淺談水利工程節能設計中的幾個問題

摘要：近年來，我國水利工程得到了很大的發展。隨著社會資源的緊缺，水利工程的節能設計變得越來越重要。在水利工程設計中，對水庫的選址缺乏節能分析，對工程建設缺乏節能措施的制定，并沒有真正體現出水利工程建設節能的宗旨。文章結合實際工程案例以及工作經驗，對水利工程的節能設計進行研究，并提出了節能措施。

關鍵詞：水利工程；節能設計；能耗分析；水庫選址；節能措施 文獻標識碼：A

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

隨著我國社會經濟的快速發展，我國的能源緊缺問題變得越來越突出，因此依托先進的科學技術降低各項生產的能耗，是社會實現可持續發展的重要要求之一。水利工程作為促進我國國民經濟發展的重要組成部分，無論是建設規模還是建設數量都得到了很大的提升，因此水利工程設計體現“節能”宗旨是十分必要的。總體而言，水利工程節能設計不僅需要結合當前的法律規章制度進行編制，同時還需要結合工程的實際情況對工程能耗進行分析，并結合建設要求進行合理的選址。此外，還應對供電方案進行節能設計，包括供電的方式的設計以及供電設備的選擇等。為了使水利工程節能設計更加直觀化，本文結合實際的工程案例進行分析。

1 工程概況

某水庫的主要任務是用來灌溉以及為該地區提供飲水。該水庫設計灌溉的面積為40500畝，需要解決43000人以及1萬多頭牲畜飲水需求。本工程水庫設計等級為三級，設計庫容量約1350萬m2。

此外，該工程設計概況為：建壩型碾壓砼重力壩1座，大壩底高程為1138m，壩頂的高程為1187m，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，其進口凈寬為30m，堰頂高程為1182m，該水庫末端設挑流鼻坎，使水流向下游挑射，提水泵站2座，其裝機容量為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換，因此該工程的主要能耗是電力。

因此，結合相關理論公式，對該項目的綜合能源消耗計算如下：

工程年綜合能耗=（機電設備能耗+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/產品年總產量=430.12/1407=0.306kW·h/m3

綜上，本水庫工程的單位綜合能耗計算為：

年綜合能耗/產品年總產量=447070kgce÷1407萬m3=0.038kgce/m3

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

3 工程機電設備的配置

結合能耗分析，該水利工程的機電設備型號與配置見表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）、壩區閘門（600kW·h）、輔助機電設備（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備的正常運作。在該工程規劃中，一級、二級、三級提灌站水泵的型號分別為300JC-10.5×9、DFSS80-270B、CDL32-50；裝機分別為5×90kW（1備4用）、5×75kW（1備4用）、裝機為2×11kW（1備1用）；設計流量分別為210m3/h、192m3/h、32m3/h；設計揚程分別為94.5m、85m、67m；電動機功率分別為90kW、75kW、11kW；電動機效率分別為76.5%、75.2%、82%。水庫房屋建設包括3座泵房、2座閘室和1座管理房，總面積約1378m2。

4 工程選址設計優化

在制定水庫方案時，選址是至關重要的環節，因此在不考慮地質因素的情況下，主要需要考慮如下三點：其一，工程區域內應有地形為口袋型的可以用來處理儲水的洼地或是盆地。因為腹地寬闊，庫容量就比較大；其二，水庫大壩應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投資，降低成本，以及確保大壩的安全；其三，水庫應建在較高位置，以減少閘門數量的同時，提高排水系統修建的效率。

5 水利工程的節能措施

通過上文分析，該工程的主要能源消耗為電能，因此本文主要對電能方案進行優化。

5.1 供電方案的節能設計

由于本工程的主要能耗為電能，因此要實現水利工程的節能宗旨以及高效應用。本文建議可以從以下三點方面進行設計優化：

5.1.1 選擇直網供電。一般情況下，水泵電動機都擁有較大的功率。所以，在設計中，若水庫容量>250kW，建議設計采用高壓電動機。根據資料表明，大多工程使用電壓等級為6kV的電動機，但是我國電網的電壓普遍為10kV。因此，在水利工程水泵的選用中，通常設置了降壓變壓器，不僅增加了工程建設的成本，而且在緊急情況下會導致排水系統排水量不足。鑒于這一問題，可以優選10kV等級的水泵電動機，進行直接聯網運行。這一方案不僅能夠降低工程建設的成本，還簡化了水利工程管理的內容，此外還大大降低了強排過程中的能耗。

5.1.2 合理配置變壓器。根據以往大量的水利工程實例表明，采用的電動機都會消耗大量的電能，因此需要通過降壓變壓器維護正常運作。一般情況下，只有在比較緊急的條件下，才會啟動排水泵站，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，為水利工程設計供電方案的時候，建議增設站用變壓器，這一舉措雖然會增加工程建設投資，但對于保障供電的穩定有積極的作用，而且在一定程度上可以節省電能消耗，是一項長遠的發展措施。

5.1.3 采用就地補償。其實很多地理條件以及環境因素都會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機進行作業。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“集中補償”進行功率補償。調查表明，在水利工程中，需要予以功率補償的電動機大約有85%以上。所以，本文建議在設計中采取就地補償技術，使電動機就地并聯補償電容柜，然后選擇防爆型電容器，并串聯電抗器以限制電流沖擊。

5.2 用電設備節能設計

5.2.1 合理選擇水泵。在當前的水利工程建設中，以大型軸流樣式水泵應用最多。這一類型的水泵有多種系列，能夠適應多種工況。而在設計中，應該注重的是選擇合理的水泵，結合實際需求，對水泵的各項參數進行分析，包括水泵的泵型、轉速等，最好選擇具有高效作業能力的水泵。

5.2.2 采用直連方式。通常，水泵與電動機的連接方式有兩種，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機相連接，因此可以選擇高速電動機。而直連方式則是水泵、電動機之間直接相連，兩者轉速一致，一般情況下，大中型軸流水泵轉速要相對較低，因此與之配套的電動機也應保持低度。總體來說，出于日常維護與成本控制，直連方式更加經濟劃算。

6 節能優化設計后的應用效果

本水利工程分別在電氣設備選擇、水利機械選擇、生活消防、建筑選材等諸多方面應用了節能措施。采取統計算法可以得知，該工程每年可節約40萬kW·h電量，以0.9元/kW·h的標準收費，每年可以節約36萬元。通過分類計算，本工程在管理上以及才能措施上投入的成本均比較低，所以經濟投入較小，而且產生的經濟效益要遠遠大于技能投入的成本。

7 結語

節能設計作為水利工程建設中一個全新的論題，在現有的國家規章制度下，受到了越來越廣泛的重視。在實際的水利工程技能設計中，應當結合水利工程的實際情況與特征，針對性地提出節能措施，不僅是水利工程設計更加科學化的前提，同時也是水利工程真正體現節能效果的重要要求。本文結合實際的工程案例，對該水利工程的水庫能耗進行了分析，并就水庫的選址進行了優化設計，最后提出了幾點針對性的節能措施。總體而言，能源作為國家經濟建設的重要保障，加大水利工程環節的節能控制，無論是對于水利工程的發展，還是社會的可持續發展都有非常積極的意義。

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作者簡介：雷訊（1972-），男，貴州仁懷人，中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司高級工程師，研究方向：建設項目管理。

（責任編輯：秦遜玉）