基于優化調度的梯級泵站節能降耗策略淺析

徐龍晨

（濟寧市水利工程建設監理中心有限公司，山東 濟寧 272000）

泵站的正常運行和合理調度直接影響到整個灌溉系統的效果和農田的灌溉質量。但受到多方面因素的影響，泵站在運行過程中經常會出現嚴重的能源損耗問題，不符合節能降耗的基本要求。鑒于上述情況，必須從多方面入手，加強對梯級泵站的優化調度，通過這種方式，不僅能夠節約能源和成本，同時也能確保機組設備的穩定運行[1]，在延長設備應用壽命的同時，也達到了節能降耗的目的，這對于農村水利工程建設十分有利。

1 梯級泵站優化調度的必要性分析

優化調度農村梯級泵站具有重要的意義和必要性。通過優化調度農村梯級泵站，可以有效提高灌溉水的利用率，減少資源浪費，保護環境，同時也能夠提高農田的產量和農民的收入。通過科學合理的調度方法，可以提高灌溉系統的效率，減少水資源的浪費，從而降低農田灌溉成本。同時，優化調度可以提高泵站的能源利用率，減少能源消耗，降低環境負荷。此外，優化調度還可以提高農村地區的灌溉水平，保證農田的正常生產，增加農民的收益。

一般情況下，對于梯級泵站的優化調度內容，主要涵蓋以下幾個方面：設備的日常檢查、維修調度、機組的日常運行調度、突發事件處理和級間水量調度等，每項工作的展開都與泵站的穩定運行密切相關[2]。梯級泵站在日常運行工作中，與配水系統和供輸水系統等緊密相關，需要相互協調和促進。在開展優化調度工作的過程中，要結合當地實際情況，根據不同的水源供給情況和天氣變化進行調整，并對泵站機組進行優化調配，為泵站系統運行提供優質和穩定的環境，最終實現節能降耗的目標。

2 梯級泵站出現的問題

2.1 泵站水量調度不均衡問題

泵站出現水量調度不均衡現象的原因包括以下幾個方面：一是泵站水位波動。在梯級泵站運行過程中，不論是出水池還是進水池，一旦水位發生變化，都會導致梯級泵站揚程的改變。分析發現，揚程和流量存在反比關系，即揚程越大，流量越小。隨著自然水位的變化，也會直接影響泵站的流量[3]。為了避免和減少能源浪費，需要通過必要的控制方法減少揚程并提高進水池水位，以解決泵站水位波動問題。二是泵站機組的變化。很多機組設備在長時間運行的過程中容易腐蝕和老化，導致機械設備工作效率大幅下降，水量逐漸減少。三是有并聯效應存在。梯級泵站通常通過并聯方式安裝機組，然而隨著并聯機組的增加，單機流量逐漸減少，最終導致并聯流量減少。以上是導致梯級泵站水量調度不均衡的原因。在日常維護與管理工作中，工作人員需要結合實際情況采取有針對性的措施，以避免對梯級泵站的運行產生影響。

2.2 泵站級間水量不平衡問題

梯級泵站在日常運行過程中，受到多種因素的影響，經常會出現嚴重的能源損耗問題。而造成農村泵站系統中各級泵站之間水量分配不均勻現象的原因是多方面的，泵站級間水量不平衡現象很容易導致泵站斷流，從而造成大量電力能源的損耗，甚至引發嚴重的安全事故。

首先，在梯級泵站中，水位的控制是十分重要的，它直接關系到水力系統的穩定運行和水資源的合理利用。通過合理控制梯級泵站的水位，可以降低能耗、減輕設備的磨損、提高供水能力并保證水力系統在各種工況下的安全運行。水位的控制方法如圖1所示。

圖1 水位的控制方法

其次，泵站設計和運營管理對農村泵站級間水量有重要影響。泵站的設計和運營管理對農村泵站級間水量的平衡程度有著直接的影響，合理的泵站設計能夠在一定程度上減少水量分配不均勻的問題。例如，合理選擇泵站位置和泵站間的管道布局，能夠最大限度地優化水量分配。同時，高效的泵站運營管理也能夠有效地提高農村泵站級間水量分配的均勻性[3]。可通過合理的調度和監控，減少故障發生率，從而提高水量分配的穩定性和平衡性[4]。

3 農村梯級泵站優化調度措施

梯級泵站在運行過程中，為了達到節能降耗的目標必須要做好優化調度工作，既要制定出科學完善的配水方案，又要對運行機組進行科學合理的調配，優化設計泵站管路，同時強化對泵站管理人員的教育與培訓，做好泵站日常維護和檢修工作。只有這樣，才能為梯級泵站提供一個優質、穩定的運行環境，最大限度節能降耗[5]，具體內容方案與措施如下。

3.1 制定設備運行狀態監測與診斷方案

設備運行狀態監測與診斷是優化調度農村梯級泵站節能降耗的重要措施之一。通過使用先進的傳感器和監測系統，可以實時監測泵站設備的運行狀況，及時發現設備的故障和異常情況，為實現梯級泵站水位的精確控制提供有力支持。設備運行狀態監測系統包括傳感器、數據采集裝置以及數據處理和分析軟件等。傳感器可以測量和監測設備的運行參數，如流量、水壓、電流、電壓等，并將這些數據傳輸到采集裝置中進行處理和存儲。數據處理和分析軟件可以對采集到的數據進行實時分析和評估，通過與預設的工作狀態進行對比，判斷設備的性能是否正常，是否存在異常情況。

