水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)分析

通訊作者：馬迪，1985年3月，女，漢族，北京人，現(xiàn)任陜西省榆林市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院副院長，中級(jí)工程師，本科。研究方向：水利電氣。

摘要：水利工程作為關(guān)乎國計(jì)民生的工程項(xiàng)目，規(guī)模普遍較大，對(duì)應(yīng)較大的能源消耗，成本投入大，因此，其節(jié)能設(shè)計(jì)與分析成為項(xiàng)目建設(shè)的主要著眼點(diǎn)，而電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)主體。以科學(xué)合理的節(jié)能設(shè)計(jì)提升水利工程運(yùn)行實(shí)效與穩(wěn)定性，才能獲得理想的節(jié)能產(chǎn)值回報(bào)。本文主要就水利工程電力節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，明確節(jié)能設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，梳理當(dāng)前水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的不足，并基于照明、配電及電力設(shè)備三個(gè)方面對(duì)其節(jié)能設(shè)計(jì)做了具體論述，以期提升水利工程電氣節(jié)能實(shí)效，更好地推動(dòng)資源節(jié)約型社會(huì)的建構(gòu)。

關(guān)鍵詞：水利工程;電氣;節(jié)能;設(shè)計(jì)分析

一、前言

社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，各行各業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)水利水電需求擴(kuò)大，水利工程運(yùn)營與管理承載著較大的節(jié)能壓力。從水利工程年消耗數(shù)據(jù)來看，基本在四千億千瓦時(shí)以上，且逐年增加，因此水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)必要性與緊迫性。而電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化與落地建立在水利工程電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)有不足分析基礎(chǔ)之上。針對(duì)既有問題調(diào)整與改善，才能提升節(jié)能實(shí)效。

二、水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)三大原則

（一）滿足特定功能需求

水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)以及既定功能需求的滿足為前提，也就是說，水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)必須確保其功能能正常發(fā)揮，保證水利工程運(yùn)營的正常穩(wěn)定[1]。滿足特定功能是水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的首要著眼點(diǎn)，以電動(dòng)機(jī)功率的節(jié)能調(diào)整為例，必須保障電機(jī)能夠滿足工程的實(shí)際用電需求，在功能滿足基礎(chǔ)上再談節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)。這要求設(shè)計(jì)者在節(jié)能設(shè)計(jì)之前要充分考慮水利工程運(yùn)作的功能需求，始終秉承功能優(yōu)先、節(jié)能次之的設(shè)計(jì)原則，如果離開了特定功能的分析與滿足，再理想的節(jié)能設(shè)計(jì)也沒有實(shí)際意義。

（二）堅(jiān)持綠色環(huán)保的原則

從本質(zhì)上說，節(jié)能設(shè)計(jì)的目的是減少資源、能源的消耗，其和可持續(xù)發(fā)展的理念，追求資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)的構(gòu)想相契合，這也啟示我們。在水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要注重綠色環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)，以不犧牲環(huán)境為代價(jià)。在節(jié)能設(shè)計(jì)開展初期就要考慮到綠色環(huán)保的問題。綠色環(huán)保理念指導(dǎo)節(jié)能技術(shù)的革新、節(jié)能設(shè)備的調(diào)整、節(jié)能材料的優(yōu)選，這要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)初期要充分考慮水利工程現(xiàn)有的能耗情況，制定不同的節(jié)能設(shè)計(jì)方案，從多個(gè)節(jié)能設(shè)計(jì)方案中選取最適宜的節(jié)能技術(shù)，以確保達(dá)到理想的能耗縮減預(yù)期。在節(jié)能技術(shù)與節(jié)能設(shè)施的選取上，以綠色環(huán)保為指導(dǎo)思想，避免選擇的盲目性，如果在節(jié)能設(shè)計(jì)初期忽略了綠色環(huán)保，不僅無法達(dá)到節(jié)能的最佳效果，甚至帶來設(shè)施能耗的增大，得不償失。

（三）堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性的原則

水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)也需要考慮成本問題，因此在節(jié)能設(shè)計(jì)中要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)化原則，以最合理的資金投入獲得最理想的節(jié)能回報(bào)。這要求節(jié)能設(shè)計(jì)初期確保節(jié)能設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理，將節(jié)能設(shè)計(jì)成本控制在合理的范圍之內(nèi)。一方面不能為了節(jié)能而節(jié)能，導(dǎo)致工程與設(shè)施不符合標(biāo)準(zhǔn)的問題，減少不必要的成本支出與資金浪費(fèi)。另一方面要優(yōu)選性價(jià)比高的節(jié)能材料、節(jié)能設(shè)備和節(jié)能技術(shù)等，在上述材料、設(shè)備選擇的過程中，要綜合分析，全面對(duì)比，確保既符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求，又契合水利工程實(shí)際，更要考慮到工程的局限性問題，減少材料，設(shè)備選擇的盲目性，多管齊下，降低成本，讓水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)既節(jié)能又少投入。

