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摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视水利工程设计节能的应用，水利工程节能设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要阐述水利工程设计节能的应用的有关内容。
关键词 水利；设计；工程；节能；应用；功能；
Abstract: With the social development and progress, more and more attention to the application of project design energy-efficient, energy-saving design of water resources project of great significance for the real life. This article focuses on project design energy-efficient applications.
Keywords Water; design; works; energy conservation; application; function;
中圖分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
节能设计是水利工程设计中的一个全新的课题，节能设计涉及到水利工程前期设计工作的各个阶段，包括项目建议书、可行性研究、初步设计等。本文在自己从事水利工程设计工作的基础上，结合现行的国家有关节能方面的政策、法规，对我国水利工程节能设计中的若干问题进行了探讨。
1、关于节能设计的编制依据
在水利行业节能设计相关标准尚未出台的情况下，节能设计编制的依据主要是国家有关法规、法规、政策以及工程所在地有关节能的规划和政策。一般包括以下内容：
(1)《中华人民共和国节约能源法》(2007年10月修订，2008年4月1日起施行)。该法律明确了节约资源是我国的基本国策。对节能管理、合理使用与节约能源、节能技术进步、激励措施、法律责任等方面进行了规定。在合理使用与节约能源方面，分别对工业、建筑节能、交通运输、公共机构、重点用能单位等各类用能单位的节能进行了具体要求。特别是在重点用能单位的节能要求中，明确规定了下列用能单位为重点用能单位：①年综合能源消费总量一万吨标准煤以上的用能单位；②国务院有关部门或者省、自治区、直辖市人民政府管理节能工作的部门指定的年综合能源消费总量5000t以E不满l万t标准煤的用能单位。从目前我省大量设有泵站提水工程来看，许多工程运行期间的年综合能源消耗(主要是电能)都超过了以上标准。将按照重点用能单位进行节能管理。
(2)《中国节能技术政策大纲》。由国家发展和改革委员会、科学技术部编制。大纲根据节能技术的成熟程度、成本和节能潜力，采用各类措施，规范节能技术政策。用于指导各行业节能技术研究开发，产业发展和节能项目重点投资的技术方向。为编制能源开发利用规划和节约能源规划提供技术支持。
(3)《节能中长期专项规划》(发改环资【2004】2505号)。规划内容包括：我国能源利用现状，节能工作面临的形势和任务。节能的指导思想、原则和目标，节能的重点领域和重点工程，以及保障措施。规划期分为“十一五”和2020年。重点规划了到2010年节能的目标和发展重点，并提出了2020年的目标。
(4)其他。主要包括工程所在的国民经济发展规划，当地有关节能工作的政策、法规等。
2、工程功能的节能
2.1 最大限度提高水利工程的自排能力水利工程的自排能力主要取决于水系的布置和水闸、河道的结构特征,该水利工程,经过多年建设已形成一个较完善的防洪排涝体系,水系经过优化布置,再进行综合技术经济比较,选择合理的水闸的孔宽和河道断面,就可以只建水闸少建泵站,利用闸前后的水位差,通过启闭闸门,用自排来达到排涝和调水的要求。