一般情況下，工作人員在制定配水方案時，必須要對灌溉系統用水以及供水狀態、水需求量預測、供水預報、泵站運行狀態等信息進行全面掌握，并以此為基礎，制定出完善的配水方案，避免由于流量不匹配而導致的溢流棄水問題。而一旦監測系統發現灌溉水量不適時調度，或者設備存在故障或異常情況，就需要進行及時上報與維護、修復[6]。這可以通過建立健全的維護管理制度來明確責任人和工作流程，提高維修效率和質量。此外，通過對配水方案和監測數據進行分析和比對，識別設備運行中的低效問題，進一步提高設備的能源利用效率和節能降耗效果[7]。

3.2 優化調度泵站設備

在優化泵站設備調度工作當中，工作人員需要對每一臺機組的實際情況有所把握和了解，若現實條件允許，還可對測量裝置進行應用，開展相關測試，通過泵站管路優化方式，也能為優化調度工作的開展提供參考。由于梯級泵站在運行過程中，受到機組安裝、材料制造、運行情況、設備磨損與老化等問題的影響，很容易出現容積損失變化，同時也會導致實際流量和設計方案存在較大差異，而這種問題將會直接導致泵站流量不平衡[8]。為避免上述問題的發生，必須要在泵站設計時妥善做好泵站設備的測試與優化調度工作。優化調配工作要從泵站進水流道二維設計開始，依照泵站進水流道過流面積均勻度，分析優化二維線圖，并建立三維數值模型，開展三維非定常數值模擬計算。泵站管路優化方案如圖2 所示。

圖2 泵站管路優化方案

通過圖2 泵站管路優化方案的三維非定常數值模擬計算，對數模計算時均結果進行水力損失分析、速度分布分析、湍流動能分析、熵產及渦識別分析等，以完善供水系統的運行和數據管理，了解供水需求的變化規律，預測未來的供水量和負荷變化，并據此制定合理的設備調度方案。盡可能避免管道過長，這主要是因為管道過長，不僅會增加成本，同時也會降低其工作效率。同理，較大的管徑能夠有效避免管道內部阻力過高，相較于小管徑，較大的管徑在節約能源、降低成本等方面優勢更加顯著。因此，在對泵站管道進行選擇的過程中，需要結合實際情況，選擇合理的管道類型，才能最大限度減少成本投入，達到節能降耗的目的[9]。

同時，在對調度方案進行制定的過程中，還要考慮泵站聯合運行過程中流量匹配的相關問題。在空流段，可對有利于流量調節的機組進行安裝，通過這種方式，能夠對級間流量進行科學合理的調配。在灌區，應按照提前制定的灌水計劃，對級間流量進行科學匹配，如果灌區不需要較大的水量，那么通常可選擇減少運行機組數量，必要情況下還可以進行單機單管運行。泵站設備調度策略優化還需要考慮到不同時間段的電力價格和水資源供需狀況。在用電成本較高的高峰時段，可以通過調整設備的運行狀態和流量控制，盡量降低電力消耗。此外，根據不同地區和季節的供水需求變化，合理分配和利用水資源，避免供需矛盾和能源浪費。

3.3 采用高效泵機設備替代舊有設備

采用高效節能的泵機設備，可以明顯降低能源的消耗和運行成本。從能源利用效率和性能指標方面考慮，應選擇具有高效率和較低能耗的設備。同時，還需要根據實際的供水需求和工作條件，合理匹配設備的流量和揚程[8]，以最大程度地提高設備的工作效率和整體性能。在選擇設備時，還需要考慮設備的可靠性和維護保養的便捷性。高效泵機設備在工作過程中應具備較低的故障率和易于維護的特點，以減少維修和停機時間，提高設備的利用率和使用壽命。

采用高效泵機設備替代舊有設備可以提高供水系統的工作效率和穩定性。然而，為了確保設備的有效運行和節能降耗的效果，還需要加強設備的日常運營和維護，及時處理設備故障和異常情況，提高設備的可靠性和使用壽命。通過采用高效泵機設備替代舊有設備等綜合措施，可以實現農村梯級泵站的節能降耗目標。

3.4 強化對泵站管理人員的教育培訓

為了促進泵站的長久發展，必須提高工作人員的業務水平和操作技能水平，因而需要為其提供專業化培訓。具體的培訓內容應包括泵站機組機械設備維護與檢修、泵站運行故障處理等等，通過培訓工作的開展，能夠幫助工作人員掌握更多先進知識，提高其操作技能。與此同時，進入信息化時代，很多機械設備的智能化程度越來越高，因此，泵站工作人員還要對相關信息化技術有所掌握，包括各種設備的操作方法、故障處理等等。只有這樣，他們才能在短時間內進入工作崗位，高質量完成工作任務，為泵站的長遠發展提供保障[10]。

4 總結

綜上所述，梯級泵站優化調度在農村灌溉系統中具有廣闊的推廣和應用前景。隨著農村現代化進程的加快和農業水資源緊張的形勢加劇，對灌溉系統的效率和節能性要求越來越高。因此，采用梯級泵站優化調度技術，可以實現農村灌溉系統的節能減排和提質增效，促進農田和農業產業的可持續發展。同時，隨著信息技術的不斷發展和普及，梯級泵站優化調度技術的應用將會更加便捷和精確，為農村灌溉系統的管理和維護提供更多的便利和支持。所以，只有充分利用并整合各方面的資源，加強科學研究和實踐經驗的交流，才能進一步推進梯級泵站優化調度技術的應用和發展，實現農村灌溉系統的可持續發展和現代化水平的提升。