淺談水利工程節(jié)能設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題

郭 霞

（德州市水利勘測設(shè)計研究院，山東 德州 253014）

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源緊缺問題日益突出，如何依托先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來降低各項(xiàng)生產(chǎn)的能耗，已成為實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要研究課題之一。水利工程建設(shè)作為促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，必須及時適應(yīng)能源轉(zhuǎn)變的潮流，不斷加大在節(jié)能減排方面的投入，提高能源利用率。節(jié)能設(shè)計作為水利工程建設(shè)中的一個新理念、新要求、新目標(biāo)，已經(jīng)受到了越來越廣泛的重視。水利工程節(jié)能設(shè)計應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程的實(shí)際情況與特征進(jìn)行能耗分析，優(yōu)化工程選址、施工組織、供電配置等設(shè)計方案，并有針對性的提出節(jié)能措施。為了使水利工程節(jié)能設(shè)計更加直觀化，本文結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行分析。

1 工程概況

樂陵市碧霞湖水庫向龍泉水廠供水工程的主要任務(wù)是通過泵站及管道將水庫原水輸送至自來水廠，解決城鄉(xiāng)供水問題。龍泉水廠二期擴(kuò)建后，供水規(guī)模達(dá)5萬t，現(xiàn)有管道實(shí)際供水能力僅2萬m3/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足供水要求。本工程設(shè)計內(nèi)容為：新建一條從碧霞湖水庫出庫泵站至龍泉水廠的原水供水管道，管道設(shè)計供水量6萬m3/d；碧霞湖水庫出庫泵站電氣及自動化改造；龍泉水廠電氣改造。工程規(guī)模中型，工程等別Ⅲ級。

2 能耗分析

本項(xiàng)目建設(shè)期間主要能耗工序有原材料（主要是水泥、鋼筋、木料等）的損耗，施工機(jī)具、工程用車燃油和施工單位用水、用電的損耗。項(xiàng)目改造完成后，能耗情況與改造前基本相同，主要是泵站、水廠用電和管理單位用水、用電以及燃油的損耗。

項(xiàng)目建設(shè)期能源消耗總量包括：新鮮水消耗量、電能消耗量、汽油消耗量和柴油消耗量總計為232.87tce（噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量）。項(xiàng)目運(yùn)行期能源消耗總量包括：新鮮水消耗量、電能消耗量（主要是水廠和泵站）和汽油消耗量總計為672.29tce。

根據(jù)《泵站技術(shù)管理規(guī)程》（SL255-2000）中電力泵站水源單耗計算公式：

其中，e是能源單耗，kW·h/（kt·m）；E是泵站一段時間內(nèi)運(yùn)行所消耗的能源總量，kW·h；G是同時間內(nèi)泵站的總提水量，m3；H是泵站的平均揚(yáng)程，m。其中G=3.6pQt，p是水的密度，Q是該段時間內(nèi)平均提水量，t是該段時間內(nèi)提水總次數(shù)。

計算得水庫入庫、出庫泵站電耗指標(biāo)均符合《泵站技術(shù)管理規(guī)程》（SL255-2000）中電力泵站水源單耗不超過5 kW·h/（kt·m）的標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 電力泵站水源單耗計算表

3 工程節(jié)能措施

3.1 工程布置設(shè)計優(yōu)化

1）選擇供水線路的輸水線路與輸水方式。在水利工程中，供水線路的選擇應(yīng)結(jié)合城市建設(shè)規(guī)劃和地形狀況來設(shè)計，盡量沿城市規(guī)劃道路敷設(shè)，減少遷占；盡量避開不良地形，縮短管線長度；盡量減少平面和彎道設(shè)計，減少局部水頭損失。供水線路的輸水方式應(yīng)盡量利用地形高差，采用重力流自壓輸水。

2）選擇供水工程的管徑和管材。本工程無安全貯水池和其他安全供水措施，根據(jù)供水管道設(shè)計輸水量要求，并考慮其經(jīng)濟(jì)效益，宜選用2根DN800管道供水，供水保證率達(dá)95%。供水工程管材的選擇應(yīng)該堅持下列原則：即在確保工程安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，盡量選取輸水水力條件較好、管壁糙率較小的材料。例如玻璃鋼管、球墨鑄鐵管，減少輸水線路的沿程水頭損失。

3.2 工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計

水利工程能源消耗主要為電能，所以供電方案選擇時在滿足實(shí)際應(yīng)用的同時，需要選擇合適的用電設(shè)備來滿足節(jié)能要求。結(jié)合本工程實(shí)際情況，僅從供電方案的節(jié)能設(shè)計方面進(jìn)行分析。