三、電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)現(xiàn)存不足的梳理

（一）節(jié)能產(chǎn)品較為落后

雖然我國加大了對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)方面的關(guān)注與投入，但水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)也表現(xiàn)為節(jié)能產(chǎn)品較為落后。對(duì)于多數(shù)的工程管理人員來說缺乏自覺的節(jié)能關(guān)注與設(shè)計(jì)意識(shí)，對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)關(guān)注不足，節(jié)能設(shè)計(jì)方面所投入的資金利用不夠合理[2]。而在施工材料方面存在投入資金克扣的問題，一些優(yōu)質(zhì)的節(jié)能產(chǎn)品沒有應(yīng)用到水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)中。而超服役年限、高能耗的傳統(tǒng)的水利工程電氣產(chǎn)品超負(fù)荷使用，自然無法達(dá)到節(jié)能效果，并在一定程度上加大了能源的消耗。節(jié)能產(chǎn)品對(duì)水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)效的影響是源頭性的，節(jié)能產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化選擇不足，對(duì)電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)產(chǎn)生的不利影響又是直接的。

（二）缺乏完善的節(jié)能管理體系

管理體系作為指導(dǎo)水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的規(guī)章制度，對(duì)水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)起宏觀調(diào)控與指導(dǎo)的作用，但當(dāng)前水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)卻存在管理體系不夠健全的問題。而這種不健全，也體現(xiàn)在制度的落實(shí)與執(zhí)行方面，僅有的管理體系也帶有形式化的色彩，無法有效發(fā)揮真正的節(jié)能管理指導(dǎo)實(shí)效。對(duì)于電氣設(shè)計(jì)者來說，其更多地關(guān)注企業(yè)的成本利益、發(fā)展需求，管理體系理念滲透不足，這使得水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)質(zhì)量缺乏統(tǒng)一性，繼而導(dǎo)致統(tǒng)一化管理的缺位，影響到節(jié)能設(shè)計(jì)的落地。

（三）設(shè)計(jì)者節(jié)能設(shè)計(jì)認(rèn)知有待強(qiáng)化

思想上的重視才能帶來節(jié)能設(shè)計(jì)的貫徹執(zhí)行，而設(shè)計(jì)者作為水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的第一責(zé)任人，其缺乏相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)認(rèn)知自然會(huì)影響到節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)效。就當(dāng)前水利工程電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)情況來看，部分設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)初期將設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在自身需求與企業(yè)利益上，忽略了電氣節(jié)能及其他方面的需求，水利工程建設(shè)完成后，運(yùn)營管理中出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，因?yàn)楹暧^及大局把控不足，后續(xù)的工程建設(shè)及運(yùn)營管理矛盾叢生，影響電氣節(jié)能設(shè)計(jì)價(jià)值的發(fā)揮。

四、水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)策略

（一）照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)的一大主體就是照明系統(tǒng)。照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)要致力于營造以人為本、舒適健康的照明環(huán)境。近幾年，照明系統(tǒng)逐漸趨于智能化，帶來個(gè)性化多元化照明需求的滿足，這也要求在照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中要本著人本化、智能化原則在節(jié)能方面有所滲透，確保足夠數(shù)量照明裝置與照明質(zhì)量基礎(chǔ)上獲得理想的節(jié)能回報(bào)，優(yōu)選節(jié)能高效的照明產(chǎn)品，要改革照明設(shè)計(jì)方式達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的[3]。具體來說，應(yīng)選擇高效光源，以市面上應(yīng)用全面的節(jié)能燈來說，其自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為節(jié)能，對(duì)應(yīng)足夠的照明面積，節(jié)能燈與傳統(tǒng)燈具相比，無論是亮度照明范圍還是節(jié)能度上，性能優(yōu)勢(shì)明顯，其節(jié)能耗電比甚至高達(dá)200%以上，具體數(shù)據(jù)見表1，因此在水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)全面推廣節(jié)能燈的使用。水利工程節(jié)電器節(jié)能設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮到夜晚施工的問題，建議選擇高壓鈉燈，滿足基本照明要求，也以暖色調(diào)營造了理想的施工氛圍。基于不同的場(chǎng)地需求，選擇不同類型的光源，既滿足場(chǎng)地光源使用需求，也帶有場(chǎng)地設(shè)計(jì)的獨(dú)特標(biāo)記。照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)更要倡導(dǎo)綠色照明，水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，要立足于水利工程實(shí)際的地理環(huán)境、地質(zhì)情況，制定科學(xué)合理的施工方案。而地理環(huán)境、地質(zhì)情況也成為照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要遵循的指導(dǎo)原則。

