В России, стране с огромными запасами природных ресурсов, к необходимости повышения энергоэффективности пришли несколько позже. Несмотря на это, работа, которая ведётся в нашей стране в данном направлении, уже дала результат. Так, за последние десять лет удалось снизить энергоёмкость экономики государства на 9%. Через пять лет ожидается сокращение показателя ещё на 13,5%, а к 2025 году — на 40% от сегодняшних показателей [1]. Достичь поставленных целей поможет, в частности, модернизация инженерного оборудования на ресурсозатратных объектах жилищно-коммунального хозяйства. До 20% мирового потребления электроэнергии приходится на долю насосного оборудования. Потенциал экономии здесь огромен: сокращение потребления до 60% и более. По оценке специалистов Grundfos, за десять лет эксплуатации финансовые расходы на насосы распределяются следующим образом: 5% составляет начальная стоимость оборудования; 10% — затраты на техническое и сервисное обслуживание; 85% — расходы на электричество. Оценить возможности сбережения ресурсов, разработать меры по повышению энергетической эффективности оборудования и предложить экономичное решение поможет аудит насосных систем (АНС, Pump Audit).

Этапы проведения аудита насосных систем

За последние несколько лет специалисты «Грундфос» провели обследования более 200 объектов жилищно-коммунального комплекса, по результатам которых модернизировано более 150 насосных систем. Ежегодная экономическая выгода от данных проведённых работ превышает 45 млн руб. Как правило, аудит насосных систем проходит в несколько этапов (рис. 1). При проведении аудита насосных систем обязательно учитываются специфические особенности каждого объекта.

Во всех случаях главным атрибутом аудита является мобильный измерительный комплекс (МИК), состоящий из ваттметра, ультразвукового расходомера, регистратора показаний, цифровых и аналоговых датчиков, а также специального программного обеспечения Grundfos LCC. Полученные с помощью МИКа данные демонстрируют реальное энергопотребление обследуемых насосных систем и способы его оптимизации. На основе проведённых замеров, а также с учётом пожеланий заказчика разрабатывается модель новой насосной системы. «На энергоэффективность объектов влияют такие факторы, как коэффициент полезного действия электродвигателей, наличие преобразователей частоты и систем удалённого контроля. Наибольший эффект даёт комплексное использование всех возможностей энергосбережения, — комментирует Алексей Пономарёв, главный специалист по аудиту насосных систем ООО „Грундфос». — После проведения АНС на объекте специалисты компании „Грундфос» предоставляют отчёт о выполненных работах, а также рекомендации по повышению энергетической эффективности. Из предложенных вариантов заказчик может выбрать и реализовать наиболее подходящий, исходя из собственных финансовых возможностей и ожидаемого экономического эффекта».

Способы сбережения энергии

Как правило, после процедуры аудита и решения о проведении модернизации предприятия коммунального сектора внедряют насосы Grundfos с двигателями высокого класса энергоэффективности и системы управления с частотно регулируемыми приводами (ЧРП). ЧРП обеспечивают плавное регулирование скорости электродвигателей. Такое решение позволяет адаптироваться под текущие нужды системы теплоили водоснабжения и, соответственно, сокращает потребление электричества, тепловой энергии и воды. Использование преобразователей частоты снижает нагрузку на коммуникации, в результате чего сокращается количество прорывов трубопроводов и увеличивается срок службы систем. Хорошим примером может служить опыт внедрения оборудования высокого класса эффективности с преобразователями частоты на МУП «Волгоградское коммунальное хозяйство» (МУП «ВКХ»). Здесь в 2010 году прошла модернизация городских котельных. Специалисты компании «Грундфос» провели аудит трёх крупных объектов, по результатам которого советские насосы серий Д и К/КМ были заменены на консольные насосы Grundfos NB, NK, NKG и вертикальные модели ТР/ТРЕ*. В итоге затраты на электроэнергию сократились на 25%, что принесло ежегодную экономию в размере 1,9 млн руб. Инвестиции в оборудование составили 7,5 млн руб. Финансовые вложения на модернизацию насосных систем вернулись менее чем за четыре года. Повышению энергоэффективности также способствует оснащение оборудования системами управления, которые позволяют реализовать разные алгоритмы работы: регулирование по постоянному давлению, перепаду давления, температуре, расходу теплоносителя (воды) и др. В этом случае группой преобразователей частоты будет управлять внешний контроллер, куда загружаются данные о рабочих характеристиках установленного оборудования. Эта информация используется для расчёта оптимальных с точки зрения энергопотребления параметров: частоты вращения, количества параллельно работающих насосов в конкретный момент времени и пр. Вариант с системами управления выбрали на МУП «Водоканал города Рязани», где в 2012 году проводился аудит девяти канализационных и водонапорных насосных станций (КНС и ВНС). Для КНС были подобраны канализационные насосы Grundfos серии S с системой управления Control DC-E, а для ВНС — центробежные NB и HS с системами управления Control MPC-E. Экономический эффект определялся отдельно для каждого объекта. Наиболее значительные результаты были достигнуты на ПНС «Белякова»: в период с марта по июль 2014 года энергопотребление оборудования составило 140,04 тыс. кВт⋅ч, что в полтора раза меньше, чем за аналогичный период 2013 года. В финансовом выражении это более 500 тыс. руб. в год.

