取水泵站節(jié)能設(shè)計(jì)及評(píng)估管理探討

葉鄧豪

(東莞市江庫(kù)聯(lián)網(wǎng)工程中心，廣東 東莞 523808)

1 工程概況

某水電站新建取水泵站，設(shè)計(jì)供水量規(guī)模為2.0萬(wàn)t/d，主要建設(shè)任務(wù)為新建圓筒內(nèi)空深井取水泵站一座，鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)在泵站±0以下，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在泵站±0以上。包含基礎(chǔ)底板在內(nèi)的泵站總高度57.5m，圓筒內(nèi)空深井內(nèi)徑15m，外徑17.5m，筒體混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B強(qiáng)度等級(jí)W6，圓筒筒壁厚1.2-2.0m，基礎(chǔ)底板厚2.5m。筒底通過錨桿與基底錨固，泵站上部設(shè)置配電室，其框架結(jié)構(gòu)主要由高低壓配電系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)等構(gòu)成，設(shè)計(jì)使用年限50a。取水泵站建成運(yùn)行后，能解決下游150hm2農(nóng)田灌溉及1.5萬(wàn)人次的日常生活用水問題，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

2 取水泵站節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 輸水線路設(shè)計(jì)

本水電站工程一級(jí)取水泵站向二級(jí)泵站輸水線路的確定必須結(jié)合工程地質(zhì)、施工條件及工程選址及地形特征，經(jīng)確定，主要通過DN350管并按照“豎井+引水隧洞”方式從一級(jí)泵站直接提水達(dá)高位水池后實(shí)現(xiàn)輸水，輸水管出口高程1983.60m，再通過一級(jí)泵站高位水池輸水管線將水輸送至二級(jí)泵站進(jìn)水池內(nèi)，進(jìn)水池水位設(shè)計(jì)值1950m，管線水損4m。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況以及節(jié)能效果、工程投資等方面進(jìn)行分析，該提水方案設(shè)計(jì)較為合理，且輸水全過程中供水完全憑借重力自流，無(wú)能耗，供水從泄洪口引出后用于人畜飲用和農(nóng)田灌溉。輸水干管采用最大壓力值1.0MPa、管徑Φ280mm、長(zhǎng)度11.342km的PE管，支管包括直徑Φ200mm、Φ160mm和Φ125mm的PE管，根據(jù)沿途村鎮(zhèn)用水需要在輸水管線上設(shè)置多個(gè)放水閥門[1]。

2.2 混凝土重力壩設(shè)計(jì)

1)防滲設(shè)計(jì)：

上壩址防滲層采用常規(guī)混凝土?xí)黾臃罎B層橫縫，干擾碾壓混凝土壩體施工，且交界面存在較大的力學(xué)性能差異，防滲層極易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫加重滲漏。為此，本水電站取水泵站上壩址斷面按照全斷面碾壓設(shè)計(jì)，常規(guī)混凝土僅用于墊層、溢流面層、導(dǎo)流底孔及閘墩等處，且在擋水壩下壩面內(nèi)廊道等處使用預(yù)制混凝土構(gòu)件，以減少模板架立工程量，保證施工進(jìn)度。本水電站取水泵站上壩址碾壓混凝土工程量11.54萬(wàn)m3，在壩體混凝土施工總工程量中占比84.21%。

此外，將摻加設(shè)計(jì)配比膠凝材料的二級(jí)配碾壓混凝土防滲體設(shè)置于壩面，并通過噴水泥砂漿以確?；炷翆娱g抗?jié)B性能顯著提升，增設(shè)防滲體后基礎(chǔ)部位和壩頂部位厚度應(yīng)至少達(dá)3.0m和1.0m。為加速滲水沿廊道排出，還應(yīng)在防滲體之后增設(shè)豎向排水管。

2)混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)：

水電站取水泵站壩體內(nèi)混凝土標(biāo)號(hào)必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求及安排進(jìn)行分區(qū)，壩體及壩身分別采用設(shè)計(jì)強(qiáng)度R180200、R180100且抗?jié)B標(biāo)號(hào)等級(jí)S60、S20的二級(jí)配和三級(jí)配碾壓混凝土，不同強(qiáng)度等級(jí)及抗?jié)B標(biāo)號(hào)的混凝土齡期均為150d，并通過混凝土后期強(qiáng)度的充分利用，節(jié)省材料用量、降低水化熱[2]?；A(chǔ)墊層、帷幕灌漿廊道及溢流堰和閘墩分別采用強(qiáng)度標(biāo)號(hào)R90150、R90150和R90250的常規(guī)混凝土，設(shè)計(jì)厚度均為1.5m。

3)施工縫設(shè)置：

本水電站工程取水泵站碾壓混凝土內(nèi)水泥用量較少，粉煤灰用量多，水化熱溫度升高速度快，應(yīng)力小，機(jī)械化碾壓施工過程主要采用大倉(cāng)面薄層攤鋪碾壓工藝。攔河壩壩基多為硬質(zhì)完整厚層石英砂巖，岸坡平緩，不均勻沉降小，為此，對(duì)于攔河壩工程主要實(shí)行全斷面碾壓混凝土方案，不設(shè)施工縫。

