牛嶺水庫工程節(jié)能評價及措施

李漢霖 韋 瑋

一、工程概況

牛嶺水庫地處安徽省宣城市涇縣境內(nèi)，位于青弋江上游最大的支流徽水河中游。牛嶺水庫總庫容1.63億m3，屬大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等。宣城市位于皖東南，和江蘇、浙江接壤，地處蘇、浙、皖三省交匯區(qū)域。2013年，全市實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值849億元，按可比價格計算（下同），比上年增長12.0%，按常住人口計算，人均生產(chǎn)總值約3.3萬元。牛嶺水庫的建設(shè)任務(wù)為：以防洪為主，結(jié)合供水，兼顧發(fā)電、灌溉等綜合利用。

二、節(jié)能評價依據(jù)

1.能源供應(yīng)、消耗狀況及節(jié)能目標(biāo)

2015年，安徽省全年地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）22005.6億元，發(fā)電量 2034.2億kW·h，能源生產(chǎn)總量9711.2萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。2015年，宣城市生產(chǎn)總值（GDP）實現(xiàn) 971.47億元，發(fā)電量60.66億 kW·h，全社會用電量為87.15億kW·h。

根據(jù)安徽省統(tǒng)計局公布數(shù)據(jù)顯示，2015年宣城市單位生產(chǎn)總值能耗為0.638t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元。按照《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》，“十三五”時期單位GDP能源消耗降低15%計算（由于目前安徽省“十三五”節(jié)能減排任務(wù)尚未分解，暫按國家約束性數(shù)據(jù)計算），預(yù)計“十三五”末期宣城市單位地區(qū)生產(chǎn)總值能耗為0.542t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，全社會能源消費增量為193.2萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。

2.建設(shè)期和運行期的能耗總量

建設(shè)期用能以土方開挖和建筑物混凝土施工等耗用能源為主，主要能源消耗為汽、柴油燃料和電能。其中，施工期間消耗汽油約140t、柴油4170t、電730萬kW·h，折合成標(biāo)準(zhǔn)煤0.94萬t。

運行期主要耗能種類為電站運行、工程管理、維護(hù)等所消耗的電能以及辦公等用水等。運行期間年電能消耗約175.66萬kW·h，用水 624t，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤 587.64t。

三、節(jié)能措施

1.節(jié)能設(shè)計原則

（1）遵循國家法律法規(guī)及有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，滿足有關(guān)節(jié)能規(guī)劃和節(jié)能措施的要求。（2）在工程設(shè)計中貫徹節(jié)能降耗設(shè)計思想，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)能源環(huán)境等綜合分析比較論證，選擇設(shè)計方案。（3）根據(jù)工程特點，分析能耗指標(biāo)，明確節(jié)能目標(biāo)，落實節(jié)能措施。（4）采取節(jié)能新技術(shù)和新工藝，對落后的耗能過高的用能產(chǎn)品、設(shè)備實行淘汰制度。

2.工程總體布置節(jié)能設(shè)計

在樞紐布置、主要建筑物設(shè)計過程中，始終貫徹執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，將節(jié)能降耗指標(biāo)作為方案選擇的重要考察內(nèi)容，設(shè)計過程中主要采取的節(jié)能降耗措施如下：

（1）大壩樞紐：通過多方案經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、節(jié)能指標(biāo)比較，選定下壩址碾壓混凝土重力壩+壩頂開敞式溢流壩（溢洪道）的整體布置格局，工程總布置緊湊，運行管理方便。對碾壓混凝土重力壩進(jìn)行體形優(yōu)化，在滿足穩(wěn)定應(yīng)力的基礎(chǔ)上，盡量減少混凝土方量，降低水泥這種高耗能材料的用量。優(yōu)化大壩建基面，在地質(zhì)條件、應(yīng)力變形滿足前提條件下，盡可能減少大壩基礎(chǔ)開挖量。采用壩身泄洪，減少了因布置壩外泄洪建筑物而增加的開挖、支護(hù)等工程量。

