摘要：近年來，我國水利工程得到了很大的發(fā)展。隨著社會(huì)資源的緊缺，水利工程的節(jié)能設(shè)計(jì)變得越來越重要。在水利工程設(shè)計(jì)中，對(duì)水庫的選址缺乏節(jié)能分析，對(duì)工程建設(shè)缺乏節(jié)能措施的制定，并沒有真正體現(xiàn)出水利工程建設(shè)節(jié)能的宗旨。文章結(jié)合實(shí)際工程案例以及工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水利工程的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并提出了節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：水利工程；節(jié)能設(shè)計(jì)；能耗分析；水庫選址；節(jié)能措施 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TV21 文章編號(hào)：1009-2374（2016）17-0114-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.055

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的能源緊缺問題變得越來越突出，因此依托先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)降低各項(xiàng)生產(chǎn)的能耗，是社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要要求之一。水利工程作為促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，無論是建設(shè)規(guī)模還是建設(shè)數(shù)量都得到了很大的提升，因此水利工程設(shè)計(jì)體現(xiàn)“節(jié)能”宗旨是十分必要的?？傮w而言，水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)不僅需要結(jié)合當(dāng)前的法律規(guī)章制度進(jìn)行編制，同時(shí)還需要結(jié)合工程的實(shí)際情況對(duì)工程能耗進(jìn)行分析，并結(jié)合建設(shè)要求進(jìn)行合理的選址。此外，還應(yīng)對(duì)供電方案進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，包括供電的方式的設(shè)計(jì)以及供電設(shè)備的選擇等。為了使水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)更加直觀化，本文結(jié)合實(shí)際的工程案例進(jìn)行分析。

1 工程概況

某水庫的主要任務(wù)是用來灌溉以及為該地區(qū)提供飲水。該水庫設(shè)計(jì)灌溉的面積為40500畝，需要解決43000人以及1萬多頭牲畜飲水需求。本工程水庫設(shè)計(jì)等級(jí)為三級(jí)，設(shè)計(jì)庫容量約1350萬m2。

此外，該工程設(shè)計(jì)概況為：建壩型碾壓砼重力壩1座，大壩底高程為1138m，壩頂?shù)母叱虨?187m，最大壩高為49m，壩頂寬度為6m，壩頂長度為142.85m。此外，壩頂溢流，其進(jìn)口凈寬為30m，堰頂高程為1182m，該水庫末端設(shè)挑流鼻坎，使水流向下游挑射，提水泵站2座，其裝機(jī)容量為847kW，灌溉渠道為22.34km，灌溉管道為65.85km。

2 能耗分析

本工程主要能耗程序是水泵從渠道內(nèi)提水至高位水池這一工序，其中主要涉及電能與勢能之間的轉(zhuǎn)換，因此該工程的主要能耗是電力。

因此，結(jié)合相關(guān)理論公式，對(duì)該項(xiàng)目的綜合能源消耗計(jì)算如下：

工程年綜合能耗=（機(jī)電設(shè)備能耗+線損）+汽油能耗+柴油消耗=電力消耗+汽油消耗+柴油消耗=528.61+2.914+3.237=534.76tce

