基于水利工程的節(jié)能設(shè)計

陳本厚

( 貴陽市魚簡河水庫管理處，貴陽550001)

近年來，伴隨著國民經(jīng)濟的快速增長，在各類基本建設(shè)項目中，節(jié)能減排已成為一項重要的衡量指標(biāo)。特別是在水利工程的設(shè)計中，人們在設(shè)計時，包括項目建議書、可行性研究、初步設(shè)計等，結(jié)合現(xiàn)行的國家有關(guān)節(jié)能方面的政策、法規(guī)，更要注重節(jié)能。水利工程在人們生活中發(fā)揮著重要的作用，因此加強其節(jié)能設(shè)計勢在必行。

1 工程概況

貴陽市魚簡河水庫位于息烽縣西山鄉(xiāng)小甫村。水庫大壩距貴陽市中心68 km，距息烽縣城17 km，總庫容1 040 萬m3，大壩壩高81 m，壩頂軸線長196 m，壩體為碾壓混凝土雙曲拱壩。魚簡河水庫是自改革開放以來貴陽市興建的第一座中型水庫，建設(shè)總投資1．57 億元。工程由水庫大壩，陽朗排洪渠，農(nóng)灌渠道三大部份組成，具備農(nóng)灌、排引洪、人飲、工業(yè)供水等功能。水庫配套農(nóng)灌渠長96 km，灌區(qū)總灌面0．16 萬hm2。陽朗排洪渠長3．2 km，校核排洪流量32 m3/s。人飲主要為下游1．2 萬人提供飲用水源。工業(yè)供水主要向開磷集團提供工業(yè)用水，原設(shè)計用水量365 萬m3/a。在各方的努力下，水庫大壩于2002年10月開工，2005年5月建成并投入試運行。

2 調(diào)查分析

根據(jù)上述工程，可以知道，魚簡河水利工程已完工部分:①大壩主體;②總干渠，東干渠;③陽朗排洪渠;④管理房。魚簡河水利工程附屬工程完工部分:①配套碼頭工程;②配套飲用水工程;③二坪子水土保持示范園區(qū)( 1、2、3 期) 工程。從2005年5月大壩建成起，工程已為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展作出重要貢獻。2011年7月，興建了魚簡河水庫向息烽縣城供水應(yīng)急工程，當(dāng)年12月完工，已向息烽縣城提供了近半年安全可靠的飲用水。

3 水利工程節(jié)能設(shè)計中存在的問題

3．1 質(zhì)量意識淡薄

在水利工程的節(jié)能設(shè)計中，管理人員和技術(shù)人員忽略質(zhì)量控制，缺乏質(zhì)量意識，導(dǎo)致節(jié)能設(shè)計工程不能有序進行，例如，勘測單位不夠重視基礎(chǔ)資料的收集與整理;設(shè)計單位不能有效地收集、整理和分析陳舊的基礎(chǔ)資料，在資金投入上沒有安排，對新資料的收集造成了障礙，造成設(shè)計依據(jù)額不足，留下了隱患。因此，要想保證水利工程的節(jié)能設(shè)計質(zhì)量，必須要加強設(shè)計單位的教育和培訓(xùn)，強化水利設(shè)計工作管理，培養(yǎng)技術(shù)人員、管理人員較強的質(zhì)量管理意識，還要嚴(yán)格要求設(shè)計人員認真進行勘探、準(zhǔn)備、設(shè)計工作，以保證水利工程節(jié)能設(shè)計質(zhì)量。

3．2 技術(shù)經(jīng)濟觀念的缺失

由于設(shè)計單位在整個設(shè)計階段中，沒有認真比較分析施工方案和進行技術(shù)經(jīng)濟的深入研究，更缺少技術(shù)經(jīng)濟觀念。再加上業(yè)主的過分干預(yù)，造成了多處修改施工詳圖，不僅造成了嚴(yán)重的損失，還引起了施工單位的經(jīng)濟索賠。因此，在進行水利工程的節(jié)能設(shè)計時，要加強對技術(shù)經(jīng)濟觀念的研究，針對這一問題，及時協(xié)調(diào)業(yè)主、設(shè)計單位、監(jiān)理單位，這樣能夠避免造成因設(shè)計更改和調(diào)整造成的損失，使得資金、進度、質(zhì)量3個方面達成一致。

3．3 節(jié)能設(shè)計的不規(guī)范

在進行節(jié)能設(shè)計工作時，沒有進一步比較和論證設(shè)計方案，更沒有按照招標(biāo)設(shè)計、施工詳圖設(shè)計等等，這就造成了節(jié)能設(shè)計的不規(guī)范操作，使得在設(shè)計中存在著許多問題，例如不能充分說明結(jié)構(gòu)圖、工程量和工程費用的計算;沒有有效的補充、完善、論證設(shè)計方案;沒有逐步補充完善基礎(chǔ)資料，往往是直接搬用上一設(shè)計階段的。

4 水利工程的節(jié)能設(shè)計措施

水利工程的節(jié)能設(shè)計，主要是從工程設(shè)計、用能品種、用電設(shè)備、水利泵站變壓器等方面進行控制，下面就從這些方面，介紹節(jié)能措施。

