Реферат: Удк 628. 152 Ткачук О. А., д т. н., професор, Шевчук А. Ю., магістр

УДК 628.152


Ткачук О.А., д.т.н., професор, Шевчук А.Ю., магістр (Національний

університет водного господарства та природокористування, м. Рівне)

Каланча С.В., асистент (Чернівецький національний університет

імені Ю. Федьковича)

Енергоощадні заходи подачі та розподілення води на водопроводі м. чернівці


Наведено результати обстежень та досліджень системи подачі та розподілення води м. Чернівці. На основі розроблених методів структурно-функціонального удосконалення таких систем запропоновано раціональні шляхи енергощадження та стабілізації водопостачання міста.


Results of inspections and researches of system of submission and distribution of water Chernovtsy are given. On the basis of the developed methods of structurally functional improvement of such systems rational ways энергосбережения and are offered to stabilization of water supply of city.


^ Системи подачі і розподілу води (СПРВ) є найбільш енергомісткою частиною сучасних систем водопостачання населених пунктів. Це пов’язано із транспортуванням води на значні відстані від віддалених джерел водопостачання, значними перепадами рельєфу місцевості та висотною забудовою житлових зон.

^ Водопровід м. Чернівці веде свою історію з 1895 року, коли були введені в дію два водозабори «Ленківці- 1» і «Рогізна». Місто, в якому мешкало біля 30тис. жителів забезпечувалось водою від насосної станції «Рогізна», продуктивністю до 3,6 тис. м3/доб. (парові двигуни). У зв’язку із розвитком міста у 1912 р. збудована насосна станція «Магала», продуктивністю до 8тис.м3/доб. Подальший розвиток системи водопостачання м. Чернівці припадає на повоєнний період. У 1957р. збудований водозабір і насосна станція «Берегова», продуктивністю до 10 тис. м3/доб. Катастрофічним паводком 1969 року цей водозабір був зруйнований. Його відновлення не дало бажаного ефекту, тому у 1982р. водозабір і насосна станція були законсервовані.

У 1966р. введена в дію насосна станція «Біла» із інфільтраційним водозабором, продуктивністю до 10 тис. м3/доб. Розширення водозабору «Магала» (1952..1976рр.) збільшило його продуктивність до 16 тис. м3/доб. Через осушення навколишніх земель його дебет зменшився на 50%. Тому в даний час проводиться штучне поповнення запасів підземних вод, що дозволяє зберегти проектну продуктивність.

У 1973..1986рр. побудовано водозабір «Лужани-Дубівці-Шипинці», до 20 тис. м3/доб. Через інтенсивний відбір гравію і пониження води в р. Прут, його дебет різко знизився (менше 3 тис. м3/доб.). відновлення водозабору не дало ніякого ефекту.

У 70-х рр. було визначено основним джерелом водопостачання міста ріку Дністер. Для чого було збудовано комплекс водопровідних споруд (водозабір, каскад насосних станцій, водоочисні споруди і водогони), який був введений в дію в 1982р.

В даний час водопостачання м. Чернівці здійснюється з двох джерел: поверхневий водозабір на р. Дністер (74%) і система підземних водозаборів в поймі р. Прут (26%). Балансова схема подачі води в місто показана на рис.1.




Рис.1. Балансова схема подачі води в м. Чернівці (2005 р.)

Проектна продуктивність водопроводу складає 130 тис.м3/доб, зокрема, районного водопроводу «Дністер-Чернівці» – 90 тис.м3/доб і 4-х свердловинних водозаборів – 40 тис.м3/доб, зокрема, «Магала» – 9-12 тис.м3/доб, «Біла» – 10-13 тис.м3/доб, «Ленківці-2» – 5-7 тис.м3/доб і «Очерет» – 9-12 тис.м3/доб. Фактична продуктивність у 2005 році становила до 85 тис.м3/доб і постійно знижується. Споживачам вода подається цілодобово, але в нічні години із пониженим тиском. Собівартість води (на 1.10.05 р.) становила 1,14 грн/ м3, а тариф для населення – 1,09 грн/ м3.

