淺談泵站工程節能設計與優化運行

摘要：為深入貫徹科學發展觀，落實節約資源基本國策，喚醒泵站工程設計人員節能設計理念和管理人員優化運行意識，本文分析了泵站工程節能的必要性，結合相關工作經驗，就泵站工程節能設計和優化運行方面進行探討，闡述了泵站工程的節能理念和方法。

關鍵詞：泵站工程 節能 設計 優化 運行

2011年1月29日發布的《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》，是新世紀以來中央關注“三農”的第八個“一號文件”，也是新中國成立62年來中央文件首次對水利工作進行全面部署。隨著大批泵站工程投入建設，如何在這些工程中貫徹“中華人民共和國節約能源法”和中央關于建立節約型社會的精神，達到節能的要求，是泵站工程設計者和管理人員迫切需要解決的工程課題。

1 泵站工程節能的必要性

節約資源是我國的一項長期基本國策，節能是解決我國能源問題的根本途徑。近年來，我國江河流域正進行規模空前的規劃、治理和開發，每年都有大批的水利水電工程開工興建。泵站是水利工程中的用電大戶，我國現有機電井和泵站總裝機容量約18135萬千瓦，如果泵站運行效率平均提高一個百分點，就意味著每運行一小時節約電能約180萬千瓦時，按照國家發改委現行的火電廠平均每千瓦時供電煤耗標準，相當于節約600噸標準煤，減少產生二氧化碳157.2噸、二氧化硫5.1噸、氮氧化物4.44噸，泵站工程節能的重要性和緊迫性可見一斑。對泵站工程來說，節能意味著建設和運行成本的降低、經濟效益的提高，尤其是公益效益為主的泵站工程，規模、數量龐大，其必要性和經濟性是不言而喻的。

2 泵站工程節能設計

泵站工程主要作用是防洪、除澇、灌溉等，實現以上功能的主要途徑在不同內外河水位時存在不同的運行方式，一般分為自排和強排二種。自排是利用工程前后形成的水位差自流排水，不需要任何動力；強排是啟動水泵，強行將水抽調，強排需要大量的動力和能源消耗。泵站工程節能設計是主體工程設計的組成部分，應遵循國家的基本建設方針和技術經濟政策，結合工程灌排需求和實際條件，綜合流域規劃和運行成本，做出最優設計方案。

2.1 區域排水規劃 在設計區域排水水系時，應通過對區域排水系統分塊、分級等辦法，合理規劃，優化水系布置，綜合考慮區域排水模式，結合灌排需求，合理選址。通常采用利用地面和河道水位的高差，充分利用二級排水的河道有蓄水的功能，合理選擇二級啟排水位的排水模式。這種排水模式雖然會提高二級排水泵站動力和運行時間，但可以有效減少一級排水泵站設置或運行時間，由于二級排水泵站增加的動力遠小于區域內一級排水泵站動力總和，節能效果顯著。

2.2 工程布置與選址 工程布置與選址時，應盡量選用有利于自流和抽排相結合的位置，采用泵閘結合布置方式，在泵站附近修建節制閘，以節制閘自排為主，當在水位差較大或災害性天氣時，才進行強排，這樣可大幅度的降低強排時間，達到節約的能源目的。例如廣州市白云區的河道屬典型的感潮平原河流，外江水位受潮水影響變幅較大，非常適用于泵閘結合的布置方式，利用閘前后的水位差，啟閉閘門，用自排來達到排澇和灌溉補水的需求，降低能耗。目前該類工程布置方式已在白云區得到廣泛應用。

2.3 機組選型 在新建和改建泵站工程時裝機臺數和機組型號的選擇決定了工程建設費用和運行能耗，必須給予足夠的重視。泵站工程，無論是排澇還是灌溉補水，運行狀態都具有較大的不確定性，方案設計時應在滿足設計要求的前提下，根據本地區灌排水量需求變化的特點，對裝機臺數、機組型號、不同型號機組的匹配進行方案內部優化和互異方案比選，從而選擇最優的設計方案，提高效益、減少能耗。

