李虹(中國市政工程東北設計研究院)
孫松(大連市自來水公司)

　　建設部在《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》中提出了“提高供水水質、提高供水安全性、降低能耗、降低漏耗、降低藥耗”的目標。因此，在配水泵站設計中除結合城市發展特點和地形條件外，還應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。采用變頻調速泵機組的意義體現在：①保證供水區域的水量水壓要求；②管網壓力穩定，減少爆管事故發生，降低漏失率；③根據城市用水24h變化情況實現泵站水泵變速調節供水，節能效果明顯。然而在供電行業施行了全日峰谷電價計價后(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，可利用恒速水泵和高位水池在谷值電價時段存水，在峰值電價時段放水，以調節供水量)，這就提出了使用調速水泵雖節約電能，但是否也降低運行電費的問題。本文以大連市新建工程為實例做一初步分析。

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和新規劃區之間。由于新區自成一新供水系統，申請用水項目很多，總用水量大，平均達18×10⁴m³/d，最高達20×10⁴m³/d。供水區域地勢起伏大，管網有兩個控制點，控制點1距水廠約3km，為用水大戶，服務水壓線標高60m；控制點2距水廠約10km，服務水壓線標高40m。此外，因受東南亞經濟危機因素的影響，開發建設進程放慢，用水負荷增加速度難以預測。
1.2 方案比較
　　在做配水方案時，考慮到本市已施行峰谷電價收費制度，所以做以下四個設計方案：?
　　方案1：調速水泵配水，調節利用水廠清水池，水廠供水曲線與市區用水曲線一致。
　　方案2：恒速水泵變流量配水，調節利用水廠清水池和廠外高位水池，水廠供水曲線與市區用水曲線趨勢相近。
　　方案3：恒速水泵恒流量配水，調節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，調節利用水廠清水池和廠外高位水池，谷值電價時加大泵站流量，峰值電價時減小泵站流量。
　　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荷錯峰運行的方案。
1.3 方案比較的基礎
　　① 水泵選用：每個方案按最高日最大時選泵。安裝4臺水泵，3用1備，其中調速水泵方案安裝調速泵、恒速泵各2臺(備用泵為恒速泵)，最高日最大配水量時水泵效率均為89%。
　　② 電機選用：電機效率均在95%以上。
　　③ 各方案水泵揚程及高位水池池底標高由管網平差確定，均應滿足管網控制點的供水水量和水壓要求。

2 方案比較結果

2.1 揚程和調節容積的確定
　　清水池與高位水池容積是依據表1列出的需調節百分比，按最大日用水量20×10⁴m³/d計算。

表1 調節容積比較表 方案 清水池調節容積（m³） 高位水池調節容積（m³） 總調節容積（m³） 總調節百分比（%） 1 18560 0 18560 9.28 2 17800 9840 27640 13.82 3 0 18560 18560 9.28 4 17800 33540 51340 25.67

　　泵站揚程、用電量按各方案不同時段泵站送出水量及滿足管網控制點水壓線標高要求，利用LOOP程序分別進行管網平差計算得到。恒速水泵方案中的高位水池位置是與規劃部門共同協商確定的，距控制點2較近，池底標高根據最高日最大供水時由高位水池補充水量多少所決定。根據逐時供水量等計算得知，補水量從少至多的順序依次為方案2、3、4，所以池底標高的高度也分別為59、63、73m。標高的不同，將影響各方案的水泵揚程和耗電量。恒速泵站均為兩級工作制，高位水池上水時，泵站揚程高；高位水池向下補水時，泵站揚程低。
2.2 增加工程投資比較
　　各方案所需的調節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元計算出相應增加工程設施的造價。
　　為了降低方案4的水泵揚程即降低高位水池的池底標高，將此方案配水管網中約2km管道口徑由DN700 mm改為DN900mm，增加投資見表2。

表2 增加工程造價比較表 萬元 方案 清水池造價 高位水池造價 調速機組增加投資 配水管網增加投資 合計增加工程造價 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 用電量及電費比較
　　由于水泵是按城市最高日最大時用水量及水壓要求經管網平差后確定，電量計算按其平均日情況推算，為準確計算平均日用電量，將四個方案按24 h用水量逐時變化情況分別進行管網平差計算得出每個方案的時耗電量。因為在最高日中調速水泵的揚程達695.8 kPa，恒速泵方案由于要向高位水池上水，揚程分別為724.8、833、761.6 kPa，所以在平均日中各方案水泵運行均已偏離最高效點，恒速泵偏離的幅度會更大。按峰谷電價累積全天的電費支出，各方案年耗電量及年電費比較見表3。

表3 年運行電費比較表 方案 年運行電量（10⁴KW.h） 年運行電費（萬元） 年運行電費差值（萬元） 節約電費百分比（%） 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

　　通過比較可知，方案2年耗電量雖不很高，但年運行電費最多。方案1和方案2皆為沒有錯開供電高峰的配水方案，其年運行費卻相差甚遠。所以實行峰谷電價后，配水方案的比較更為復雜。
2.4 最佳方案
　　根據上述分析，在本工程中使用變頻調速水泵不僅能保證供水安全可靠，節省電能，而且從工程造價和年運行費用綜合考慮也是合理的；同時不需再建高位水池，節約用地，且管理集中。特別是地處分區供水配水中心位置的水廠，在新規劃區用水負荷增加速度難以預測時，可根據管網建設情況靈活改變配水方向，滿足了城市發展的進度要求，又不受已建高位水池能覆蓋配水區域的限制，對用水量季節變化適應性強。因此，本工程以調速水泵機組方案為首選方案。

3 結論

　　實行峰谷電價后對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，可以在谷值電價送水儲存，減少峰值電價時段泵站用電量。但是，變頻調速水泵方案與恒速泵高位水池調節方案何優何劣是因地而異的，影響方案比較的主要因素有：①運行工況的變化情況，日變化系數K_d和時變化系數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；②供水區域地形條件及高位水池的位置，以及配水管網服務區內用戶對水量水壓的要求，這將決定供水方案的水泵揚程差異；③調速電機價格及高位水池造價；④電價和電費收繳制度，峰、平、谷電價的差額及計價時間分段情況。

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