Techniczne i ekonomiczne przyczyny modernizacji układów pompowych w wodociągach i kanalizacji

Wiele obiektów gospodarki wodno-ściekowej w ostatnich latach zostało przekazanych przez Skarb Państwa lub samo­rządy zarządzającym nimi przedsiębiorstwom. Menedżero­wie tych przedsiębiorstw, często wywodzący się z dotych­czasowej kadry inżynierskiej przedsiębiorstw, ale intensyw­nie przeszkolonej i wspartej kadrą managerów - ekonomi­stów, przystąpili do analizy istniejącego stanu obiektów, nie­zbędnych inwestycji i prac modernizacyjnych. Stan istnie­jących w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia in­stalacji był często bardzo zły, a ekonomiczna ocena działal­ności przedsiębiorstw nie pozostawiała złudzeń co do po­trzeby modernizacji istniejących lub budowy/rozbudowy no­wych obiektów. Szczególną rolę w tym procesie pełniły obiekty gospodarki energetycznej (kotły i sieci ciepłowni­cze) oraz systemy pompowe.

O ile pierwsze z nich, obiekty gospodarki ciepłowniczej, zostały bardzo szybko zmodernizowane poprzez przyłącze­nia do sieci zewnętrznej lub stworzenie bezobsługowych, najczęściej gazowych kotłowni lokalnych, których ekono­miczne uzasadnienie przebudowy wynikało li tył kóz reduk­cji zatrudnienia przy obsłudze urządzeń, otyłe przebudowa układów pompowych miała już znacznie bardziej skompli­kowane, wielowątkowe uzasadnienie.

Kilkudziesięcioletnie systemy pompowni wody, hydrofor­ni, pompowni ścieków i systemów pompowych na istnieją­cych oczyszczalniach wymagały zdecydowanej przebudowy. Głównych powodów tych inwestycji, często równoważnych co do znaczenia ekonomicznego i technicznego, było kilka, a wśród nich najważniejsze stanowiły:

 

1. Konieczność wymiany pomp i zestawów pompowych ze względu na techniczne wyeksploatowanie i pracę w  warunkach maksymalnej wydajności przez kilkadziesiąt lat.

Pompownie i hydrofornie w systemach wodociągowych miast polskich budowane (lub odbudowywane) były we wczesnych latach powojennych. Najwięcej urządzeń pom­powych pochodziło z lat pięćdziesiątych, często były to ze­stawy z okresu międzywojennego lub nawet z początku XX wieku. Pomijając często bardzo małą ich niezawodność, wy­kazywały one zdecydowanie niewystarczające parametry, dotyczące efektywności energetycznej. Przyczyny tkwiły w pracy tych pompowni w warunkach przewidzianych kil­kadziesiąt lat wcześniej w pompowniach często przeciążo­nych pod względem wydajności, zbyt małych przekrojach magistral wodociągowych, skutkujących zbyt dużymi ci­śnieniami na wyjściu z pompowni. Urządzenia te w okresie gwałtownego spadku zapotrzebowania na wodę (lata dziewięćdziesiąte XX wieku i początkowe kilkanaście lat XXI wieku) stały się pierwszym podmiotem prac modernizacyj­nych w przedsiębiorstwach wodociągowych. Gwałtowne podwyżki cen energii elektrycznej w początku XXI wieku spowodowały, iż zwrot inwestycji następował bardzo szyb­ko, czasami nawet wciągu kilku miesięcy eksploatacji.

 

2. Możliwości dopasowania nowych pomp idealnie do punktów pracy pompowni w nowych warunkach zapo­trzebowania na wodę.

W okresie budowy wielu pompowni w okresie powojennym dobierano zestawy pompowe nie według technicznych wy­magań, lecz według możliwości nabycia pomp na rynku kra­jowym. Prowadziło to do powstania wielu pompowni, w któ­rych zużycie energii elektrycznej było znacznie większe od niezbędnego. Problem w zasadzie nie istniał w warunkach niskiej ceny energii elektrycznej. Urynkowienie cen energii automatycznie zmusiło posiadaczy pompowni do natych­miastowej wymiany przynajmniej najczęściej pracujących pomp. Nowe ofertyfirm produkujących pompy stały się na tyle szerokie, iż możliwe było dobranie urządzeń dokładnie w punkt pracy obiektów pompowych, co umożliwiało wyko­rzystanie najlepszej sprawności zestawów, skutkującej mi­nimalizacją zużycia energii elektrycznej.

