以鮑家沖排澇站為例淺談泵站的節(jié)能設(shè)計(jì)

李新國(guó)

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源消費(fèi)也快速增長(zhǎng)，水利工程的運(yùn)行和維護(hù)都需要電能，節(jié)能降耗不僅關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，也意味著降低成本，提升競(jìng)爭(zhēng)力。在水利工程設(shè)計(jì)過程中提出節(jié)能措施可以促進(jìn)項(xiàng)目科學(xué)合理利用能源，從源頭上杜絕能源浪費(fèi)。本文以鮑家沖排澇泵站節(jié)能設(shè)計(jì)為例，淺談泵站設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施，為類似工程的節(jié)能設(shè)計(jì)提供一些參考。

一、工程概況

鮑家沖排澇泵站位于安徽省潁上縣八里河鎮(zhèn)中部仁里新村附近，是潁上縣城市水系規(guī)劃的骨干排澇工程。鮑家沖泵站排澇片北與許廟站排澇片相接，東至潁正公路，南至東八里河大道，西至解放路，排澇面積約14.43km2。項(xiàng)目區(qū)澇水主要由黃岔大溝匯集后通過規(guī)劃建設(shè)的鮑家沖排澇站排入八里河。

該工程設(shè)計(jì)采用一級(jí)排水泵站，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為2.2m，最大揚(yáng)程為3.9m。根據(jù)該站的揚(yáng)程范圍，并經(jīng)水力損失計(jì)算后，通過初步比選，采用裝機(jī)6臺(tái)1000ZDB-125型（方案一）及裝機(jī)4臺(tái)1200ZDB-160型（方案二）潛水軸流泵進(jìn)行方案比較，兩種方案在流量、揚(yáng)程等方面均能滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，方案二總裝機(jī)功率略大；在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，水泵設(shè)計(jì)點(diǎn)工況效率分別為88%、81.6%，方案一優(yōu)于方案二；從設(shè)備投資方面而言，方案二的機(jī)電設(shè)備投資也多于方案一；方案一由于其水泵口徑較小，開挖較淺，因此進(jìn)水流道底板高程與原有的出水涵洞能較好銜接，同時(shí)，裝機(jī)臺(tái)數(shù)較多，其泵房相對(duì)窄而長(zhǎng)，根據(jù)站址處的具體地形，更有利于布置，運(yùn)行調(diào)度也更靈活。因此共安裝6臺(tái)1000ZDB-125型潛水泵，配6臺(tái)YQGN740S2-12電機(jī)，總裝機(jī)容量1080kW，設(shè)計(jì)抽排流量18.27m3/s，自排流量20.78m3/s。

二、節(jié)能措施

該工程的機(jī)電工程設(shè)計(jì)中均遵循高效、節(jié)能的原則。現(xiàn)將節(jié)能觀點(diǎn)堅(jiān)持的原則簡(jiǎn)述如下：以提高效率，降低能耗，以有限的資源和最小的能源消費(fèi)來(lái)取得最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，滿足日益增長(zhǎng)的需求為目標(biāo)。同時(shí)盡量減少或消除機(jī)電設(shè)備的固有能耗。且不限制發(fā)展，不降低服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和使用功能。

泵站節(jié)能主要是通過綜合技術(shù)措施，對(duì)抽水裝置和配套設(shè)備等進(jìn)行優(yōu)化，使得多年平均泵站效率達(dá)到最高，以降低運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)省能源消耗。節(jié)能措施包括：電源節(jié)能、動(dòng)力節(jié)能、照明節(jié)能以及其他節(jié)能措施。

1.電源節(jié)能

電能在傳輸過程中的損耗，包括線路損耗和變壓器損耗。

（1）減少線路損耗所采用的具體節(jié)能措施如下：1）對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)查勘調(diào)研，合理選擇線路路徑，使線路最短，節(jié)省投資和運(yùn)行成本。2）合理選擇輸電線路材料和截面，降低輸電線損率。按經(jīng)濟(jì)電流密度法選擇導(dǎo)線，線損比其他兩種方法如允許電壓損失和長(zhǎng)時(shí)允許工作電流法低35%。通過優(yōu)化電氣設(shè)備布置，降低動(dòng)力電纜的輸電損耗。3）盡量選擇高電壓等級(jí)，以減少中間環(huán)節(jié)的損耗和資源浪費(fèi)。4）提高功率因數(shù)，降低運(yùn)行損耗。5）工程內(nèi)部線路、電纜的選擇除遵循以上的原則外，均選擇銅芯電纜。

（2）減少變壓器損耗所采用的具體節(jié)能措施如下：1）合理選用電氣設(shè)備容量，提高負(fù)載系數(shù)，保證變壓器的負(fù)荷率在65%～75%，避免“大馬拉小車”，使變壓器運(yùn)行在最高效率點(diǎn)。2）優(yōu)先選用國(guó)家推薦的低損耗系列電力變壓器產(chǎn)品，選擇高效、低耗的變壓器。該泵站選用國(guó)家有關(guān)部門推薦的SC11系列高效節(jié)能型變壓器。3）變壓器的接線盡量選擇D,yn11接線形式，電源質(zhì)量?jī)?yōu)越，減少高次諧波的影響，降低鐵芯中因渦流引起的損耗，減少運(yùn)行損耗。4）裝設(shè)相應(yīng)的補(bǔ)償裝置，將功率因數(shù)提高到0.9以上，減少電網(wǎng)無(wú)功輸送量，減少電能損耗。5）在設(shè)計(jì)中盡量保證三相負(fù)荷的平衡，若調(diào)配不當(dāng)，會(huì)使線路及變壓器的損耗增加。

