Климатические факторы и их роль в управлении энерго- и водопотреблением городской системы водоснабжения

В статье рассматривается влияние климатических факторов на энерго- и водопотребление городской системы водоснабжения. Цель исследования – выявить взаимосвязи между температурой наружного воздуха, осадками и нагрузкой на систему водоснабжения для обоснования факторов, необходимых для создания сезонных моделей водопотребления и повышения энергоэффективности водозаборов. Задача научной работы заключалась в проверке выдвинутой гипотезы, согласно которой повышение температуры воздуха приводит к увеличению водопотребления и, как следствие, к росту энергозатрат на работу насосных станций и систем водоочистки. Одновременно предполагалось, что атмосферные осадки будут оказывать противоположное влияние, снижая водопотребление в периоды интенсивных дождей. В работе использован корреляционный анализ для оценки силы и направления связей между температурой воздуха, осадками и параметрами энерго- и водопотребления. Для количественной оценки влияния климатических факторов был применен регрессионный анализ. Метод скользящего среднего использован для сглаживания данных и уменьшения разброса случайных колебаний. Также применялись методы фильтрации и отсечения данных, которые позволили разделить их по температурным порогам и провести отдельные исследования для различных диапазонов. Полученные результаты демонстрируют, что рост энергопотребления тесно связан с увеличением спроса на воду, который возрастает с каждым градусом наружного воздуха. Это объясняется ожидаемым ростом водопотребления на поливы и бытовые нужды в теплые периоды. Температурный фактор выше 25 °C определял 15,8 % водопотребления, что также совпадало с ростом этого вклада и в электропотребление системы (15,6 %). Однако при анализе данных в области отрицательных температур явной связи между температурой и потребностью в воде не наблюдалось. Вместе с тем была выявлена корреляция между температурой и расходом электроэнергии, что связано с дополнительными затратами на поддержание системы водоснабжения в условиях холодного климата. Сделаны выводы о необходимости дальнейшего исследования дополнительных переменных, таких как типы дней недели (рабочие, выходные, праздничные), сезоны года, а также другие социально-экономические факторы, влияющие на водопотребление и энергозатраты. Комплексные результаты работы могут быть использованы для планирования работы водоканалов, управления энергоресурсами и разработки стратегий повышения энергоэффективности в системах водоснабжения

1. Twomey, K. M. Evaluating the Energy Intensity of the US Public Water System / K. M. Twomey, M. E. Webber // Energy Sustainability. 2011. Vol. 54686. P. 1735–1748. https://doi.org/10.1115/ES2011-54165.

2. Zapata, O. More Water Please, It's Getting Hot! The Effect of Climate on Residential Water Demand / O. Zapata // Water Economics and Policy. 2015. Vol. 1. No 03.P. 1550007. https://doi.org/10.1142/S2382624X15500071.

3. О питьевом водоснабжении: Закон Респ. Беларусь от 24 июня 1999 г. № 271-З: с изм. и доп. от 9 января 2019 г. № 166-З // Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь. URL: https://pravo.by/document/?guid=12551&p0=H11900166.

4. Bezerra, B. G. Crop Evapotranspiration and Water Use Efficiency / B. G. Bezerra, T. S. Lee // Irrigation Systems and Practices in Challenging Environments. 2012. Vol. 9. P. 57–76. https://doi.org/10.5772/29777.

5. Грунтович, Н. В. Исследование влияния факторов на формирование удельных и общих расходов электрической энергии в технологической системе водоснабжения / Н. В. Грунтович, А. А. Капанский, О. В. Федоров // Электротехнические системы и комплексы. 2016. № 3 (32). С. 54–59. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2016-3(32)-54-59.

6. Капанский, А. А. Ключевые направления и мировые практики повышения эффективности и надежности водоснабжения / А. А. Капанский // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2024. № 1(96). С. 82–98. https://doi.org/10.62595/1819-5245-2024-1-82-98.

7. Романюк, В. Н. Интенсивное энергосбережение в промышленных теплотехнологиях / В. Н. Романюк, А. А. Бобич, Т. В. Бубырь // Энергия и Менеджмент. 2013. № 6. С. 8–12.

8. Капанский, А. А. Методы решения задач оценки и прогнозирования энергетической эффективности / А. А. Капанский // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. Т. 11, № 2 (42). С. 103–115.

9. Седнин, В. А. Возможность использования энергетических комплексов промышленных предприятий для покрытия пиковых электрических нагрузок / В. А. Седнин, А. В. Седнин, М. Л. Богданович // Энергия и Менеджмент. 2009. № 1. С. 6–10.

10. Гомельский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды: [сайт]. URL: https://gomel.belgidromet.by/ (дата обращения: 28.06.2023).

11. Семененко, М. Г. Модель Хольта–Уинтерса: математические аспекты и компьютерная реализация / М. Г. Семененко, Л. А. Унтилова // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. Сер. Экономика и управление. 2016. №. 3. С. 64–67.

12. Вильданова, И. И. Сравнительный анализ моделей Тейла-Вейджа и Хольта-Уинтерса в краткосрочном прогнозировании / И. И. Вильданова, А. М. Азнабаев // Математические методы и модели в исследовании актуальных проблем экономики России: сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф., Уфа, 30–31 мая 2016 г. / ред. Р. Р. Ахунов. Уфа: Общество с ограниченной ответственностью «Аэтерна», 2016. Ч. 2. С. 42–44.

13. An Exploration of Dropout with LSTMs / G. Cheng, V. Peddinti, D. Povey [et al.] // Interspeech 2017, August 20–24, 2017, Stockholm, Sweden. С. 1586–1590. https://doi.org/10.21437/interspeech.2017-129.

14. Li, X. Constructing Long Short-Term Memory Based Deep Recur-Rent Neural Networks For Large Vocabulary Speech Re/*-cognition / X. Li, X. Wu // IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2015. С. 4520–4524. https://doi.org/10.1109/icassp.2015.7178826