該水電站工程攔河壩壩頂長(zhǎng)157.5m，根據(jù)設(shè)計(jì)方案中基于壩體體型差異和功能所進(jìn)行的壩段劃分，左岸擋水壩段為0+000-0+054段，河床溢流壩段為0+054-0+110段，右岸擋水壩段為0+110-0+157.5段，并在0+054和0+110處分別設(shè)置兩道橫縫?；A(chǔ)墊層、帷幕灌漿廊道及溢流堰和閘墩等處常規(guī)混凝土橫縫間距控制在15-20m。為阻止混凝土碾壓施工過程中裂縫持續(xù)擴(kuò)展，還應(yīng)在非貫穿縫側(cè)增設(shè)2排并縫鋼筋。

4)降壓處理：

水電站取水泵站攔河壩下游存在較大尾水深度，水深設(shè)計(jì)值18.5m，校核值20.6m，在揚(yáng)壓力荷載下導(dǎo)致攔河壩壩體橫斷面面積及能耗增大，失去經(jīng)濟(jì)性。為此，應(yīng)考慮設(shè)置順?biāo)飨蚝蜋M向廊道于壩基面以形成網(wǎng)狀壩基抽排降壓處理系統(tǒng)，并在河床增設(shè)容積100m3的集水井+2臺(tái)自動(dòng)排水泵，以進(jìn)行壩體滲水的抽排處理，并提升廊道處碾壓混凝土施工進(jìn)度。

2.3 面板堆石壩設(shè)計(jì)

本水電站新建取水泵站工程面板堆石壩設(shè)計(jì)主要依據(jù)取水泵站整體設(shè)計(jì)方案，從輸水管道和泄洪管道邊墻引出，并在堆石壩出口增設(shè)調(diào)流閥接消力池，整個(gè)管道借助水重力自流，無(wú)能耗。泵站提水是面板堆石壩設(shè)計(jì)方案中唯一的能耗工序，按照設(shè)計(jì)要求，一級(jí)泵站和二級(jí)泵站提水工序年耗電量分別達(dá)157.41×104kWh和299.52×104kWh，提水流量均值分別為0.167m3/s和0.196m3/s。分析結(jié)果表明，本次新建取水泵站能耗程度基本符合設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

2.4 輔助生產(chǎn)設(shè)施

本水電站取水泵站工程包括一級(jí)泵站主變、二級(jí)泵站廠變、壩區(qū)變壓器、放空隧洞出口閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、引水隧洞攔污格柵電動(dòng)葫蘆、室外照明及空調(diào)系統(tǒng)等在內(nèi)的主要輔助設(shè)備設(shè)施能耗情況具體見下表，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，輔助設(shè)施年耗電量為58400 kW，年能耗量為7165.45 kW。

表1 水電站取水泵站輔助設(shè)施能耗統(tǒng)計(jì)

3 評(píng)估管理

本水電站新建取水泵站工程系統(tǒng)變壓器主要采用低能耗電力變壓器，能降低變壓器用電量，而且工程設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)能耗標(biāo)準(zhǔn)制定。照明燈具主要采用熒光燈、鹵化物等等節(jié)能燈具；設(shè)備供電線路及照明線路均按照分支回路走線，通過分區(qū)管控，加強(qiáng)對(duì)不必要照明的管理；為控制容量450kW的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)取水泵站系統(tǒng)造成較大沖擊，工程還引入高壓分級(jí)變頻啟動(dòng)控制裝置，將啟動(dòng)電流控制在穩(wěn)壓設(shè)計(jì)范圍，增強(qiáng)節(jié)能效果。

泵站工程還建立起較為完善的節(jié)能管理制度體系，具體包括三級(jí)能源管理機(jī)構(gòu)的建立和能源計(jì)量設(shè)備的配備使用。管理機(jī)構(gòu)組長(zhǎng)由縣水利局局長(zhǎng)兼任，制定并落實(shí)嚴(yán)格的能源管理計(jì)劃，準(zhǔn)確評(píng)定節(jié)能技術(shù)推廣落實(shí)情況，采集、分析、評(píng)價(jià)能源計(jì)量設(shè)備性能、運(yùn)轉(zhuǎn)及能耗節(jié)約程度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為節(jié)能管理制度有效落實(shí)提供依據(jù)。

4 結(jié) 論

水電站取水泵站是供水系統(tǒng)的核心部分，其建造及運(yùn)行能耗占工程總運(yùn)行能耗的60%以上，所以加強(qiáng)取水泵站節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)于加強(qiáng)能耗控制、降低工程運(yùn)行成本，提升工程經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益意義重大。本水電站新建取水泵站工程投入運(yùn)行以來，節(jié)能效果良好，其建設(shè)及運(yùn)行過程中所采用的輸水線路設(shè)計(jì)、混凝土重力壩防滲設(shè)計(jì)、混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)、施工縫設(shè)置、網(wǎng)狀壩基抽排降壓處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、面板堆石壩設(shè)計(jì)等節(jié)能降耗措施應(yīng)進(jìn)一步推廣。