2.4 流道水力設計 泵站效率是指從泵站進水口到出水口整個泵站裝置的效率，它不但與水泵電動機組的效率有關，還與進水流道、出水流道和閘門等水工構筑物的水力損耗有關。在選擇了高效的水泵電動機組后，要提高泵站的裝置效率就主要是減少水工構筑物的水力損耗，選擇合理的流道布置不但直接影響工程安全運行，還是減少流道水力損耗的重要措施。

2.5 供電方案設計 泵站工程的能源消耗主要是電能，因此選擇合理的供電方案是節能的又一個重要的措施。設計時，應針對工程的條件和特點，通過優先選用10kV主水泵電動機直接聯網運行的供電方式、采用就地補償新技術、合理配置站用變壓器等措施到達節能的目的。

3 泵站工程優化運行

泵站優化運行管理的任務是需要經常不斷的根據灌排要求及水源（或容泄區）的水位變化情況來組織經濟運行方案，并對機電設備進行監視、維護和檢修，以保證機組運行正常的技術狀態，從而提高泵站的技術指標，同時還需對各種反常運行狀態進行監視控制或利用，以便充分發揮機電設備的效益和避免事故的發生。

3.1 單一泵站工程優化運行 單一泵站工程最優化運行的準則主要有：①以泵站效率最高為準則；②以泵站耗電最少為準則；③以泵站運行費用最低為準則；④以泵站最大流量為準則。管理人員應根據不同灌排需求和泵站實際情況，選擇合理節能的運行方式。例如某種降雨量情況、來流情況、內外江水位差時，應開幾臺機組、居中開機還是對稱開機、各機組采用什么運行方式運行等，均直接影響整個泵站的效率和能耗。管理單位應注重管理人員培訓，持證上崗，以提高泵站維護運行的安全性和經濟性。配備變速設施或可調葉片安裝角的機組，為節能提供了更大的空間，但其優化運行方式選擇也更為復雜，建議管理單位結合泵站基本情況編制程序計算最優運行方式并實施。

3.2 多個泵站聯合優化運行 平原地區地勢平坦，河流交錯縱橫，同一排水區域內設置多個同級排澇泵站現象時有發生；在引水、供水方面，多級站聯合運行的現象屢見不鮮。同級多站、多級多站聯合優化運行主要解決兩個問題：①通過各個站間流量配置或配合計算，達到流量平衡；②各站均處于經濟運行工況。流量配置或配合計算一般有兩種方法，即圖解法和列表法；各站均處于經濟運行工況可參考單一泵站工程優化運行方法選定。聯合運行涉及多單位、多部門，應統一思想、加強溝通、統一指揮，確保聯合優化運行的實現。

3.3 應用信息技術泵站優化運行調度 如何根據氣象和地理條件對這些泵站工程進行高效調度，提高綜合防汛和調水能力，減少強排時間，以達到節能的目的，是一個非常復雜的系統工程問題，依靠傳統人工調度的方式是無法解決這個難題的，只有應用現代化的信息技術才能滿足上述要求。該流域綜合治理以及水資源的合理調配，不僅依賴于水利設施的合理規劃，還取決于對水利設施科學、高效地調度。防汛和水資源管理實時監控系統是新時期區域泵站工程信息化調度控制的中樞，以現代集散控制和網絡技術實現全部水利設施的實時控制、統一調度、集中管理，達到優化運行結構、提高反應速度、降低運行成本的目的，更重要的是提高了區域防洪、排澇及抗災能力，實現了泵站工程的低能耗、高效益。

4 結論與展望

由于不同時期理念、技術的局限性和泵站工程的公益性，以前進行泵站工程建設時往往更注重效果忽視效率、更注重建設忽視管理。泵站工程投資大、壽命長，改建時影響范圍廣，導致泵站工程技術推廣與應用的速度較慢。多種原因導致我國的泵站工程普遍具有效率低、能耗大、自動化程度底等特點，具有巨大的節能減耗、提高效益的空間。

我們應該進一步學習理解科學發展觀，充分認識泵站工程節能降耗工作的緊迫性和重要性，把節能的理念滲透到規劃、設計、運行、管理等各項工作中去。通過學習、交流掌握先進技術和管理方法，有步驟、有計劃的實現泵站工程節能的目標。

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