2.2 泵闸结合的布置
当单纯靠自排无法满足排涝的要求必须修建泵站时,在设计中大都采用泵闸结合的布置,在泵站附近或在泵站下部修建口胡光明水闸,以水闸自排为主,只有在水位差较大或灾害性天气时,才进行强排,这样可大幅度的降低强排时间,节约大量的能源。
2.3 合理规划,综合考虑区域排水模式
在设计区域排水水系时,排水系统一般都分一级排水和二级排水,先将整个区域分成几块,每一块需要排出的水集中到一级泵站,启动一级泵站的水泵将水排至二级排水河道里,再由二级排水河道里的出口泵闸将水排到区域外。在排水系统设计时,优化水系的布置和合理选择二级排水水位,利用地面和河道水位的高差,使一级排水就近直接排入二级排水河道,可取消或减少一级排水泵站,这种排水模式会使二级排水泵站动力和运行时间有所增加,由于二级排水的河道有蓄水的功能,因此二级排水泵站增加的动力远小于区域内一级排水泵站动力总和,节能效果显著。
2.4 利用景观绿化和人工水面,增加河道蓄洪能力
以往在设计水利工程中的防汛墙时,为了减少占地面积,一般都采用直立式结构所示。随着时代的进步,人们对环境的要求越来越高,河道的修建和改造,都要求在河道的两侧布置一定宽度的绿化带。这样布置既增加了河道的蓄洪能力,减少强排时间,又满足了生态景观的要求,据初步计算这种布置方式约可减少能源消耗 16%。
2.5 应用信息技术,进行合理科学地调度
经过多年不懈建设,水系内已经建成了大量水利工程,如何根据气象和地理条件对这些水利工程进行高效调度,提高综合防汛和调水能力,减少强排时间,以达到节能的目的,是一个非常复杂的系统工程问题,依靠传统人工调度的方式是无法解决这个难题的,只有应用现代化的信息技术才能满足上述要求。新建的防汛和水资源管理实时监控系统是新时期区域水利工程信息化调度控制的中枢,以现代集散控制和网络技术实现全部水利设施的实时控制、统一调度、集中管理,达到优化运行结构、提高反应速度、降低运行成本的目的。
3、供电方案的节能
3.1 优先选用 10kV 主水泵电动机直接联网运行的供电方案水利泵站的主水泵电动机容量都比较大,从经济和技术综合考虑,设计手册建议容量大于 250kW 电动机应选用高压电动机。以前这类电动机一直选用电压等级为6kV电动机,我国供电电网的电压是 10kV,所以必须设置10kV～6kV 降压变压器,为满足大型电动机启动时的压降的要求,降压变压器的容量都大于电动机的容量之和。由于 10kV 电动机直接联网运行时,电机启动对电力系统的冲击比较大,供电部门对 10kV 电动机直接联网运行持非常慎重的态度。在取得了供电部门的支持后,在泵站设计中,对 350kW～630kW 电动机,优先选用 10kV 电动机直接联网运行的供电方案,既节约了供电贴费、降压变压器、高压配电设备等大量工程费用,又简化了运行管理,避免了降压变压器的能源损耗。
3.2 采用就地补偿新技术
泵站因地理环境的原因,大都选用低扬程、大流量的水泵,与水泵配套的大部分是低转速大型异步电动机,这种电动机功率因素比较低,一般在0.6左右,按供电公司的要求,必须进行无功功率的补偿,将功率因素提高到0.9以上。习惯的做法是采用集中补偿,如果在高压侧进行补偿,通常靠人工投切。泵站中需要进行无功补偿的负荷水泵电动机占 90%以上,而且负荷比较固定,因此在泵站设计中主要采用就地补偿新技术,每台电动机就地并联一台就地补偿电容柜,电容器选用防爆型,并串联一组电抗器,以限制合闸时的电流冲击。
3.3 合理配置站用变压器
在设计的泵闸工程中, 如电机容量在250kW 以下时,为了节省工程投资和今后运行管理的方便,都选用 380V 电动机。由于泵闸电动机用电量较大, 必须设置专用的10kV～0.4kV 降压变压器给电动机供电,通常泵站的站用电也由该变压器供给。水利工程的排水泵站,除在灾害性天气时启动水泵排水外,年运行小时数相对较少,通常在 250h 以下,而站用电每天都要供电。如用主变压器来给站用电供电显然是不合理的,所以在设计这类泵站的供电方案时另配站用变压器,平时主变压器不投入运行,由站用变压器给站用电供电。虽然工程投资有所增加,但避免大电机启动和停止运行时的冲击,提高了供电的可靠性,还可节约大量的能源。