 

3. Nowe potrzeby wzakresie tworzenia pompowni bezob-sługowych, sterowanych całkowicie automatycznie, zdalnie z centrów dyspozytorskich.

Niewątpliwie optymalizacja kosztów pracy, obserwowana w ostatnich kilkunastu latach, spowodowała szczególne za­interesowanie wymianą pomp na niezawodne i bezobsługo-we, możliwe do załączę nią i wyłączenia oraz sterowania wy­dajnością i ciśnienie m zdał nie przy pomocy układów elektro­nicznych (sterowników i układów falownikowych). Pojawia­jące się z roku na rok nowe możliwości sterowania urządzeń o coraz większej mocy przy pomocy układów elektronicznych spowodowały rewolucję w projektowani u systemów pompo­wych na całym świecie. Polskie rozwiązania ostatnich lat dzięki pełnemu dostępowi do urządzeń i technologii świato­wej nie odstają, a często wyprzedzają rozwiązania stosowa­ne w wysokorozwiniętych krajach Europy i całego świata. Ce­ny urządzeń sterujących stały się na tyle atrakcyjne, iż nawet w polskich warunkach opłacalne okazało się pełne zautoma­tyzowanie pompowni, a wynikające z tego koszty usług (sprzedaży wody) mieściły się w granicach tolerowanych przez odbiorców cen sprzedawanego towaru.

 

Ekonomiczne uzasadnienie modernizacji układów pompowych

Inwestycje w układy pompowe, jak już wcześniej wspomnia­no, broniły się w sensie ekonomicznym same.

Problem jedynie w tym, iż uzasadnienie ekonomiczne, wynikające z oszczędności energii, dotyczyło wymiany jed­nej, co najwyżej dwóch pomp w zestawie. Pozostałe istnie­jące, sprawne pompy, pracowały 1-5% czasu w roku, w okresach szczególnego zapotrzebowania na wodę lub transferu ścieków. Wymiana tych pierwszych mogła być do­konana z bieżących, rocznych oszczędności (niekiedy okres zwrotu inwestycji zamykał się w kilku miesiącach!). Gorzej było z uzasadnieniem opłacalność i wymiany pomp stale lub prawie stale pozostających w rezerwie. Oczywiście w takiej sytuacji podniosą się głosy, iż należy modernizować obiekt kompleksowo, wszystkie urządzenia równocześnie. Argu­menty za i przeciw są co najmniej równoważne, a ekonomia z pewnością nie skłania do kompleksowej modernizacji.

Obraz przewymiarowanych instalacji pompowych nadal znajduje się przed naszymi oczyma. Zmniejszająca się ilość sprzedawanej wody powodowała coraz mniejsze wykorzy­stanie zestawów pompowych, prowadząc często do wykorzy­stywania jednej lub dwóch pomp w zestawach cztero-sześciopompowych. Nieliczne były przypadki zmiany założeń pierwotnych, dotyczących wydajności łącznej pompowni. Dyrektorzy wodociąg ów, marzący o dawnym poziomie sprze­daży, rzadko podejmowali decyzje o zmniejszeniu wydajno­ści lub ilości pomp, nie dostosowując się do obserwowane­go od połowy lat osiemdziesiątych stałego zmniejszania się ilości wody podawanej do sieci. Jednakże ci, którzy dostrze­gli potrzebę zmian, wybrali najczęściej optymalny technicz­nie i ekonomicznie wariant inwestycji. W połączeniu z opty­malnym, idealnie dobranym punktem pracy pomp, stworzy­li niezwykle efektywne instalacje pompowe, które „spłacały się" w 1-3 lat nawet przy całkowitej modernizacji leciwych zazwyczaj rurociągów ssawnych i tłocznych.

Oczywiście przy takiej modernizacji niejako przy okazji dokonano wymiany armatury zaworowej na nową, zupełnie innej generacji z doskonałym sterowaniem, włączonym w zintegrowane systemy sterowania i wizualizacji procesu dla całego przedsiębiorstwa. Ale ocena towarzyszącej sys­temom pompowym automatyki to już od rębny temat, który rozwinięty zostanie poniżej.