^ Останнім часом намітилась тенденція до збільшення витрат електроенергії на подачу води, питомі витрати якої є одними із найбільших для міст України і становлять до 2,0 кВт-год/м3, необлікованих витрат води (до 50 %) та аварійності водоводів і водопровідних мереж ( до 2,5 аварій/рік/км). Такий стан потребує скорочення енерговитрат та втрат води за рахунок впровадження енергоощадних технологій подачі води [1].

^ Для виявлення причин з метою усунення вказаних недоліків та визначення можливих варіантів перспективного розвитку системи водопостачання проведено комплекс науково-дослідних робіт із розробки енергозберігаючих заходів подачі і розподілу води на водопроводі м. Чернівці. Проведено збір та уточнення в процесі обстежень основних водопровідних споруд вихідної інформації про їх реальний стан. За наявною технічною інформацією складено технологічні схеми, визначено робочі параметри та технічний стан основного обладнання тих об’єктів СПРВ, що є найбільшими споживачами електроенергії. Для цього було проведено їх анкетування, обстеження і дослідження, в процесі яких визначались робочі показники для різних режимів подачі води, як за допомогою стаціонарних, так і портативних вимірювальних приладів (манометрів-самописців і витратомірів).

На основі проведеного аналізу роботи та експлуатаційних показників намічено енергозберігаючі заходи та можливі шляхи вдосконалення СПРВ. При їх розробці та обґрунтуванні проводились розрахунки сумісної роботи всіх споруд СПРВ на основі методик та комп’ютерної програми GRS кафедри водопостачання та бурової справи НУВГП.

^ В результаті проведених досліджень встановлено, що питомі витрати електроенергії на подачу води в цілому по СПРВ становлять до 2,0 кВт-год/м3 і є одними із найбільших для міст України. Необліковані витрати води (втрати води  36 % і технологічні витрати по місту  12 %) та аварійність трубопроводів (до 2,5 аварій/рік/км) постійно зростають. Основною категорією споживачів (77 % - реалізованої і 40 % поданої води) є населення (рис. 2). Кількість жителів, що споживають воду із водопроводу  180 000 (52 611 абонентів). Із них отримують воду через лічильники – 62,5 %, а за нормами – 37,5 %. Фактичні середні за рік питомі витрати води населенням складають 152 л/(люд.доб), що дещо нижче вимог діючих нормативів, але є на рівні сучасних Європейських показників [2..4]. Споживачам вода подається цілодобово, але в нічні години із пониженим тиском.





Рис. 2. Структура витрат води із водопроводу м. Чернівці


Зростання втрат води і зниження об’ємів її реалізації пов’язано із практичною відсутністю промислових споживачів води, збільшеними витратами на утримання споруд, зокрема, платою за використану електроенергію, старінням споруд, обладнання і, особливо, трубопроводів та підвищеними необлікованими витратами води. Собівартість води постійно зростає (рис. 3). ЇЇ основною складовою є вартість електроенергії (рис. 4) на підйом води (43..49%). В серпні 2005 р. при собівартості 2,31 грн/м3 тариф на воду для населення становив 1,32 грн/м3, а рентабельність по системі водопостачання – -18,6 %. Основними причинами збитковості слід вважати невідповідність тарифів на воду її собівартості, значні витрати на електроенергію та видатки на утримання зношених трубопроводів і споруд.




Рис. 3. Динаміка зміни собівартості води (2005 р.)





Рис. 4. Структура собівартості води (серпень 2005 р.)