4、用电设备的节能
4.1 选择合理的水泵参数,使水泵工作在高效区
新建水利泵站所选用的水泵多数为大中型轴流水泵,这类产品已形成系列,有多种泵型、不同的叶片安放角和多种口径供用户选择,以适应各种不同的工况条件。在泵站设计中,严格按设计规范的要求,对设计工况下的水泵参数如水泵泵型、叶片安放角、口径和比转速等进行比较选择。优选水泵参数使水泵在设计工况下能在高效区工作。
4.2 水泵和电动机的连接优先采用直连方式
水泵和电动机的连接有齿连和直连两种方式。直连是指水泵和电动机直接连接成水泵电动机组,这就要求电动机的转速与水泵的转速一致,大中型轴流水泵的转速都比较低,与其配套的电动机必须是低速电动机,其体积大,效率略低。齿连是指水泵和电动机通过齿轮变速箱连接成水泵电动机组,采用齿连方式电动机可用高速电动机,其体积小,效率略高,但齿轮变速箱能耗较大,整个水泵电动机组的效率反而比直连约低 2%～3%。噪声也较大,还增加了日常维护保养的工作量。
4.3 提高泵站的装置效率
泵站的装置效率是指从泵站进水口到出水口整个泵站装置的效率,它不但与水泵电动机组的效率有关,还与进水流道、出水流道和闸门等水工构筑物的水力损耗有关。在选择了高效的水泵电动机组后,要提高泵站的装置效率就主要是减少水工构筑物的水力损耗,选择合理的流道布置是减少流道水力损耗的重要措施。
结束语
节能设计是水利工程设计巾的一个全新的课题，在国家有关技术标准、规范尚未出台前，需要根据相关法规、政策和专项规划，结合水利工程的特点，有针对性的确定工程的措施。合理分析工程的节能效果。以完善工程设计内容。
参考文献
1.万晋军 节能技术在水利设计中的 应用J．西部探矿工程，2006，11．
2.刘爱军．火于水利工程节能设汁巾幾个问题的探讨 ．J 农村水利水电，2010，01．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词 水利；设计；工程；节能；应用；功能；
Abstract: With the social development and progress, more and more attention to the application of project design energy-efficient, energy-saving design of water resources project of great significance for the real life. This article focuses on project design energy-efficient applications.
Keywords Water; design; works; energy conservation; application; function;
中圖分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
节能设计是水利工程设计中的一个全新的课题，节能设计涉及到水利工程前期设计工作的各个阶段，包括项目建议书、可行性研究、初步设计等。本文在自己从事水利工程设计工作的基础上，结合现行的国家有关节能方面的政策、法规，对我国水利工程节能设计中的若干问题进行了探讨。
1、关于节能设计的编制依据
在水利行业节能设计相关标准尚未出台的情况下，节能设计编制的依据主要是国家有关法规、法规、政策以及工程所在地有关节能的规划和政策。一般包括以下内容：