2.動(dòng)力節(jié)能

動(dòng)力設(shè)備的節(jié)能主要包括電動(dòng)機(jī)及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的節(jié)能，具體措施如下：（1）采用高效電機(jī)減少耗電量，節(jié)約能源。提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率：采用取材先進(jìn)、工藝先進(jìn)、高效的節(jié)能型電機(jī)，減少耗電量，節(jié)約能源，該站選用Y型電機(jī)；改進(jìn)控制方式，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率；盡量選擇電機(jī)的驅(qū)動(dòng)容量與水泵機(jī)械負(fù)載特性、功率匹配，達(dá)到最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，一般電動(dòng)機(jī)的額定效率和功率因數(shù)是按其負(fù)載率的75%～100%選擇的；合理選擇電壓等級(jí)，保證電機(jī)使用效率高、損耗小，利于節(jié)能節(jié)電。（2）選擇電機(jī)的驅(qū)動(dòng)容量與水泵功率匹配，達(dá)到最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。（3）設(shè)置軟啟動(dòng)器，降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。（4）為提高主泵和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，減小進(jìn)出水流道水力損失，水泵選型要保證泵站多年平均及設(shè)計(jì)揚(yáng)程下運(yùn)行效率較高。本站設(shè)計(jì)揚(yáng)程下效率約為86%。

3.照明節(jié)能

照明節(jié)能主要目的是提高照明系統(tǒng)的總效率，合理采用照明燈具、方式及控制，具體措施如下：（1）推廣使用高效光源：采用光效高、壽命長(zhǎng)的各類氣體放電光源，重點(diǎn)推廣細(xì)管和各種緊湊型熒光燈，采用熒光燈作為主要照明。（2）優(yōu)選高效、配光合理的直接型燈具，要求室內(nèi)燈具效率≥70%，室外燈具效率≥50%。（3）優(yōu)選氣體放電燈的啟動(dòng)設(shè)備，熒光燈均采用節(jié)能型鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器具有啟動(dòng)電壓低，噪聲小、溫升低、重量輕、無(wú)頻閃，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。（4）選擇合理的照明方式：采用一般照明、重點(diǎn)照明、混合照明、應(yīng)急照明等相結(jié)合方式，并充分利用天然光及各種集關(guān)裝置進(jìn)行采光。（5）選擇多種控?zé)舴绞剑床煌墓ぷ鲄^(qū)域確定適宜的照度，節(jié)省投資和運(yùn)行成本。

4.其他節(jié)能措施

（1）從工程總體布置角度，對(duì)于排澇泵站而言，工程站址的選擇以及總體布置的優(yōu)劣也對(duì)其項(xiàng)目節(jié)能有著至關(guān)重要的影響，在站址選擇上應(yīng)盡量選擇在地勢(shì)低洼、能匯集排水區(qū)澇水，且靠近承泄區(qū)的地點(diǎn)，以降低泵站揚(yáng)程，減小裝機(jī)功率；結(jié)構(gòu)布置應(yīng)通過方案比較，選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)較優(yōu)的方案，盡量減少主體工程量，進(jìn)水渠盡量利用原有排水溝，建筑物的改造均利用原址或現(xiàn)有河道內(nèi)，以盡量減少施工期的能源消耗。

（2）減小進(jìn)出水池水頭損失：合理確定泵站前池、進(jìn)出水池的結(jié)構(gòu)尺寸，改善主泵吸水性能，防止池內(nèi)產(chǎn)生漩渦、回流，減小水流通過攔污柵的水頭損失。

（3）減小流道水力損失：選擇管道經(jīng)濟(jì)管徑，縮短管長(zhǎng)，減少?gòu)澒埽x用阻力系數(shù)小的管件，選用節(jié)能型側(cè)翻拍門，正確安裝，使流道、主泵及管件形成最優(yōu)配合。

（4）上部建筑均采用節(jié)能設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)布置緊湊，廠房及管理房外立面均設(shè)保溫層，采用大開度窗戶以滿足日常照明和通風(fēng)要求，減少管理成本。

（5）提高科學(xué)管理水平：加強(qiáng)技術(shù)管理，使泵站機(jī)電設(shè)備和配套設(shè)備經(jīng)常處于完好的技術(shù)狀態(tài)。

三、結(jié)語(yǔ)

該工程建設(shè)期以土方開挖和建筑物混凝土施工等耗用能源為主，運(yùn)行期主要耗能種類為泵站運(yùn)行所消耗的電能。經(jīng)計(jì)算年均用電147.378萬(wàn)kW·h，折標(biāo)煤181.13t。項(xiàng)目設(shè)計(jì)符合節(jié)能法律、法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策，符合合理用能標(biāo)準(zhǔn)和水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范。

具體設(shè)計(jì)時(shí)，在工程總體布置、施工組織設(shè)計(jì)方面充分結(jié)合項(xiàng)目區(qū)地形、地質(zhì)條件、水流條件、加壓泵房型式及工程運(yùn)用要求，在滿足輸水功能前提下，減少工程投入及后期運(yùn)行費(fèi)用，從而減少能源消費(fèi)。所選擇的機(jī)電設(shè)備均為通用的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，其能耗指標(biāo)基本優(yōu)于相關(guān)能效限值。項(xiàng)目的運(yùn)行調(diào)度采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)，可優(yōu)化機(jī)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低能源消耗及提高水資源的利用率。

工程所采用的節(jié)能措施，成本均較低，經(jīng)濟(jì)投入較小，對(duì)節(jié)能效果影響顯著，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)高于節(jié)能成本