预知理论的技术支撑是北京金易奥科技发展有限公司的若干发明专利。

泵站能效预知理论的技术实现路径如图1，把工艺参数（流量、压力）、管网参数（最大流量、最小流量、最大压力、最小压力）和设备参数（水泵参数、电动机参数和变频器参数）输入测控分析模块，根据泵站能效预知理论，得出满足工艺要求条件下，以运行能效最高（能耗最低）为目标的最优控制方法，并输出最优的水泵组合策略和调速策略，进而实现对泵站的最优能效控制。

图1 泵站能效预知理论的技术实现路径

二、北京市某小区高区二次供水泵站节能改造案例

前几期文章，我们给出的几个二次供水泵站节能改造案例，节电比例都在72-84%，读者可能会产生误会，认为二次供水设备存在的节电比例都这么高，其实，不是这样的，我们对两百多个二次供水泵站实际运行能效的随机调查，平均节电潜力为57%，也就是说节电比例有高有低，只要投资回报可行，很多节电比例低的泵站也可以进行节能改造，下面的案例就是一个例子。

某物业公司是一个上市企业，对节能工作比较重视，在他们管理的物业中，采取了很多节能措施。在我们对该公司管理的北京某小区进行节能调查中，用“泵站能效分析仪”对高区二次供水加压泵站进行数据采集分析，发现该泵站有40%以上的电能浪费。“泵站能效分析仪”如图2。

图2 泵站能效测试仪

北京金易奥科技发展有限公司与该物业公司商定，项目采用合同能源管理模式，由金易奥公司投入技术、资金和设备，用4S全变频能效预知设备对二次供水泵站进行节能改造，用节约下来的电费返还节能投资。

市政管网来的带压力的水先流入高区二次供水泵站的稳流（无负压）罐，从稳流罐流出的水经泵站加压后，送入居民家中，该二次加压泵站整体结构，如图3。

图3 北京某小区高区二次加压泵站整体结构

本次节能改造保持泵站总体结构不变，节能原理是利用《城镇供水》杂志“姚博士谈泵站节能”栏目主讲人姚福来博士证明的泵站能效预知理论：姚定理1和姚定理2。

该泵站节能改造前的吨水电耗为0.795kWh/m3，图4为该小区泵站改造前的现场，2022年4月15日完成节能改造，改造后该泵站的吨水电耗为0.459kWh/ m3，图5为该泵站改造后的现场，前后数据对比，实现的节电比例为42.3%，每年可为该物业公司节约电量33282度电（kWh）。

图4 北京某小区高区二次加压泵站节能改造前

图5 北京某小区高区二次加压泵站节能改造后

三、泵站能效预知理论在其他泵站的应用

1999年，全国范围内，国有企业开展学邯钢“降本增效”行动，某省会自来水公司买了2台ABB的变频器，在第五水厂进行节能改造，ABB是“用电力和效率创造美好世界”的倡导者，自然关注用电效率，运行结果却出人意外，上了变频器后，泵站不但不节电，反而还出现了费电问题，他们向ABB公司询问原因，为什么实际运行结果和样本上宣传的节电效果有这么大的出入，ABB的解释是样本不是合同，一切以采购合同为准。后来，该水司领导为了盘活这两台新买的变频器，得知我们的技术后，给该水厂的送水泵站上了我们的优化控制设备，双方约定不付预付款，达到承诺的节电比例后，2个月内1次付清，最后实现了我们预先给出的节电比例，节电12%。

这个自来水公司的第八水厂，是当时该省投资最大的水厂，1999年用我们的优化控制设备，代替外国原装进口的设备对变频器和泵站进行控制，外国控制设备仅保留测量显示功能，最后实现了节电30%的效果，这个结果和我们预先给出的节电比例相符。

该理论和技术在宝武钢铁、河北钢铁、首钢、中石油、中石化以及很多大中型水厂都有应用。在某钢铁厂，用我们的优化控制设备，代替施耐德公司的控制设备对变频器和泵站进行控制，实现节能19%，要知道，施耐德是以“全球能效专家”为核心技术的国际知名企业。

20多年来，我们利用泵站能效预知理论和技术，完成了600多个其它泵站节能应用案例，目前，技术和现场经验都非常成熟，希望该技术和理论今后在提高二次供水设备运行能效方面能大放异彩。

四、结论

在国家“双碳”战略不断强化的今天，二次供水设备运行能效普遍偏低，电能浪费严重，成为“双碳”战略的洼地，应该引起有关部门和有关领导的注意，“双碳”任务不仅要落实在口头上，在确认浪费严重的领域，还要尽快落实在行动上，有所作为，这即是对社会负责，也是对国家负责。

在对二次供水设备实行统建统管的城市，利用成熟的泵站能效预知理论和技术，把所在区域做成“双碳”战略的“先行者”和“示范者”，成为“节能标杆”。可以先对辖区内的二次供水设备进行节能普查，摸清哪里是电能浪费的重点，哪些厂家的设备运行能效低，迈出节能工作的重大一步。

对某北京市两百多个二次供水泵站的随机调查，设备几乎涵盖所有的知名品牌，平均算下来，一半以上的电能是被浪费掉了，令人痛心。理论上缺支撑、技术上缺手段、运行能效缺强制性验收标准，是运行能效普遍偏低的三大主要原因。