(1)《中华人民共和国节约能源法》(2007年10月修订，2008年4月1日起施行)。该法律明确了节约资源是我国的基本国策。对节能管理、合理使用与节约能源、节能技术进步、激励措施、法律责任等方面进行了规定。在合理使用与节约能源方面，分别对工业、建筑节能、交通运输、公共机构、重点用能单位等各类用能单位的节能进行了具体要求。特别是在重点用能单位的节能要求中，明确规定了下列用能单位为重点用能单位：①年综合能源消费总量一万吨标准煤以上的用能单位；②国务院有关部门或者省、自治区、直辖市人民政府管理节能工作的部门指定的年综合能源消费总量5000t以E不满l万t标准煤的用能单位。从目前我省大量设有泵站提水工程来看，许多工程运行期间的年综合能源消耗(主要是电能)都超过了以上标准。将按照重点用能单位进行节能管理。
(2)《中国节能技术政策大纲》。由国家发展和改革委员会、科学技术部编制。大纲根据节能技术的成熟程度、成本和节能潜力，采用各类措施，规范节能技术政策。用于指导各行业节能技术研究开发，产业发展和节能项目重点投资的技术方向。为编制能源开发利用规划和节约能源规划提供技术支持。
(3)《节能中长期专项规划》(发改环资【2004】2505号)。规划内容包括：我国能源利用现状，节能工作面临的形势和任务。节能的指导思想、原则和目标，节能的重点领域和重点工程，以及保障措施。规划期分为“十一五”和2020年。重点规划了到2010年节能的目标和发展重点，并提出了2020年的目标。
(4)其他。主要包括工程所在的国民经济发展规划，当地有关节能工作的政策、法规等。
2、工程功能的节能
2.1 最大限度提高水利工程的自排能力水利工程的自排能力主要取决于水系的布置和水闸、河道的结构特征,该水利工程,经过多年建设已形成一个较完善的防洪排涝体系,水系经过优化布置,再进行综合技术经济比较,选择合理的水闸的孔宽和河道断面,就可以只建水闸少建泵站,利用闸前后的水位差,通过启闭闸门,用自排来达到排涝和调水的要求。
2.2 泵闸结合的布置
当单纯靠自排无法满足排涝的要求必须修建泵站时,在设计中大都采用泵闸结合的布置,在泵站附近或在泵站下部修建口胡光明水闸,以水闸自排为主,只有在水位差较大或灾害性天气时,才进行强排,这样可大幅度的降低强排时间,节约大量的能源。
2.3 合理规划,综合考虑区域排水模式
在设计区域排水水系时,排水系统一般都分一级排水和二级排水,先将整个区域分成几块,每一块需要排出的水集中到一级泵站,启动一级泵站的水泵将水排至二级排水河道里,再由二级排水河道里的出口泵闸将水排到区域外。在排水系统设计时,优化水系的布置和合理选择二级排水水位,利用地面和河道水位的高差,使一级排水就近直接排入二级排水河道,可取消或减少一级排水泵站,这种排水模式会使二级排水泵站动力和运行时间有所增加,由于二级排水的河道有蓄水的功能,因此二级排水泵站增加的动力远小于区域内一级排水泵站动力总和,节能效果显著。
2.4 利用景观绿化和人工水面,增加河道蓄洪能力
以往在设计水利工程中的防汛墙时,为了减少占地面积,一般都采用直立式结构所示。随着时代的进步,人们对环境的要求越来越高,河道的修建和改造,都要求在河道的两侧布置一定宽度的绿化带。这样布置既增加了河道的蓄洪能力,减少强排时间,又满足了生态景观的要求,据初步计算这种布置方式约可减少能源消耗 16%。
2.5 应用信息技术,进行合理科学地调度
经过多年不懈建设,水系内已经建成了大量水利工程,如何根据气象和地理条件对这些水利工程进行高效调度,提高综合防汛和调水能力,减少强排时间,以达到节能的目的,是一个非常复杂的系统工程问题,依靠传统人工调度的方式是无法解决这个难题的,只有应用现代化的信息技术才能满足上述要求。新建的防汛和水资源管理实时监控系统是新时期区域水利工程信息化调度控制的中枢,以现代集散控制和网络技术实现全部水利设施的实时控制、统一调度、集中管理,达到优化运行结构、提高反应速度、降低运行成本的目的。
3、供电方案的节能
