高質(zhì)量發(fā)展的背景下，公共服務(wù)的重要性日益凸顯，“雙碳戰略”引領(lǐng)的節能化、智慧化時(shí)代開(kāi)啟。8月26日，安徽舜禹水務(wù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“舜禹股份”）智慧水務(wù)研究院副院長(cháng)、博士后工作站在站博士后姜帥在“2022年（第七屆）供水高峰論壇”上做了題為“節能錯峰技術(shù)助力雙碳目標——人工智能在城鎮供水調度中的應用”的發(fā)言。

　　姜帥

　　二次供水領(lǐng)域存在的六大應用痛點(diǎn)

　　姜帥指出，目前二次供水領(lǐng)域存在諸多的應用痛點(diǎn)，主要體現在以下六大方面。

　　第一，供水高峰期時(shí)水廠(chǎng)供水能力不足，區域缺水現象突出。高峰時(shí)段，缺水、搶水現象頻頻發(fā)生，居民生活受到嚴重影響。供水緊張，水廠(chǎng)系統運行負荷壓力較大。

　　第二，供水低峰期時(shí)水廠(chǎng)供水能力過(guò)剩，無(wú)法充分利用。水廠(chǎng)水泵單日的功率曲線(xiàn)存在較大波動(dòng)，整體運行效率低，耗電量高。尚未充分利用低峰期時(shí)水廠(chǎng)富余的供水能力。

　　第三，城市供水管網(wǎng)漏損率偏高，水資源浪費嚴重。管網(wǎng)漏損水量占總用水量的比例較大，最高可達20%?！蛾P(guān)于組織開(kāi)展公共供水管網(wǎng)漏損治理試點(diǎn)建設的通知》指出，公共供水管網(wǎng)漏損率高于12%（2020年）的試點(diǎn)城市（縣城）建成區，2025年漏損率不高于8%；其他試點(diǎn)城市（縣城）建成區，2025年漏損率不高于7%。

　　第四，傳統儲水設施水體更新率低，水質(zhì)安全難以保障。水箱水體停留時(shí)間過(guò)長(cháng)，更新率低，水齡普遍較高。易滋生細菌、污垢沉淀等二次污染問(wèn)題，影響居民用水品質(zhì)。

　　第五，不斷投資新建水廠(chǎng)，增加地方財政壓力。傳統的解決思路是對城市供水基礎設施的新建和改擴建，為當地政府和自來(lái)水公司增加了巨大的經(jīng)濟壓力。

　　第六，水廠(chǎng)耗電量巨大，能源用量分配和利用率存在優(yōu)化空間。日間耗電量高，夜間耗電量低，制水單位電耗整體偏高。優(yōu)化用量分配和利用率，是節能降耗的重要手段。

　　節能錯峰智慧供水系統為痛點(diǎn)而生

　　為了解決以上這些行業(yè)痛點(diǎn)，舜禹股份研發(fā)了節能錯峰智慧供水系統。這套系統由節能錯峰供水設備和節能錯峰智慧供水云平臺，即錯峰硬件和軟件組成。硬件設備在箱式變頻基礎上，增加了流量控制裝置、壓力計、超聲波液位計等，水箱采用分割式設計，在清洗水箱時(shí)無(wú)須停水，同時(shí)具備自清洗功能。軟件平臺內置大禹算法，通過(guò)人工智能、機器學(xué)習，精準預測居民用水量，可對區域供水進(jìn)行全局視角的統籌調度。

　　技術(shù)架構：從全局出發(fā)，采取“四步走”策略

　　“節能錯峰”大家都不陌生，比如生活中的錯峰用電，錯峰供水也是一樣的意思。姜帥介紹了節能錯峰的主要原理，高峰期時(shí)將水箱閥門(mén)開(kāi)度減小或者關(guān)閉，優(yōu)先使用水箱內的水供給加壓區用戶(hù)，而在低峰期時(shí)利用水廠(chǎng)富余供水能力，將水箱內的水補滿(mǎn)。這僅僅是單個(gè)泵房的錯峰調節，如果在每個(gè)泵房都使用這樣獨立的單泵房調節，那么由于泵房彼此之間沒(méi)有通信，因此還是可能造成補水時(shí)間上的沖突。所以，節能錯峰智慧供水系統是從全局視角出發(fā)，統籌調度區域內的所有泵房，從根本上避免了搶水現象的產(chǎn)生。

　　對節能錯峰智慧供水系統的研究，舜禹股份采取了“四步走”的策略。第一步是理論研究，包括泵房機組用水量預測，管網(wǎng)運行變量間關(guān)聯(lián)性研究，及供水管網(wǎng)整體錯峰調度；第二步是在節能錯峰智慧供水實(shí)驗基地的實(shí)驗驗證；第三步是試點(diǎn)驗證，包括合肥市北城部分區域試點(diǎn)、杭州市余杭部分區域試點(diǎn)、溫州市部分區域試點(diǎn)；第四步是舜禹水務(wù)二次供水項目工程驗證。

　　論壇現場(chǎng)，姜帥詳細介紹了以上四個(gè)研究步驟。

　　理論研究工作主要集中在三個(gè)算法上：泵房機組用水量預測算法、管網(wǎng)運行變量關(guān)聯(lián)性計算和供水管網(wǎng)整體錯峰調度算法。

　　用水量預測是整個(gè)系統的前提，算法以深度回歸模型為基本框架，考慮外部因素對用水量的影響，如氣溫、季節、節假日等，同時(shí)結合實(shí)時(shí)數據反饋，以達到對用水量的精準預測。變量關(guān)聯(lián)性計算是整個(gè)系統的基礎，這里主要是指建立動(dòng)態(tài)水力計算模型，用于針對不同的備選策略，計算供水管網(wǎng)相關(guān)變量的值。錯峰調度是整個(gè)系統的目標，它以數學(xué)規劃為框架，目標方程是管網(wǎng)壓力標準差或區域流量標準差，決策變量是各個(gè)泵房可調節電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)度，約束包括水廠(chǎng)最大輸出流量、揚程上下限、水箱液位上下限等。