（2）引水系統(tǒng)：優(yōu)化引水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低引水系統(tǒng)的水頭損失。該電站引水管道額定水頭損失僅為1.33m，占額定水頭的2.90%。

（3）發(fā)電廠房：發(fā)電廠房布置于壩址下游約5.5km處徽水河的左岸，充分利用了牛脛嶺彎道河段的天然落差和現(xiàn)狀交通道路。所有建筑材料應(yīng)采用淺色調(diào)，如涂料應(yīng)采用防潮、防霉的白涂料，所有照明設(shè)備采用節(jié)能環(huán)保型，可減少照明電能能耗。

3.施工組織節(jié)能設(shè)計

該工程施工期土石方開挖運輸，混凝土骨料生產(chǎn)及混凝土施工，施工物資進(jìn)場及存儲，施工供水供電等均使用大量的機(jī)械設(shè)備，消耗大量的油、電。在施工過程中應(yīng)提高各工程參建單位的節(jié)能降耗意識，加強(qiáng)施工現(xiàn)場的管理，節(jié)能降耗主要從物資運輸、機(jī)械設(shè)備選型、加強(qiáng)工程節(jié)能管理等方面入手。

4.水力機(jī)械節(jié)能設(shè)計

為更好地節(jié)能降耗，提高電站的經(jīng)濟(jì)效率，在水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備選型方面主要考慮如下措施：（1）根據(jù)電站動能特性、機(jī)組設(shè)計制造條件要求，盡可能采用單機(jī)容量大的的機(jī)組，減少配套附屬及輔助設(shè)備，節(jié)省附屬設(shè)備用電量，減小能耗。（2）根據(jù)該電站的運行水頭范圍和特點，充分論證水輪機(jī)參數(shù)，選用效率高、穩(wěn)定運行范圍大的混流式水輪機(jī)。（3）發(fā)電機(jī)采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和通風(fēng)設(shè)計，提高發(fā)電機(jī)的整體效率。（4）水輪發(fā)電機(jī)組所有冷卻器的材料均采用熱交換效率高的材料，以減少冷卻水量，達(dá)到節(jié)水節(jié)能目的。（5）機(jī)組油壓裝置油泵、水輪機(jī)機(jī)坑排水泵、發(fā)電機(jī)推力軸承頂起高壓油泵均選用效率高的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，以節(jié)省電能。（6）電站輔助設(shè)備系統(tǒng)包括：機(jī)組、廠內(nèi)排水系統(tǒng)、透平油系統(tǒng)、絕緣油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等。機(jī)組檢修使用的設(shè)備包括起重設(shè)備、機(jī)修設(shè)備等。

5.電氣節(jié)能設(shè)計

（1）選擇合理、經(jīng)濟(jì)的接入電力系統(tǒng)方案：牛嶺電站建成后可向涇縣和宣城電網(wǎng)提供電能，根據(jù)電站裝機(jī)容量、供電方向及電網(wǎng)現(xiàn)狀，電站出線電壓等級擬初選110kV，輸送距離為23km。

（2）電站開關(guān)站選址設(shè)計中節(jié)約土地、林木資源：根據(jù)電站建筑物的布置位置及周圍地質(zhì)、地形條件，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，為減少資源浪費和增加環(huán)保效益，電站110kV開關(guān)站的選址推薦采用在副廠房左端布置氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）的布置方案，GIS裝置與主變分2層布置，GIS和出線場布置在兩臺主變上層。

（3）主變壓器參數(shù)、結(jié)構(gòu)與材料選擇：電站、生態(tài)電站主變壓器的額定容量分別為16 MVA、3.15MVA，主變壓器空載運行，將產(chǎn)生電能的損耗。設(shè)計時選擇低損耗的主變壓器，鐵芯選用優(yōu)質(zhì)、薄型、高導(dǎo)磁、晶粒取向、經(jīng)激光處理的冷軋硅鋼片，同時控制變壓器空載損耗，以提高變壓器綜合效率。

