Improving the efficiency of distributed water supply systems by means of an adjustable electric drive

Abstract

The water supply of the pumping station must meet the needs of the consumer which change during the day. Therefore, its performance needs to be adjusted. Any deviation of the pump unit’s performance from the nominal value leads to additional energy costs. Under such conditions, great importance is paid to optimising the operation of electric drives of the water supply pumping station. To regulate the performance of a pumping station, it is often resorted to changing the number of operating pumping units, the engines of which are started directly from the electrical network. Medium-and high-power engines are subject to technical restrictions for a direct start, which are supplemented by the need to maintain pauses between starts. Therefore, when ensuring the desired value of pumping station performance, it is very important to consider the features of starting pump engines. Control systems are widely used in the field of electric drive and water supply. It is in these areas that the efficiency of the control system depends on the amount of electricity that will be consumed by the technological process or the reliability of its operation. It is known that pumps account for about half of all energy produced. Therefore, the issue of effective control systems is particularly relevant in the field of water supply. The purpose of this study is to increase the reliability and efficiency of the water supply system by considering the distribution properties of the pipeline network when controlling electric pump drives, which will allow coordinating the operation of the pumping station, the pipeline network, and the consumer. To achieve this purpose, the study was conducted to assess the impact of the distribution and length of the pipeline network. The system of water supply and distribution is analysed, what criteria affect the correct performance of work and what problems may arise during operation for a long period of time are investigated. Ways to optimise the operation of pumping stations to increase their energy efficiency and cost-effectiveness of installations are investigated. The main reasons for the expediency of using an adjustable electric drive to control pumping units are considered.

Водопостачання насосної станції має задовольняти потреби споживача, які змінюються протягом доби, тому його продуктивність потребує коригування. Будь-яке відхилення продуктивності насосного агрегату від номіналу призводить до додаткових витрат на електроенергію. За таких умов велике значення у сфері водопостачання приділяється оптимізації роботи електроприводів насосної станції. Для регулювання продуктивності насосної станції часто вдаються до зміни кількості працюючих насосних агрегатів, двигуни яких запускаються безпосередньо від електричної мережі. На двигуни середньої та великої потужності діють технічні обмеження для прямого запуску, які доповнюються необхідністю підтримувати паузи між пусками, тому при забезпеченні необхідного значення продуктивності насосної станції дуже важливо враховувати особливості пуску насосних двигунів. Системи управління широко використовуються в області електроприводу та водопостачання, саме в цих сферах від ефективності роботи системи керування залежить кількість електроенергії, що буде споживатися технологічним процесом, або надійності його роботи. Відомо, що на насоси припадає приблизно половина всієї виробленої енергії, тому питання ефективних систем контролю є особливо актуальним у сфері водопостачання. Мета даної наукової роботи – підвищити надійність та ефективність роботи системи водопостачання за рахунок врахування під час керування електроприводами насосів, властивості розподіленості трубопровідної мережі, що дозволить узгодити роботу насосної станції, трубопровідної мережі та споживача. Для досягнення цієї мети було проведено дослідження оцінки впливу розподіленості та протяжності трубопровідної мережі. Також було проаналізовано систему подачі та розподілу води, досліджено які критерії впливають на коректне виконання роботи та які проблеми можуть виникати під час роботи в тривалий проміжок часу. Встановлено шляхи оптимізації роботи насосних станцій з метою підвищення економічності установок та їх енергоефективності. Розглянуто основні причини доцільності використання регульованого електроприводу для керування насосними агрегатами.