該水庫單位電耗=年電耗量/產(chǎn)品年總產(chǎn)量=430.12/1407=0.306kW·h/m3

綜上，本水庫工程的單位綜合能耗計(jì)算為：

年綜合能耗/產(chǎn)品年總產(chǎn)量=447070kgce÷1407萬m3=0.038kgce/m3

該項(xiàng)目線損率=線損總量/電能消耗總量×100%=3.247÷430.12=0.75%

3 工程機(jī)電設(shè)備的配置

結(jié)合能耗分析，該水利工程的機(jī)電設(shè)備型號(hào)與配置見表1所示。

該水利工程主要耗能為電能、汽油、柴油，其中年耗電量為1697160kW·h，主要用能為提水水泵（1460000kW·h）、壩區(qū)閘門（600kW·h）、輔助機(jī)電設(shè)備（25920kW·h）、照明（28800kW·h）、線損（181850kW·h）；年消耗汽油量2t以及柴油量2.2t，主要是用來維持柴油設(shè)備的正常運(yùn)作。在該工程規(guī)劃中，一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)提灌站水泵的型號(hào)分別為300JC-10.5×9、DFSS80-270B、CDL32-50；裝機(jī)分別為5×90kW（1備4用）、5×75kW（1備4用）、裝機(jī)為2×11kW（1備1用）；設(shè)計(jì)流量分別為210m3/h、192m3/h、32m3/h；設(shè)計(jì)揚(yáng)程分別為94.5m、85m、67m；電動(dòng)機(jī)功率分別為90kW、75kW、11kW；電動(dòng)機(jī)效率分別為76.5%、75.2%、82%。水庫房屋建設(shè)包括3座泵房、2座閘室和1座管理房，總面積約1378m2。

4 工程選址設(shè)計(jì)優(yōu)化

在制定水庫方案時(shí)，選址是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，因此在不考慮地質(zhì)因素的情況下，主要需要考慮如下三點(diǎn)：其一，工程區(qū)域內(nèi)應(yīng)有地形為口袋型的可以用來處理儲(chǔ)水的洼地或是盆地。因?yàn)楦沟貙掗?，庫容量就比較大；其二，水庫大壩應(yīng)建于峽谷較窄處或者等高線趨于閉合的地段，可以大大減少大壩建設(shè)投資，降低成本，以及確保大壩的安全；其三，水庫應(yīng)建在較高位置，以減少閘門數(shù)量的同時(shí)，提高排水系統(tǒng)修建的效率。

5 水利工程的節(jié)能措施

通過上文分析，該工程的主要能源消耗為電能，因此本文主要對(duì)電能方案進(jìn)行優(yōu)化。

5.1 供電方案的節(jié)能設(shè)計(jì)

由于本工程的主要能耗為電能，因此要實(shí)現(xiàn)水利工程的節(jié)能宗旨以及高效應(yīng)用。本文建議可以從以下三點(diǎn)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化：

5.1.1 選擇直網(wǎng)供電。一般情況下，水泵電動(dòng)機(jī)都擁有較大的功率。所以，在設(shè)計(jì)中，若水庫容量>250kW，建議設(shè)計(jì)采用高壓電動(dòng)機(jī)。根據(jù)資料表明，大多工程使用電壓等級(jí)為6kV的電動(dòng)機(jī)，但是我國電網(wǎng)的電壓普遍為10kV。因此，在水利工程水泵的選用中，通常設(shè)置了降壓變壓器，不僅增加了工程建設(shè)的成本，而且在緊急情況下會(huì)導(dǎo)致排水系統(tǒng)排水量不足。鑒于這一問題，可以優(yōu)選10kV等級(jí)的水泵電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行直接聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。這一方案不僅能夠降低工程建設(shè)的成本，還簡化了水利工程管理的內(nèi)容，此外還大大降低了強(qiáng)排過程中的能耗。

5.1.2 合理配置變壓器。根據(jù)以往大量的水利工程實(shí)例表明，采用的電動(dòng)機(jī)都會(huì)消耗大量的電能，因此需要通過降壓變壓器維護(hù)正常運(yùn)作。一般情況下，只有在比較緊急的條件下，才會(huì)啟動(dòng)排水泵站，換而言之，排水泵站使用的頻率雖然較少，而水利工程站每天都需要消耗電能。因此，為水利工程設(shè)計(jì)供電方案的時(shí)候，建議增設(shè)站用變壓器，這一舉措雖然會(huì)增加工程建設(shè)投資，但對(duì)于保障供電的穩(wěn)定有積極的作用，而且在一定程度上可以節(jié)省電能消耗，是一項(xiàng)長遠(yuǎn)的發(fā)展措施。