 

Automatyzacja i sterowanie procesami nowoczesnych przedsiębiorstw wodociągowo-kanalizacyjnych.

Podstawową motywacją modernizacji systemów pompo­wych jest z pewnością zmiana urządzeń elektrycznych, a przede wszystkim nowe układy sterowania i automatyka, połączone z wizualizacją procesów. Tego zagadnienia tech­nologia budowanych w latach powojennych pompowni nie zapewniała. Likwidacja obsługi bieżącej pompowni, poza aspektami zdrowotnymi korzystnymi dla pracowników (ha­łas i wibracja, wielokrotnie jednak zmniejszona w nowocze­snych pompach), powodowała natychmiastowe uzasadnie­nie ekonomiczne inwestycji modernizacyjnych (wspomaga­ne ciągłym wzrostem kosztów pracy). Ten aspekt rachunku ekonomicznego przeważał wielokrotnie w decyzjach o kom­pleksowej (całkowitej) modernizacji pompowni w stosunku do ograniczonego, ale nie w pełni bezobsługowego obiek­tu. Aspekt ludzki (likwidacji miejsc pracy i redukcji zatrud­nienia) w czysto ekonomicznej ocenie inwestycji był tutaj całkowicie pominięty lub znacznie zmarginalizowany.

Pełna, kompleksowa automatyzacja z wizualizacją pro­cesów pompowania to domena ostatniego dwudziestopięciolecia. Rozwój technik komputerowych, narzędzi informa­tycznych stworzył nową jakość i pełny komfort pracy w przedsiębiorstwie. Możliwość sterowania lub kontroli sys­temów pompowych łączami radiowymi, później internetowymi, wreszcie dedykowanymi optycznymi systemami transmisji stworzyły pełną dowolność lokalizacji centrów sterowania i dowodzenia przedsiębiorstwami, z dziesiątka­mi, a nawet setkami i tysiącami obiektów aktywnych w sie­ci wodociągowej i kanalizacyjnej oddalonymi o dowolne od­ległości.

Rejestracja procesów pozwoliła na uchwycenie przyczyn zaburzeń, wpłynęła na mniejszą awaryjność, na możliwość interwencji w początkowej fazie wadliwej pracy urządzeń, co zmniejszało znacznie koszt naprawy pomp i armatury. Nowoczesne systemy automatyki, sterowania, zaawanso­wane rozwiązania energetyczne stają się jednak niebez­pieczne w rękach niewłaściwej obsługi. Poważne problemy stworzyć może także niewłaściwe oprogramowanie sterow­ników, awarie systemów transmisji, wreszcie... zagrożenie przejęcia kontroli nad urządzeniami lub zaburzenia syste­mów w działaniach hakerskich lub w systemach niezabez­pieczonych od ingerencji wirusów. Problem nowy, jednak coraz częściej postrzegany jako potencjalne poważne źró­dło zagrożę ń w ciągłej pracy przedsiębiorstw wodociągowo-kanalizacyjnych, traktowany na równi z zanikiem zasilania elektrycznego i innymi zagrożeniami fizycznymi.

Nowe rozwiązania elektryczno-automatyczne są często stosowane z przesadą, bez uzasadnienia technicznego i ekonomicznego. Częste stosowanie układów sterowania falownikami pomp, stosowane w układ ach siec i otwartych, powoduje pogorszenie efektywności pracy pompowni, po­mijając niepotrzebne prze inwestowanie takiego obiektu w trakcie modernizacji. Wystarczyło zastosować jedynie układy elektroniczne, zapewniające miękki start (rozruch), a efekt byłby znacznie bardziej widoczny. Nie należy także zapominać, iż praca silników pomp z falownikami to także zagrożenie dla samych silników (często niedostosowanych do pracy ze sterowaniem falownikiem), a także dla sieci energetycznej, która coraz częściej narażona jest na skut­ki stosowania urządzeń przełącznikowych. Obrona przed zjawiskami występującymi w takich sieciach to kolejne urządzenia filtrujące i kompensujące, a zatem ciągła roz­budowa i ciągła skarbonka w rozumieniu wydatków inwe­stycyjnych.