Порівняльний аналіз фактичних питомих витрат електроенергії із їх номінальними значеннями [4, 5] для кожної водопровідної насосної станції показав (таблиця), що резерв економії електроенергії в цілому по системі складає до 14 млн. кВт-год/рік, а найбільше на ВНС «Вікно», «Шубранець» і «Магала-ІІ». Комплекс енергозберігаючих заходів для них передбачає: забезпечення роботи насосів в зоні максимальних коефіцієнтів корисної дії (ККД), що відповідають їх номінальній подачі і напору; зниження втрат напору в комунікаціях насосних станцій і водоводах; заміна зношених насосних агрегатів, ККД яких нижче номінальних понад допустимі нормативи; зменшення втрат води в системі.

Таблиця

Порівняльний аналіз питомих витрат електроенергії, кВт-год/м3, водопровідними насосними станціями

№ з/п

Назва водопровідної насосної станції

Номінальні витрати

Фактичні середні питомі витрати (за 2005 р.)

Середня добова подача води, тис.м3/доб

Резерв економії електроенергії, тис. кВт-год/рік

нормативні

Ао.нор

насоса Ао.нас

1

Вікно і Митків

0,714

0,976

0,884

86

5 336,3

2

Шубранець

0,374

0,449

0,630

60

5 606,4

3

Магала-ІІ

0,249

0,262

0,989

5,5

1 485,6

4

Магала-ІІІ

0,169

0,173

0,270

5

812,1

5

Рогізна

0,171

0,229

0,311

4

204,4

6

Біла

0,624

0,612

0.929

7,5

834,9

^ Всього по СПРВ

-

-

1,211

103

14 279,7

Отримані результати показали, що в 2005 році відбулося різке збільшення подачі води ВНС «Митків» (на 45 %) та ВНС «Шубранець» (на 15 %). При цьому подача води іншими насосними станціями залишилась на рівні 2004 р, а її реалізація знизилася на 7 %. Такий стан є свідченням росту необлікованих витрат води, зокрема, її витоків (особливо на ділянці водоводу «Митків – Шубранець»). Для підвищення ефективності водоводу «Дністер-Чернівці» з метою енергозбереження визначено такі роботи:

задіяти другі нитки водоводів на ділянках «Митків-Вікно-Шубранець», провівши попередньо їх санацію нанесенням цементно-піщаного покриття на внутрішню поверхню труб; першочергово задіяти другу нитку водоводу діаметром 900 мм паралельно ділянці діаметром 1000 мм (в кінці водоводу «Вікно-Шубранець» доцільно використовувати його одну нитку);

замінити насосні агрегати на всіх ВНС новими із високими ККД; першочергово заміну провести на ВНС «Вікно» після підключення другої нитки водоводу (за одним із варіантів: №1 – використання насоса ЦН 3000-197а із обточеним колесом Др.к = 825 мм після заміни електродвигуна менш потужним (N = 1600 кВт); №2 – заміна насосів імпортними відповідно до пропозиції НПФ «Екополімер).

Річна економія електроенергії після впровадження першочергових заходів (цементація ділянки водоводу діаметром 900 мм, довжиною 5870 м, введення її в дію і заміна електродвигуна на менш потужний для насоса ЦН 3000-197а) становитиме понад 4 млн. кВт-год/рік, або – 1,5 млн.грн/рік.

Перспективними, з точки зору енергозбереження, є розвиток напрямів подачі води, що мають найменші номінальні нормативні питомі витрати електроенергії: «Дністер-Чернівці» – 1,1; «Магала» – до 0,5; «Рогізна» – до 0,3; «Біла» – 0,62 кВТ-год/м3. Тому, одним із основних шляхів енергозбереження є збільшення продуктивності водозаборів і СПРВ для напрямів «Магала» та «Рогізна» із одночасним її скороченням для водоводу «Дністер-Чернівці».