5.1.3 采用就地補(bǔ)償。其實(shí)很多地理?xiàng)l件以及環(huán)境因素都會(huì)使水利工程受到不同程度的影響，所以可以選擇大型異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行作業(yè)。雖然難以滿足供電公司的要求。但是在這種情況下，往往可以采用“集中補(bǔ)償”進(jìn)行功率補(bǔ)償。調(diào)查表明，在水利工程中，需要予以功率補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)大約有85%以上。所以，本文建議在設(shè)計(jì)中采取就地補(bǔ)償技術(shù)，使電動(dòng)機(jī)就地并聯(lián)補(bǔ)償電容柜，然后選擇防爆型電容器，并串聯(lián)電抗器以限制電流沖擊。

5.2 用電設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)

5.2.1 合理選擇水泵。在當(dāng)前的水利工程建設(shè)中，以大型軸流樣式水泵應(yīng)用最多。這一類型的水泵有多種系列，能夠適應(yīng)多種工況。而在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注重的是選擇合理的水泵，結(jié)合實(shí)際需求，對(duì)水泵的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，包括水泵的泵型、轉(zhuǎn)速等，最好選擇具有高效作業(yè)能力的水泵。

5.2.2 采用直連方式。通常，水泵與電動(dòng)機(jī)的連接方式有兩種，即直連方式和齒連方式。齒連方式也就是通過齒輪變速箱將水泵與電動(dòng)機(jī)相連接，因此可以選擇高速電動(dòng)機(jī)。而直連方式則是水泵、電動(dòng)機(jī)之間直接相連，兩者轉(zhuǎn)速一致，一般情況下，大中型軸流水泵轉(zhuǎn)速要相對(duì)較低，因此與之配套的電動(dòng)機(jī)也應(yīng)保持低度?？傮w來說，出于日常維護(hù)與成本控制，直連方式更加經(jīng)濟(jì)劃算。

6 節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)后的應(yīng)用效果

本水利工程分別在電氣設(shè)備選擇、水利機(jī)械選擇、生活消防、建筑選材等諸多方面應(yīng)用了節(jié)能措施。采取統(tǒng)計(jì)算法可以得知，該工程每年可節(jié)約40萬kW·h電量，以0.9元/kW·h的標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)，每年可以節(jié)約36萬元。通過分類計(jì)算，本工程在管理上以及才能措施上投入的成本均比較低，所以經(jīng)濟(jì)投入較小，而且產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于技能投入的成本。

7 結(jié)語

節(jié)能設(shè)計(jì)作為水利工程建設(shè)中一個(gè)全新的論題，在現(xiàn)有的國家規(guī)章制度下，受到了越來越廣泛的重視。在實(shí)際的水利工程技能設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合水利工程的實(shí)際情況與特征，針對(duì)性地提出節(jié)能措施，不僅是水利工程設(shè)計(jì)更加科學(xué)化的前提，同時(shí)也是水利工程真正體現(xiàn)節(jié)能效果的重要要求。本文結(jié)合實(shí)際的工程案例，對(duì)該水利工程的水庫能耗進(jìn)行了分析，并就水庫的選址進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后提出了幾點(diǎn)針對(duì)性的節(jié)能措施。總體而言，能源作為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要保障，加大水利工程環(huán)節(jié)的節(jié)能控制，無論是對(duì)于水利工程的發(fā)展，還是社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展都有非常積極的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉虎.淺談水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)審查注意事項(xiàng)[J].治淮，2007，8（15）.

[2] 王莉.淺談水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)思路[J].地下水，2014，4（27）.

[3] 董亮.大型供水系統(tǒng)節(jié)能方式及優(yōu)化運(yùn)行研究[D].太原理工大學(xué)，2014.

[4] 翟利偉.淺談水利工程設(shè)計(jì)中存在的問題及改進(jìn)措施[J].中國水運(yùn)（下半月），2012，1（30）.

[5] 盧飛.關(guān)于水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的問題探討[J].中國科技投資，2012，3（26）.

[6] 胡春瑩.淺談水利工程建筑的設(shè)計(jì)問題[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，8（29）.

[7] 熊云川.淺談水利工程外觀質(zhì)量控制應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].水利建設(shè)與管理，2010，12（18）.

作者簡介：雷訊（1972-），男，貴州仁懷人，中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司高級(jí)工程師，研究方向：建設(shè)項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）