1）優(yōu)化供配電系統(tǒng)。根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷容量、供電距離及分布、用電設(shè)備特點(diǎn)等因素，應(yīng)合理設(shè)計供配電系統(tǒng)，盡量做到系統(tǒng)簡單可靠，操作方便。目前，隨著我國電網(wǎng)容量的改善和發(fā)展，水利工程用電一般實(shí)行直接聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的供電方案，優(yōu)先選用10 kV型水泵電動機(jī)，從而降低了變壓器所產(chǎn)生的能耗。泵站用電自供電電源至變電站均采用高壓送電，以減少電能損耗。優(yōu)化供配電線路，減少線路長度，降低電能損耗。本工程設(shè)計采用兩路10 kV專用架空供電線路、兩臺主變，平時均供電，互為備用，僅在其低壓進(jìn)線柜處進(jìn)行雙電源自動切換，保障供電安全穩(wěn)定。

2）合理配置變壓器。水利工程中的電動機(jī)用電量都比較大，需要設(shè)置降壓變壓器維護(hù)正常運(yùn)作。水利工程的排水泵站只有在比較緊急的情況下才會啟動，使用頻率相對較少，而水利工程的站用電每天都需要消耗電能。因此，在設(shè)計供電方案時，建議增設(shè)站用變壓器，不僅提高了供電穩(wěn)定性，而且在一定程度上節(jié)省了電能消耗。本工程采用新一代節(jié)能產(chǎn)品S11系列配電變壓器，型號為S11-M-630 10±5%/0.4 kV，比老一代產(chǎn)品降低空載損耗約8%～15%。

3.3 施工節(jié)能措施

本工程在施工期間，其能源消耗主要表現(xiàn)在各種運(yùn)輸車輛、施工機(jī)具的燃油和施工單位用水、用電的損耗。施工組織設(shè)計過程中，在保證施工安全、項(xiàng)目結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可行的前提下，應(yīng)盡量使用選型合適、功率較低的施工機(jī)械；應(yīng)做好土方開挖、回填的合理調(diào)配，盡量選擇開挖廢料填筑碾壓和較為近便的土方調(diào)度場，采取施工網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對施工運(yùn)輸、碾壓工序進(jìn)行優(yōu)化，降低運(yùn)輸成本，減少施工能耗；在保證混凝土結(jié)構(gòu)物安全的的前提下，合理調(diào)整混凝土配合比，提高澆筑效率；在施工現(xiàn)場，合理調(diào)度各個施工機(jī)械的工作次序，防止機(jī)械“空跑”，降低燃油損耗；在施工生活區(qū)，盡量保證使用自然光源，普及使用太陽能，減少電熱供電。

3.4 工程運(yùn)行節(jié)能管理

本工程在正式投入運(yùn)營以后，主要是水廠、泵站運(yùn)行和管理單位運(yùn)行耗能。建立嚴(yán)格的工程運(yùn)行管理和監(jiān)督機(jī)制，是優(yōu)化工程節(jié)能設(shè)計、實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效實(shí)施的重要途徑。監(jiān)督工作人員對廠房、泵站內(nèi)的主要設(shè)施、設(shè)備進(jìn)行定期巡視檢查，如發(fā)現(xiàn)安全隱患，必須及時處理，保證設(shè)備長期高效運(yùn)行，降低額外能耗；根據(jù)水利工程的工作內(nèi)容、運(yùn)行方式、天氣變化和設(shè)備的使用性能等，對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行科學(xué)、合理化調(diào)度，控制水泵機(jī)組在高效區(qū)運(yùn)行，盡量減少水泵機(jī)組的開關(guān)機(jī)次數(shù)，避免瞬間耗電量過大等造成的能量損耗；工作區(qū)域內(nèi)需要照明的部分，應(yīng)該施行分片供電措施，智能調(diào)節(jié)燈光亮度，實(shí)現(xiàn)全廠區(qū)智能運(yùn)營。

4 結(jié)語

能源是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，基于節(jié)能理念下的水利工程建設(shè)，無論是對現(xiàn)代水利工程的發(fā)展，還是對國家社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都有非常積極的意義。加大水利工程的節(jié)能控制，著重從工程設(shè)計上入手，在能耗分析的基礎(chǔ)上，有針對性地采取節(jié)能降耗技術(shù)及措施，從而提高水利工程的能源利用效率和服務(wù)質(zhì)量，使其利國利民。