（4）合理選擇廠用變壓器電壓等級及容量、選用低損耗變壓器：根據(jù)廠用設(shè)備電機(jī)電壓、容量以及布置位置，合理確定供電等級，根據(jù)牛嶺電站裝機(jī)規(guī)模和布置，參考類似電站，初擬采用一級廠用電壓供電方式。根據(jù)廠用負(fù)荷重要性、運行方式，分析統(tǒng)計最大和最小廠用負(fù)荷，合理選擇廠用變壓器容量，使變壓器工作在高效低耗區(qū)，并選擇損耗較低的干式變壓器，擬選SC（B）13型變壓器，容量均為315kVA。

（5）選擇節(jié)能型導(dǎo)體：根據(jù)電站裝機(jī)容量，結(jié)合環(huán)境布置條件，該電站2臺主變壓器低壓電壓母線選擇全絕緣屏蔽銅管母線。管型母線的表面積大，集膚效應(yīng)系數(shù)低，其外表面電流密度分布均勻，功耗小。全站的電纜均采用銅芯，并根據(jù)負(fù)荷的容量合理選擇截面以減小電纜的損耗。

（6）廠用電設(shè)備：對主要電氣設(shè)備的運行，應(yīng)按設(shè)備的運行維護(hù)規(guī)程，定期進(jìn)行巡視觀察、維護(hù)，將問題處理在事故發(fā)生前，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保證設(shè)備長期安全、高效、穩(wěn)定運行。對廠用電負(fù)荷運行應(yīng)分配合理，盡量避免變壓器空載或帶小負(fù)荷運行，降低空載損耗。選用高效節(jié)能照明燈具，提高燈具的運行壽命；照明燈具應(yīng)分組控制，根據(jù)不同工作環(huán)境的照明需要調(diào)整照度；應(yīng)盡量利用自然采光，以達(dá)到電站節(jié)能運行。

（7）控制保護(hù)及通信：該電站按“無人值班”（少人值守）的要求設(shè)計，對電站設(shè)備的運行控制，采用全計算機(jī)系統(tǒng)集中監(jiān)控方式。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)最優(yōu)開機(jī)組合及運行機(jī)組間最優(yōu)負(fù)荷分配，達(dá)到節(jié)水多發(fā)的目的。電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與視頻監(jiān)視系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等交換信息，實現(xiàn)資源共享和系統(tǒng)間的自動聯(lián)動。減少了現(xiàn)場巡視人員的工作量，實現(xiàn)了集約化管理，提高了效率，節(jié)省了運行成本。

（8）電站電能計量器具：電站電能計量器具均采用數(shù)字式智能電度表，按機(jī)組、主變、110kV系統(tǒng)、公用、壩區(qū)等現(xiàn)地控制單元分別設(shè)置電量變送器和交采裝置，滿足電站主要機(jī)電設(shè)備的電測量和電能計量的要求。

四、結(jié)語

節(jié)能評價依據(jù)《國家發(fā)展改委關(guān)于加強(qiáng)固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查工作的通知》《國家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)〈固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查指南〉（2006）的通知》和《水利水電工程節(jié)能設(shè)計規(guī)范》等要求。

工程總體布置、施工組織設(shè)計充分結(jié)合項目區(qū)地形、地質(zhì)條件、水流條件、大壩及廠房布置型式及工程運用要求，在滿足發(fā)電、防洪功能前提下，減少工程投入及后期運行費用，從而減少能源消費。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。項目的運行調(diào)度采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可優(yōu)化機(jī)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運行，降低能源消耗及提高水資源的利用率。

該工程綜合能耗指標(biāo)為0.04t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，遠(yuǎn)低于2020年末宣城市單位生產(chǎn)總值能耗0.58t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，該項目運行期間的增加的能耗僅占宣城市2015年全社會總用電量的0.022%，對所在地能源消耗增量影響極小。該項目新增能源消費量占宣城市“十三五”能源消費增量控制數(shù)比例m%=0.03，m＜1影響程度較小，對宣城市的能源供應(yīng)基本無影響，符合國家、行業(yè)和地方的節(jié)能要求