3.1 优先选用 10kV 主水泵电动机直接联网运行的供电方案水利泵站的主水泵电动机容量都比较大,从经济和技术综合考虑,设计手册建议容量大于 250kW 电动机应选用高压电动机。以前这类电动机一直选用电压等级为6kV电动机,我国供电电网的电压是 10kV,所以必须设置10kV～6kV 降压变压器,为满足大型电动机启动时的压降的要求,降压变压器的容量都大于电动机的容量之和。由于 10kV 电动机直接联网运行时,电机启动对电力系统的冲击比较大,供电部门对 10kV 电动机直接联网运行持非常慎重的态度。在取得了供电部门的支持后,在泵站设计中,对 350kW～630kW 电动机,优先选用 10kV 电动机直接联网运行的供电方案,既节约了供电贴费、降压变压器、高压配电设备等大量工程费用,又简化了运行管理,避免了降压变压器的能源损耗。
3.2 采用就地补偿新技术
泵站因地理环境的原因,大都选用低扬程、大流量的水泵,与水泵配套的大部分是低转速大型异步电动机,这种电动机功率因素比较低,一般在0.6左右,按供电公司的要求,必须进行无功功率的补偿,将功率因素提高到0.9以上。习惯的做法是采用集中补偿,如果在高压侧进行补偿,通常靠人工投切。泵站中需要进行无功补偿的负荷水泵电动机占 90%以上,而且负荷比较固定,因此在泵站设计中主要采用就地补偿新技术,每台电动机就地并联一台就地补偿电容柜,电容器选用防爆型,并串联一组电抗器,以限制合闸时的电流冲击。
3.3 合理配置站用变压器
在设计的泵闸工程中, 如电机容量在250kW 以下时,为了节省工程投资和今后运行管理的方便,都选用 380V 电动机。由于泵闸电动机用电量较大, 必须设置专用的10kV～0.4kV 降压变压器给电动机供电,通常泵站的站用电也由该变压器供给。水利工程的排水泵站,除在灾害性天气时启动水泵排水外,年运行小时数相对较少,通常在 250h 以下,而站用电每天都要供电。如用主变压器来给站用电供电显然是不合理的,所以在设计这类泵站的供电方案时另配站用变压器,平时主变压器不投入运行,由站用变压器给站用电供电。虽然工程投资有所增加,但避免大电机启动和停止运行时的冲击,提高了供电的可靠性,还可节约大量的能源。
4、用电设备的节能
4.1 选择合理的水泵参数,使水泵工作在高效区
新建水利泵站所选用的水泵多数为大中型轴流水泵,这类产品已形成系列,有多种泵型、不同的叶片安放角和多种口径供用户选择,以适应各种不同的工况条件。在泵站设计中,严格按设计规范的要求,对设计工况下的水泵参数如水泵泵型、叶片安放角、口径和比转速等进行比较选择。优选水泵参数使水泵在设计工况下能在高效区工作。
4.2 水泵和电动机的连接优先采用直连方式
水泵和电动机的连接有齿连和直连两种方式。直连是指水泵和电动机直接连接成水泵电动机组,这就要求电动机的转速与水泵的转速一致,大中型轴流水泵的转速都比较低,与其配套的电动机必须是低速电动机,其体积大,效率略低。齿连是指水泵和电动机通过齿轮变速箱连接成水泵电动机组,采用齿连方式电动机可用高速电动机,其体积小,效率略高,但齿轮变速箱能耗较大,整个水泵电动机组的效率反而比直连约低 2%～3%。噪声也较大,还增加了日常维护保养的工作量。
4.3 提高泵站的装置效率
泵站的装置效率是指从泵站进水口到出水口整个泵站装置的效率,它不但与水泵电动机组的效率有关,还与进水流道、出水流道和闸门等水工构筑物的水力损耗有关。在选择了高效的水泵电动机组后,要提高泵站的装置效率就主要是减少水工构筑物的水力损耗,选择合理的流道布置是减少流道水力损耗的重要措施。
结束语
节能设计是水利工程设计巾的一个全新的课题，在国家有关技术标准、规范尚未出台前，需要根据相关法规、政策和专项规划，结合水利工程的特点，有针对性的确定工程的措施。合理分析工程的节能效果。以完善工程设计内容。
参考文献
1.万晋军 节能技术在水利设计中的 应用J．西部探矿工程，2006，11．
2.刘爱军．火于水利工程节能设汁巾幾个问题的探讨 ．J 农村水利水电，2010，01．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。