Оптимизация энергопотребления скважин

Отдельное место в теме аудита насосных систем для коммунальных предприятий занимает исследование скважинных водозаборов. «Получение реальных гидрогеологических характеристик скважин для оптимального выбора надёжного и эффективного водоподъёмного оборудования — довольно трудоёмкий и дорогостоящий процесс. Специально для его упрощения инженеры „Грундфос» разработали программный продукт, позволяющий смоделировать процесс водозабора подземных вод на основании данных конкретной скважины», — поясняет Игорь Кинаш, заместитель директора Департамента по реализации проектов ООО «Грундфос». Общая схема проведения аудита не меняется: эксперты выезжают на объект, где анализируют действующую систему и выясняют причины высоких показателей энергопотребления. Как правило, неэффективность работы скважинных водозаборов объясняется устаревшим и/или неправильно подобранным оборудованием, неконтролируемым понижением уровня грунтовых вод и потерями давления в распределительной сети. Все перечисленные проблемы были выявлены при аудите скважины №1645 МУП «Водоканал» города Екатеринбурга, которая обеспечивает подачу воды в 19 водоразборных колонок и 96 индивидуальных жилых домов. По результатам исследований существующий насос заменили на скважинный насос Grundfos модели SP 14–8. При одинаковых значениях номинальной подачи разница в мощностях составила 8,8 кВт: 11 кВт против 2,2 кВт. Приведём расчёт экономии исходя из тарифа за электроэнергию 4,21 руб/ кВт⋅ч. Максимальное потребление было зафиксировано в июне 2013 года, когда за месяц насос проработал 333 часа. Затраты на электроэнергию за тот период составили: 333 ч × 11 кВт × 4,21 руб/ кВт⋅ч = = 15421,23 руб. А при работе нового оборудования расходы были бы равны: 333 ч × 2,2 кВт × 4,21 руб/ кВт⋅ч = = 3084 руб. При минимальном потреблении, зафиксированном в феврале 2014 года, оборудование отработало 128 часов, израсходовав 1408 кВт электроэнергии. Затраты коммунального предприятия тогда составили 5927,68 руб. В то время как при функционировании нового насоса потребление было бы равно 281 кВт, а плата — 1185,5 руб., соответственно. В ходе аудита эксперты выявили, что средние затраты предприятия в месяц на электроэнергию, потребляемую старым скважинным насосом, составляли 10 тыс. руб. После замены его на модель SP эти цифры снизились до 2000 руб. Экономия составила 8000 руб., и насос окупился всего за год. «Преимуществом выбранного решения стала не только энергоэффективность, но и кратчайшие сроки поставки благодаря производству насоса на заводе „Грундфос» в Подмосковье: реализация проекта заняла всего две недели. Наличие локальной производственной площадки является огромным плюсом и для эксплуатации: комплектующие для сервисного обслуживания не нужно долго ждать, они всегда готовы к заказу», — говорит Вадим Кузнецов, технический директор МУП «Водоканал» города Екатеринбурга. Новый насос SP оснащён устройством комплексной защиты электродвигателя MP204, которое положительно влияет на надёжность и срок службы всей скважины. Блок МР204 обеспечивает измерение и контроль таких параметров, как перегрузка, «сухой ход», перенапряжение или низкое напряжение, перегрев, чередование и пропадание фаз, дисбаланс тока, коэффициент мощности, гармонические искажения, сопротивление изоляции при старте, часы работы и контроль количества пусков. Электронные устройства могут эксплуатироваться совместно с системой контроля Grundfos GO и интегрироваться в систему дистанционного управления Grundfos Remote Managment (GRM). GRM обеспечивает круглосуточный контроль параметров оборудования, что приводит к оптимизации работы и снижению затрат на сервисное обслуживание: любую аварийную ситуацию можно не только вовремя предупредить, но и оперативно предотвратить. Системы МР204, так же, как и скважинные насосы линейки SP, производятся на заводе «Грундфос Истра».

Диспетчеризация объектов коммунальных предприятий

Нередко вместе с системами управления коммунальные предприятия внедряют удалённый контроль за работой оборудования. Дистанционное регулирование существенно сокращает трудозатраты персонала: дежурным не требуется постоянно находиться на объекте, в то же время они могут оперативно отследить состояние оборудования и выявить потенциальные неполадки задолго до их проявления. Контроль за рабочими параметрами насосов осуществляется через локальную сеть, Интернет или с участием SCADA-систем предприятия. Кроме того, современные технологии позволяют контролировать работу оборудования с помощью смартфонов или планшетных компьютеров. Например, системы управления Grundfos Control-MPC и Control DC легко включаются в специальную программу мониторинга GRM (Grundfos Remote Management) для регистрации данных и управления через мобильную сеть. Системы диспетчеризации широко используются на ОАО «Ярославльводоканал», где в 2013 году были переоборудованы и переведены в автоматический режим работы 90% городских повысительных насосных станций и 52% канализационных, а также внедрена централизованная система управления насосами SCADA «Пирамида 2000». Одним из первых реконструированных объектов стала КНС-19. На станции устаревшие насосы типа Д заменили насосами Grundfos серии S2 с системой управления ControlDC-E. КНС включили в общую систему диспетчеризации. Реализованное решение привело к снижению мощности КНС с 10,8 млн до 3,5 млн кВт⋅ч в год. Ежегодная экономия составляет около 11,25 млн руб. (при вложениях в 31 млн руб.)**.