　　完成以上算法后，舜禹股份在公司自建的節能錯峰實(shí)驗基地進(jìn)行了大量模擬實(shí)驗驗證。目前，公司與合肥供水集團已就節能錯峰智慧供水系統開(kāi)展全面合作，共同選定了合肥市北城區高速以北9個(gè)小區作為首批試點(diǎn)。

　　四大競爭優(yōu)勢，引領(lǐng)行業(yè)變革

　　目前，舜禹股份已榮獲國家高新技術(shù)企業(yè)、國家“專(zhuān)精特新‘小巨人’企業(yè)”、國家級“服務(wù)型制造”示范企業(yè)等榮譽(yù)，獲批成立節能錯峰智慧供水系統技術(shù)研發(fā)中心等研發(fā)機構。

　　舜禹股份在二次供水行業(yè)競爭上，主要具備全生命周期服務(wù)、技術(shù)研發(fā)、工藝和質(zhì)量控制及項目經(jīng)驗等優(yōu)勢。聚焦到節能錯峰智慧供水系統，目前已取得多項階段性成果?！罢麄€(gè)系統研究的推進(jìn)離不開(kāi)公司提供的研究平臺?！苯獛浿赋?，節能錯峰智慧供水系統的推廣與應用，主要依托于公司自身的行業(yè)競爭優(yōu)勢和商業(yè)模式。該系統由舜禹股份牽頭，聯(lián)合合肥供水集團有限公司、阜陽(yáng)市供水總公司等47家水務(wù)公司共同發(fā)起。舜禹股份未來(lái)將引領(lǐng)水務(wù)行業(yè)裝備制造和智慧低碳新變革。

　　該系統的核心發(fā)明專(zhuān)利“一種基于云技術(shù)的節能錯峰智慧供水系統”已獲得授權；圍繞該專(zhuān)利布局的知識產(chǎn)權體系也在逐漸建立，如實(shí)用新型“一種智能錯峰調蓄安防供水系統”。

　　2020年，舜禹股份獲批成立我國第一個(gè)以“節能錯峰智慧供水技術(shù)”為主題的研發(fā)中心，目前已與中科大、合工大、安建大等高校建立了產(chǎn)學(xué)研合作。2021年4月，合肥供水集團與舜禹股份聯(lián)合申報主編的《節能錯峰智慧供水系統工程技術(shù)規程》獲批，7月份在舜禹股份召開(kāi)了標準編制啟動(dòng)會(huì )暨第一次工作會(huì )議。目前已經(jīng)組織召開(kāi)了專(zhuān)家評審會(huì )，近期會(huì )申請發(fā)布標準初稿，進(jìn)行意見(jiàn)征求。

　　2021年6月，舜禹股份主持的“節能錯峰智慧供水系統開(kāi)發(fā)研究”項目通過(guò)國家住建部科研開(kāi)發(fā)項目立項。2021年11月，姜帥本人以“節能錯峰智慧供水系統研究及示范”為課題，成功獲選2021年國家人社部全國博士后管委會(huì )與安徽省人社廳共同資助的博士后國際交流計劃引進(jìn)項目，安徽省共5個(gè)名額，舜禹水務(wù)也是唯一獲選的企業(yè)博士后工作站。

　　直銷(xiāo)為主，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)起步

　　在商業(yè)模式上，舜禹股份采取的主要是以直銷(xiāo)為主的銷(xiāo)售模式，主要依托營(yíng)銷(xiāo)管理中心對外開(kāi)展產(chǎn)品和服務(wù)的推廣與銷(xiāo)售。節能錯峰智慧供水系統的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)起步。自2016年11月起，合肥供水集團明確規定，全市新建小區且二次供水水箱容積大于50立方米的小區，必須實(shí)施錯峰供水建設，同時(shí)逐步對已接管泵房進(jìn)行改造。節能錯峰智慧供水系統將迎來(lái)更為廣闊的應用場(chǎng)景。

　　助力實(shí)現“雙碳”目標，四大產(chǎn)業(yè)效應釋放

　　姜帥介紹，節能錯峰智慧供水系統主要有以下四大產(chǎn)業(yè)效應。

　　首先，可以解決搶水問(wèn)題，響應雙碳戰略。統籌調度區域供水，切實(shí)解決居民用水高峰期搶水問(wèn)題。通過(guò)錯峰供水，實(shí)現錯峰用電，是供水行業(yè)響應國家雙碳戰略的有效途徑。

　　其次，提高供水效率，優(yōu)化能源利用。在高峰期時(shí)最大限度地使用設備供水，以達到對水廠(chǎng)出水量削峰填谷的效果。水廠(chǎng)水泵的運行功率曲線(xiàn)更為平穩，提高整體供水效率。

　　第三，匹配城市需求，節省新建投入。最大化利用分散在各個(gè)站點(diǎn)設備的調蓄功能，使得區域水廠(chǎng)的供水能力得到極大提升。通過(guò)更好地匹配城市用水需求，節省了新建水廠(chǎng)包括建設能耗和運營(yíng)能耗在內的大量資源消耗。

　　第四，平衡管網(wǎng)壓力，降低運營(yíng)成本。穩定管網(wǎng)壓力，顯著(zhù)改善管網(wǎng)漏損和老化程度，減少輸送過(guò)程中水的流失，提升供水水質(zhì)。提供更多數據支持，助力調度算法的不斷優(yōu)化，確保調度指令的準確執行。