给水排水 84家，10.4%节能空间，供水节能降耗研究与探讨

1.1 研究对象

研究对象主要为江苏省省内供水企业及水厂。江苏地处长江、淮河流域下游，境内地形平坦，水网密布。按地理位置划分，江苏省分为苏南、苏中、苏北3个片区。苏南分别为苏州、无锡、常州、南京、镇江5市；苏中分别为扬州、泰州、南通3市；苏北分别为徐州、连云港、宿迁、淮安、盐城5市。从经济发展角度来看，苏南强于苏中，苏中强于苏北。全江苏省集中式地表水水源地主要分布于长江、湖库（太湖、其他湖库）、内河（淮河、沂沭泗水系）。截至2020年底，各类水源地的取水量分别占全省总取水量的49.65%、29.60%、20.75%；全省共有166个城市公共供水厂，总供水能力3154.5万m3/d；自来水深度处理能力为2942.5万m3/d，占全省总供水能力的93.3%，基本均采用臭氧-生物活性炭工艺。本研究涉及水厂主要从166个供水厂筛选出数据质量较好的84座臭氧活性炭深度处理水厂。

1.2 研究方法

节能降耗是企业减少运营成本、提高效率的重要手段之一，目前在垃圾焚烧、建筑、运输等领域的节能降耗研究较多。众多研究成果强调全生命周期概念，对于供水厂而言，全生命周期管理即包含水厂建设阶段、运营阶段、水厂拆除阶段3个阶段。其中水厂运营阶段为主要的能源消耗过程，是节能降耗研究的重点。本研究主要集中在水厂运营阶段的能源消耗层面，并以能源消耗为基础进行供水节能降耗研究及节能空间的计算。

水处理环节，具体电耗由加药、反冲洗、臭氧制备、污泥处理等组成，设备功率配置随规模同比例变化且基本固定，不同水厂间可用比能进行类比。输配水环节电耗与管网规模大小、所在地高程和机泵效率有关，采用比能统计，机泵效率高低与管理水平相关，可采用综合单位电耗进行评价。

1.3 计算方法

比能（e），即千吨水单位电耗，单位为kW·h/1 000 m3。可用于类比各家水厂生产环节电耗的高低，比能只与扬程和机泵效率有关。

扬程需求大的地区电耗高，因此丘陵地带扬程消耗会大于平原地带。机泵效率的高低直接反映水厂管理水平的强弱，当水泵选型和安装到位后，其效率高低的主要影响因素为水泵维护性能，机泵搭配的好坏主要由管理因素决定。

综合单位电耗（e′）体现机泵效率，即千吨水兆帕水量电耗，单位为kW·h/（1 000m3·MPa），综合单位电耗与机泵效率的倒数呈正相关关系，因此，综合单位电耗越低则表示机泵效率越高，即机泵管理水平越高。

2.1 整体消耗水平

图1为江苏省84座臭氧活性炭深度处理水厂生产消耗比能概率分布，以10%占比作为评价线，全省比能主要集中在200～350 kW·h/1 000m3，低于200 kW·h/1 000m3不足5%，高于500 kW·h/1 000m3仅一家占比不足2%。

图1 江苏省84家水厂各水厂比能概率分布

图2为江苏省各水厂比能实际数值，由图2结合图1可知，全省84家深度处理水厂比能围绕270 kW·h/1 000m3上下波动，这与陆柯统计的石家庄第八水厂水平接近。

图2 江苏省84家水厂各水厂比能

图3为各地域间比能结果，由图3可见苏南、苏中、苏北间比能差别较大，均值分别为264、280、286 kW·h/1 000m3；中值分别为256、262、279 kW·h/1 000m3，由此可以判断苏南电耗低于苏中，苏中低于苏北。现有研究成果显示，生产中水司70%电耗水平由取水与送水泵房引起，其中送水泵房电耗水平与管网规模有关。江苏地域苏南城市规模要高于苏中，苏中城市规模要高于苏北，因而对应供水规模和管网规模也呈现苏南大于苏中，大于苏北。理论上，苏南送水泵房扬程需求大于苏中，大于苏北，电耗水平也应呈现上述变化的趋势。而实际电耗水平苏南低于苏中、苏中低于苏北，侧面反应了苏南电耗管理水平要高于苏北。

图3 江苏省84家水厂各地域间比能

2.2 各工艺比能占比

将供水生产分成取水、送水、常规工艺、深度处理工艺与生产用电5个方面，取水为原水取用的电量消耗；送水为送水泵房的电量支出；常规工艺部分包含沉淀、砂滤、加氯三方面的电量消耗；深度处理包含预臭氧投加、主臭氧、炭滤池部分；生产用电部分为除上述外的其余用电，包含排泥、再生水回用、变配电损耗等。

图4为江苏省84家水厂各工艺比能占比，全省取水、送水、常规工艺、深度处理和生产用电占比平均值分别为：23%、44%、6%、10%和17%；中值分别为：21%、46%、6%、11%和16%；从波动范围看取水电耗占比变化较大。取水电耗与水厂距水源地的距离有关，靠近水源地电耗较低，远离水源地电耗较高。由图4可见，取水与送水占比的总和（图4中橙色与绿色总和），各家相差不大，基本上集中75%左右；深度处理部分各家占比相差不大，因为深度处理用电的主要部位为提升与臭氧发生电量消耗，各家配置基本一致；综上所述供水厂生产比能节约的重点为机泵运行电耗，即取水、送水电能。

图4 江苏省84家水厂各工艺比能占比

2.3 节能空间预测

图5为江苏省84家水厂各工艺比能水平，由图5可见，常规工艺、深度处理工艺、生产电耗三者电耗较为集中，平均值分别为21.18、33.60、54.78 kW·h/1 000m3，各家水平差别不明显。取水电耗与送水电耗变化幅度较大，变化幅度超过150 kW·h/1 000m3，取水与送水电耗主要与管网规模与机泵运行效率有关。

图5 江苏省84家水厂各工艺比能

图6为江苏省苏南、苏中、苏北机泵综合单位电耗水平及分布，该值主要反应泵房的效率高低。由图6可知，苏南、苏中、苏北综合单位电耗差别较大，均值分别为411、425、501 kW·h/(1 000m3·MPa)。相比而言，苏南地区在机泵管理改进和管网漏损控制等方面做出努力，数据表现出效率最高，变化幅度较低，反映其机泵管理水平高于其他两个区域。

图6 江苏省84家水厂机泵综合单位电耗

按照上述分析，将常规工艺、深度处理、生产电耗三部分比能叠加在一起形成水厂生产比能均值和，见表1。从表1可见，苏南、苏中、苏北3个区域水厂生产比能存在一定差别，苏中最低，为98 kW·h/1 000m3。以苏中98 kW·h/1 000m3管理水平作为节能空间目标。

表1 节能降耗潜能预测

此外，取水、送水泵房电耗与泵房效率有关，即表1中第3列综合单位电耗均值和。对比苏南、苏中、苏北三者数值，泵房效率苏南水平最高，苏中次之，苏北最不佳。以苏南411 kW·h/(1 000m3·MPa)管理水平作为未来节能的潜能目标。

以上述两个目标进行测算，改进管理后江苏省84家深度处理水厂的供水比能总和约为302 kW·h/1 000m3，对比现有比能总和337 kW·h/1 000m3，将存在10.4%的节能空间。