（二）供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

水利工程對(duì)應(yīng)大規(guī)模且復(fù)雜度較高的供配電系統(tǒng)，供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)水利工程節(jié)能實(shí)效影響明顯，因此要重點(diǎn)做好供配電系統(tǒng)的節(jié)能關(guān)注與設(shè)計(jì)，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮用電負(fù)荷、容量負(fù)荷、分布特征、負(fù)荷等級(jí)、設(shè)施性能等[4]?；谶@些因素，指導(dǎo)供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，以優(yōu)化的節(jié)能設(shè)計(jì)，確保供配電系統(tǒng)最低損耗，且運(yùn)行狀態(tài)理想穩(wěn)定，既節(jié)能又減排[5]。具體來說，將電負(fù)荷情況作為供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的依據(jù)，選擇適宜的變壓器臺(tái)數(shù)，選擇適宜的變壓器容量?；诔杀究刂频膶用孀龊米儔浩鞯慕泳€處理，供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)也要確保供配電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，盡可能避免多電壓等級(jí)引發(fā)的電能高消耗問題，依據(jù)分布集中的負(fù)荷其特征，選擇節(jié)能性好的變配電設(shè)施，優(yōu)選多級(jí)供電設(shè)施，降低損耗。更要確保負(fù)荷中心與變配電所處位置接近，實(shí)現(xiàn)水利工程供電網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)合理布局，使得低壓供電半徑達(dá)到合理范圍內(nèi)的科學(xué)管控目的，以實(shí)現(xiàn)線路電壓損失的最小化。與此同時(shí)要保障供電線路電壓損失在可控范圍內(nèi)，水利工程供配電系統(tǒng)運(yùn)行效率明顯提升。

（三）節(jié)能型電力設(shè)施的合理選擇

水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)要優(yōu)選環(huán)保節(jié)能的電力設(shè)施，特別是機(jī)電設(shè)施。優(yōu)選性能良好節(jié)能效果強(qiáng)的電動(dòng)機(jī)與變壓器[6]。就輸電過程來說，優(yōu)質(zhì)合理的變壓器能取得鮮明的節(jié)能效果，隨著變壓器變革，其更趨于體積小，運(yùn)輸輕便、高效率、低損耗，避免了傳統(tǒng)變壓器因抗沖擊力差、效率低所帶來的高損耗問題，在節(jié)省能源的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了二氧化碳等溫室氣體的低排放，更帶來噪聲的削減，空在載消耗的減少，選擇合理的電動(dòng)機(jī)設(shè)施，以高效率的電動(dòng)機(jī)降低無功消耗與用電負(fù)荷，取得理想的節(jié)能效果。為了選擇合適的電動(dòng)機(jī)設(shè)施，更要調(diào)整電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式，大功率的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)建議選擇變頻調(diào)速器，提升空載效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，也可以采取平穩(wěn)啟動(dòng)的方法運(yùn)行電流。從啟動(dòng)開始，使得啟動(dòng)期間大電流的沖擊下降，將電壓波動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)，達(dá)到節(jié)能降耗目的[7]。要合理選擇電纜，導(dǎo)線，確保運(yùn)行電壓損失、載流量等技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)的情況下，基于經(jīng)濟(jì)電流密度直導(dǎo)線截面的選擇。在電纜與導(dǎo)線的選擇上，更要平衡投入與電能損耗兩者關(guān)系。要提升供電系統(tǒng)功率水利工程電氣設(shè)計(jì)要著眼大局，對(duì)其他的綜合需求有所關(guān)注與考慮，以獲得整體性的節(jié)能效果，這要求在水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)要，始終堅(jiān)持整體節(jié)能與全面調(diào)整的設(shè)計(jì)原則，做好水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)工作的可行性、實(shí)用性分析，立足實(shí)際技術(shù)創(chuàng)新，提升電力設(shè)備的節(jié)能效率。

五、結(jié)語

綜合來說，水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性與系統(tǒng)性的工作，在強(qiáng)化設(shè)計(jì)人員節(jié)能設(shè)計(jì)意識(shí)的基礎(chǔ)上，要指導(dǎo)其在水利工程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)做好節(jié)能關(guān)注與設(shè)計(jì)優(yōu)化。而在水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中要考慮到經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、安全性問題，要求設(shè)計(jì)人員自覺擔(dān)負(fù)起電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的責(zé)任，立足節(jié)能設(shè)計(jì)的大局，做好各要素的全面的衡量與評(píng)估，多管齊下、多措并舉，優(yōu)選綠色低能耗的節(jié)能照明系統(tǒng)，完善配電系統(tǒng)，選擇合理的電力設(shè)備，實(shí)現(xiàn)降低能耗的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并獲得理想的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，讓水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)落地并取得實(shí)效。但水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的前提是水利工程基本功能需求的滿足，絕不能為了節(jié)能而節(jié)能，忽略水利工程的功能要求，盲目節(jié)能設(shè)計(jì)，最終本末倒置。

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