4．1 工程設(shè)計的節(jié)能設(shè)計

工程設(shè)計的節(jié)能設(shè)計需要在確保系統(tǒng)安全、可靠的前提下，選擇合理、經(jīng)濟的設(shè)計方案，做好工程的優(yōu)化設(shè)計，選用能耗低的施工設(shè)備、機電設(shè)備，合理調(diào)度、合理安排施工秩序，這樣不僅能夠提高設(shè)備的嚴(yán)密性，防止泄露，還能減少施工設(shè)計中不必要的燃料消耗。

4．2 用能品種的節(jié)能設(shè)計

根據(jù)水利工程相關(guān)的設(shè)計方案及施工組織設(shè)計，正確計算工程施工期和運行期的用能品種、數(shù)量，再換算為標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量，以此可以分別計算出工程施工期和運行期折合為標(biāo)準(zhǔn)煤的用能總量，人們根據(jù)這些可以有效加強節(jié)能設(shè)計。水利工程常用的用能品種與標(biāo)準(zhǔn)煤的折算系數(shù)，見表1。

表1 用能品種與標(biāo)準(zhǔn)煤的折算系數(shù)表

4．3 用電設(shè)備的節(jié)能設(shè)計

水利節(jié)能工程設(shè)計中，選擇合適的用電設(shè)備也能滿足體現(xiàn)節(jié)能要求。例如:①合理選擇水泵。新建水利工程的水泵多為大中型軸流型式，可供不同用戶選擇這類產(chǎn)品，在設(shè)計中，應(yīng)正確比較水泵參數(shù)，嚴(yán)格按實際需求，全面考慮葉片安放角、水泵泵型、門徑和比轉(zhuǎn)速等，這樣才能使得用電設(shè)備能夠適應(yīng)現(xiàn)實情況;②采用直連的方式。在水利工程用電設(shè)備的節(jié)能設(shè)計時，應(yīng)該要求轉(zhuǎn)速一致，采用直連的方式，通過齒輪變速箱連接電動機和水泵，這就決定了與之配套的電動機必須保持低速，這樣的方式比較經(jīng)濟劃算。根據(jù)節(jié)能中長期專項規(guī)劃的要求，水利工程中的水泵機組以及各類閘門啟閉設(shè)備的電能消耗是工程運行期間的主要能源消耗，這能使得主要耗能設(shè)備能源效率達到或接近國際先進水平。與水利工程有關(guān)的主要耗能設(shè)備能效指標(biāo)，見表2。

由表2 可見，在對主要耗能設(shè)備選型設(shè)計中，對于運行工況變化較大的泵站，應(yīng)按照有關(guān)政策要求，配備必要的調(diào)節(jié)和控制設(shè)備，選擇運行效率高、節(jié)能效果好的設(shè)備，以保證運行期間水泵機組能高效運行。

表2 主要耗能設(shè)備能效指標(biāo)表

4．4 水利泵站變壓器的節(jié)能設(shè)計

為了節(jié)省工程投資和今后運行管理的方便，在設(shè)計的水利泵閘工程中，必須設(shè)置專用的10 ～0．4 kV 降壓變壓器給電動機供電，如果電機容量＜250 kW 時，都選用380 V 電動機，這樣就能避免泵閘電動機用電量較大的情況。除在災(zāi)害性天氣時啟動水泵排水外，水利工程的排水泵站一般年運行小時數(shù)相對較少。所以在設(shè)計這類泵站的供電方案時，不投入運行平時主變壓器，另配站用變壓器，由站用變壓器給站用電供電，這樣避免大電機啟動和停止運行時的沖擊，但是工程投資有所增加。此外，水利泵站的變壓器的節(jié)能設(shè)計不僅節(jié)約大量的能源，還提高了供電的可靠性，減少變壓器的有功損耗。其中變壓器的有功損耗按下式計算:

式中:△p 為變壓器的有功損耗，kW; Pd 為變壓器的空載損耗，kW;Pk 為變壓器的短路損耗，kW;B 為變壓器的負載率。

根據(jù)上式，可以知道，要想加強水利泵站變壓器的節(jié)能設(shè)計，需要選用具有良好的制作工藝的節(jié)能型變壓器，采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向硅鋼片，特別是使用有鐵芯的渦流損耗及漏磁耗損組成的變壓器，綜合考慮變壓器損耗和變壓器短路電流的平衡關(guān)系，選用短路阻抗合適的變壓器，如銅芯變壓器，這樣不僅能夠降低變壓器的短路損耗和有功損耗，還大大降低了變壓器電阻，增大通過電流。

5 結(jié) 語

綜上所述，節(jié)能設(shè)計是水利工程設(shè)計中的一個全新的課題。這就需要在設(shè)計中，結(jié)合水利工程的特點，嚴(yán)格根據(jù)國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，合理分析工程的節(jié)能效果，有針對性的確定工程的節(jié)能措施，以完善水利工程設(shè)計內(nèi)容，這將具有十分深遠的意義。

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