Bez sprawnie działającej automatyki nie ma jednak dzi­siaj nowoczesnych obiektów pompowych. Nie sposób nie wspomnieć tutaj nowych możliwości optymalizacji kosztów zakupu energii elektrycznej, stworzonych dzięki automa­tycznemu sterowaniu i efektywnym pomiarom zużycia energii elektrycznej. A to już aspekt bezpośrednio przekła­dający się na pieniądze.

 

Źródła finansowania prac modernizacyjnych

Modernizacja wymaga środków finansowych. W prostym, naturalnym modelu uzasadnienia ekonomicznego inwesty­cji jej koszty muszą być pokryte rozłożonymi w czasie przy­chodami. Wymusza to optymalizację kosztową w warun­kach prowadzonej konkurencyjnej gospodarki rynkowej. Tymczasem branża wodociąg owo-kanalizacyjna to najczę­ściej naturalny monopol. Ceny usług są pochodną kosztów w przedsiębiorstwach, a rozrzut cen w Polsce (nawet dziesięciokrotność ceny najwyższej w stosunku do najniższej) nie znajduje podobieństwa na rynku innych usług.

Stworzony w ostatnich kilkunastu latach niezwykle ko­rzystny system finansowania inwestycji w oparciu o bez­zwrotne środki unijne spowodował z jednej strony korzyst­ny trend do modernizacji wielu obiektów pompowych, z dru­giej jednak zakłócił naturalne procesy optymalizacyjne w in­westowaniu. Stwierdzenie Unia daje pieniądze, zaplanuj­cie sobie złote klamki nierzadko stało się mottem opraco­wywanych studium wykonalności w projektach wodociągo­wych i kanalizacyjnych. Ciągnięte na siłę w górę koszty in­westycji celem zwiększenia wartości projektu i pozyskania większej bezwzględnej dotacji prowadziły do wielu niewła­ściwie (przesadnie) skalkulowanych projektów. Skutki bę­dą widoczne latami -wprowadzane wysokie taryfy w prze-inwestowanych wodociągach mogą prowadzić do braku możliwości poniesienia tych ciężarów przez korzystającą z usług przedsiębiorstw społeczność lokalną. Będzie ładnie, ale... drogo.

 

Systemy kanalizacyjne i nowoczesne oczyszczalnie ścieków

Wszystkie powyższe rozważania dotyczące systemów pom­powych w gospodarce wodociągowej są słuszne także w gospodarce ściekowej. Istnieje jednak kilka specyficznych róż­nic. Układy pompowe w oczyszczalniach ścieków i w sys­temach kanalizacyjnych są generalnie nowsze, ponieważ rozwój nowoczesnych systemów kanalizacyjnych i budowa nowoczesnych oczyszczalni ścieków to w Polsce ostatnie 30-40 lat. Pompy ściekowe natomiast mają zasadniczo krót­szy żywot, ulegają nawet czasami całkowitej destrukcji w krótkim czasie eksploatacji. W takiej sytuacji jeszcze ostrożniej należy poodchodzić do wszelkich modernizacji. A może „wykończyć" fizycznie pompę i dopiero wtedy wy­mienić ją na nową?

 

Zakończenie

Coraz więcej spotykamy ostrożnych projektów wodociągowo-kanalizacyjnych, zoptymalizowanych kosztowo. Można powiedzieć, iż świadomość ekonomiczna kadr zarządzają­cych wodociągami w Polsce stale rośnie, a dobrze zreali­zowane projekty stają się wzorem kształtującym dobre praktyki branżowe. Powyższe racjonalne zachowania uwi­docznione są w późniejszych wnioskach taryfowych na usługi zaopatrzenia w wodę i odprowadzanie ścieków po­przez umiarkowane oraz uzasadnione propozycje zmian ta­ryf. W ostatecznym rozrachunku za wszelkie działania in­westycyjne i tak zapłaci my sami jako od biorcy, niezależnie od tego, kto pomoże nam doraźnie w okresie realizacji in­westycji.

 

AUTOR:

dr inż. Tadeusz Rzepecki

jest prezesem Izby Gospodarczej Wodociągi Polskie oraz prezesem spółki Tarnowskie Wodociągi Sp. z o. o.

KONTAKT:

t.rzepecki@igwp.org.pl; rzepecki@tw.tarnow.pl