Стан системи подачі і розподілу води центральної частини міста в цілому можна характеризувати наявністю гідроенергетичного парадоксу – закачування води у високо розташовані резервуари, що дозволяє створювати понаднормативні напори у мережі (до 100 м і більше), і наявність великої кількості насосних станцій підкачки (22 НСП на 142 будинки) для подачі води споживачам. Враховуючи, при цьому фізичне зношення водопровідних труб, що експлуатуються понаднормативні строки (70 % – більше 20 років), і необхідність їх заміни новими, є нагайна потреба зміни технологічної схеми подачі води в місто.

Із врахуванням перспективи, з точки зору енергозбереження – збільшення продуктивності ближніх водозаборів, доцільно виділити такі зони СПРВ: «Магала», «Біла», «Рогізна» і «Самопливну», яка живиться від РЧВ «Попова» і поділяється на три підзони: «Центр», «Південна-1» та «Південна-2» (рис. 5). Границі кожної із зон слід уточнити відповідно до можливості збільшення продуктивності водозаборів.




Рис. 5. Рекомендований поділ центральної частини СПРВ м. Чернівці на зони і підзони


Рекомендований поділ дозволяє підтримувати напори максимально наближеними до необхідних, що дозволить знизити втрати води, зменшити енерговитрати на насосних станціях підкачки та аварійність мережі. Для реалізації даного проекту визначено види та об’єми робіт. Вони передбачають: будівництво нових та заміну існуючих водопровідних ліній; влаштування з’єднань і переключень водопровідних ліній; встановлення додаткових колодязів і камер регулювання потоків; заміна окремих насосів на насосних станціях; влаштування автоматизації СПРВ із мобільним зв’язком для передачі даних (напорів, витрат води, параметрів насосів, рівнів в РЧВ) на ЦДП.

Будівельна вартість робіт складає понад 3 млн.грн, економія експлуатаційних витрат до 1 млн. грн./рік, а окупність проекту становить 3..4 роки.

Для успішної реалізації нової технологічної схеми подачі води в місто, крім вище наведених заходів, необхідно продовжувати роботи по санації і заміні зношених та аварійних трубопроводів (щорічно понад 20 км), а також налагоджуванню обліку поданої та реалізованої води.

Даний комплекс заходів енергоощадження не передбачає підвищення надійності та техногенної безпеки при функціонуванні системи водопостачання м. Чернівці. Однак, ці питання вже сьогодні є актуальними і потребують планомірного комплексного вирішення. Це, зокрема, стосується збереження аварійних і пожежних запасів води на території міста, забезпечення якості води, запобігання її повторному забрудненню тощо.


1. Закон України «Про загальнодержавну Програму реформування і розвитку житлово-комунального господарства на 2004-2010 роки» (№ 1869-IV від 24.06.2004 р.). 2. Ткачук О.А. Шляхи забезпечення функціонування систем подачі і розподілу води в умовах їх старіння й зношення. // Науковий вісник будівництва. Вип. 26 Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2004. – с. 69 – 74. 3. Гіроль М.М., Ткачук О.А., Хомко В.Є., Васильєв А.Й., Ковальський Д. Дослідження техніко-економічних параметрів роботи водопровідних систем в умовах скорочення водоспоживання. «Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво». Зб. наук. праць. Вип. 29. Рівне: НУВГП, 2005. - с. 113 - 119. 4. Ткачук О.А. Структурно-функціональне удосконалення систем подачі та розподілення води. Автореф. дис. … докт. техн. наук. Рівне: НУВГП, 2007. 32 с. 5. Ткачук О.А. Теоретичний аналіз нормування енерговитрат в системах подачі та розподілення води при проведенні їх енергоаудиту // Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. Зб. наук. пр. Вип. 4 (40). Рівне: НУВГП, 2007. - С. 589 – 596. 6. Ткачук О.А., Шевчук Ю.Ф., Оленю М.І., Каланча С.В., Шевчук А.Ю.. Моделювання процесів формування якості питної води в м. Чернівці // «Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки». Наук.-техн. зб. Вип. 9. - К: КНУБА, 2007. - С. 18 - 25.