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供水管网节水及余压发电技术
来源:未知    时间:2018年03月13日    分享:

供水管网节水及余压发电技术

——株洲南方阀门股份有限公司

一、企业简介

株洲南方阀门股份有限公司(证券代码:833678),属国家火炬计划重点高新技术企业、国家“十三五”水资源高效开发利用重点专项课题承担单位及项目参与单位。自1996年成立以来,公司一直致力于为全球的水工业用户提供泵站和管线安全、管网漏损控制以及输水效率提升的系统解决方案,先后主编了13项行业标准,相关技术和产品广泛应用于水利水电、市政给排水、污水处理、工业循环水、建筑给排水等领域。

二、研发背景

在我国600多座城市中,有300多个城市缺水,108座城市严重缺水,每年因缺水而损失的工业产值达上千亿元,水已成为制约我国社会和经济发展的主要因素之一。漏损控制是节水的重要途径 , 对用水企业来说,当工业循环水和工业建筑用水采用自来水作为水源时,未做到合理的分压供水时,不仅造成管网漏损率增加,水资源的浪费,也造成了能源的浪费。

《节水型社会建设“十三五”规划》(发改环资[2017]128号)提出了关于工业节水的目标:万元工业增加值用水量降低20%;规模以上工业企业(年用水量1万m3及以上)用水定额和计划管理全覆盖;缺水地区的工业园区达到节水型工业园区标准要求。

压力管理能够减少爆管和漏损已逐步得到广泛认识,开始重视水泵、阀门、二次供水设备动作对管网压力波动的影响,以及压力管理对于输配?管网爆管的预测、调度与应急控制、事故溯源的作用。供水管网的压力管理和余压利用的微水力发电技术,在满足节水和智慧水务对电能需求的同时,也是绿色分布式能源和循环经济新的发展方向。

三、技术概要

(一)供水管网节水技术--压力管理

供水公司基于对用户的服务标准以及消防系统水压要求,可能使得管网压力过高,而输配水管网过高的压力不仅造成能源的浪费,同时还带来了其他的问题:

1、漏失量、用户用水量增大;

2、管网产生更多新的漏点;

3、管网爆管概率上升,降低供水保证率;

4、降低了管道的使用寿命;

5、漏点和爆管的出现导致管道维修费用的上升。

压力管理是国际水协(IWA)推荐的漏失控制策略之一,可在确保供水管网压力满足服务需求的前提下减少管网的漏损,包括降低爆管发生率、减少明漏或暗漏出现频率、延长管网设施工作寿命、监测供水服务质量、监测水厂运行是否经济合理、监测地下管网工作状态,及时发现管道漏损事故、爆管溯源分析、优化调度以及辅助决策。

压力管理实施的技术路线:

1、基础数据收集与管网现状分析;

2、水力建模

3、模型的测试验证

4、监测点布控;

5、模型与实测数据的验证与调整优化

6、减压设施的布设

7、管网改扩建的辅助决策

8、实时解决管网运行的压力预测分析

(二)管网余压发电技术--微水力发电

1、技术介绍

供水管道余压发电技术,是在供水管网压力管理系统基础上,通过水轮发电机与减压阀集成,回收由减压阀丢弃的能源和管网富余的水压,满足管网系统电能需求,是一种智慧水务多能源互补集成优化技术,是突破能源有效利用的最佳途径。

城镇输配水管网做为城市的生命线, 由传统水务向智慧水务转型是发展的必然趋势。智慧水务是通过数据采集仪器、数据传输设备、水质监测设备等在线监测设备实时感知城市供排水系统的运行状态,并采用可视化的方式有机整合水务管理部门与供排水设施,形成“城市水务物联网”。其中做为智慧水务的核心构成,管网的感知与控制及网络通讯均需电能供应,具有分布广、散、杂的特点,从市电接入存在诸多问题,利用管网的余压发电正好解决此问题。

2、技术路线

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3、技术装置

1)稳压微水力发电装置

一方面是降低系统过高压力,另一方面是调整水道水压。通过导入超小型微水力发电系统,可以同时兼顾两方面的需求。使用微水力发电系统,通过导入住宅和配水池之间的输出功率为10千瓦以下的微水力发电系统来代替阀门可变速超小型水力发电系统,没有导流叶片等,既简单又低成本,可以和标准的水泵与功率电子学相结合,实现更高精度的更加安定的系统

(2)多功能减压阀--发电减压装置(发电功率10kW以下)

根据应用场合设计研发的集流量检测装置、发电装置、减压装置的多功能减压阀,解决输配水管网系统智慧水务的感知计量、远程控制、物联互通组件的电力需求;降低输配水管网压力,减少水量漏失;降低输配水管网水击爆管发生机率,避免城市内涝、道路塌陷及其引发的次生灾害。

(3)空气涡轮发电装置,低水头发电(10kW)

a.水能-气能转换系统

设计的虹吸管系统可以根据坝前后水位的高度,自动调整最高点的高度,使其与水位高点的水头差始终保持固定数值,同时根据坝前后水头差,调整进气阀的流量,能使得整个系统能够平稳地工作。虹吸管系统的性能,在水头只有0.5-2m的地方,基于虹吸的水能—气能效率可达75%以上。

b.真空吸气式空气涡轮机

设计开发的功率为10kW的真空吸气式空气涡轮机,由空气涡轮和变速装置组成。空气涡轮在虹吸管路中的负压的驱动下,空气从四周进入进行涡轮,膨胀并降温,驱动涡轮高速转动,驱动发电机转动从而输出功率。

四、应用前景

美国目前不仅对小河流发电问题特别重视,对回收和开发灌溉渠道上的跌水、分水节制闸和退水闸上的微小水能也很感兴趣。

欧洲水电建设历史悠久,开发程度高,开发率多在70%以上。欧盟为实现到2020年可再生能源占总能源比例达到20%的强制目标,在水电开发程度较高的情况下,仍计划通过改扩建或新建小水电工程,使2020年水电装机在2010年基础上增加6.2%。

《城市供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ92-2016)规定,压力分布差异较大的供水管网,宜采用分区调度、区域控压、独立计量区控压和局部调控等手段,使区域内管网压力达到合理水平。

随着国家城镇化的进一步发展,对供水需求的增加以及供水服务区域的扩大,供水管网节水及余压发电技术将发挥更加重要的作用,未来应用前景十分广阔。