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摘要：节能设计理念是水利工程设计中的一个全新的课题，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节能措施，合理分析工程的节能效果，以完善工程设计内容。本文阐述了水利工程设计中有效的节能方法。对从事水利工程设计的工程技术人员提供了参考和借鉴。
关键词：水利工程节能设计理念应用
中图分类号： TV 文献标识码： A
随着我国国民经济增长方式由单纯的追求国内生产总值的增长, 向依靠科技进步、降低消耗为手段的可持续发展目标的转变, 节能减排效果已以成为衡量各类基本建设项目的一项重要的指标。在水利工程立项程序中, 有关部门也增加了节能设计的有关要求。
一、关于节能设计的编制依据
1.工程设计方案。根据工程的设计方案、建筑物组成、施工组织设计以及运行要求等, 对工程建设期、运行期的能源消耗种类进行分析。从一般水利工程来看, 工程建设期间的能源消耗主要是施工设备的电力、燃油消耗, 工程运行期间的能源消耗主要是各供水泵站、电动控制闸门、水库管理部门日常办公等设施的电力消耗。
2.工程所在地的能源供应状况。根据工程能源消耗类型, 对工程所在地的能源供应状况进行分析。针对水利工程能源消耗以电力为主的特点, 重点分析当地电力供应能力、电网及变电站分布情况、电力建设发展规划情况等, 以确保工程建设和运行期间的电力供应有足够的保障能力。根据当地国民经济发展规划, 对当地现状及规划能源消耗种类、能耗指标( 主要是单位GDP折合标准煤指标) 进行分析, 以作为确定工程节能标准的主要依据。
二、关于水利工程功能的节能设计方法
1.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统的布置和河道的结构性, 属于典型的平原河流,经过多年建设已形成河网水系统, 水系优化布置, 再经过综合技术经济比较后, 选择合理的节制闸的孔宽和河道断面, 就可以只建节制闸少建泵站, 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.泵闸布置相配合。当单纯靠自排无法满足排涝的要求必须修建排泵站时, 在设计中都采用泵闸结合的布置, 在泵站附近修建节制闸, 以节制闸自排为主, 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。
3.合理设计规划, 综合考虑区域排水方法。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。
4.使用信息技术, 进行合理调度。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。综合治理以及水资源的合理调配, 不仅依赖于水利设施的合理规划, 还取决于对水利设施科学、高效地调度。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, 更重要的是提高了区域防洪、排涝及抗灾能力, 实现了水利工程的低能耗、高效益。
三、關于水利工程使用供电方法节能设计分析
1.采用就地补偿新技术。该地区的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, 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。采用就地补偿新技术后, 简化了操作, 节省了投资, 还避免了操作人员失误而造成电动机在低功率因素下运行的可能性。
2.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10-0.4kV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。
3.耗电设备的节能设计。在水利工程设计中, 除严格按有关规定的要求选用节能电气产品外, 在选择用电设备时从以下几个方面体现节能的要求:
（1）合理选择水泵参数,水泵工作效率。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。
（2）电动机和水泵优先采用直连连接方式。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。考虑节能、噪声及工作可靠性等因素, 在泵站设计中水泵和电动机的连接优先采用直连方式。
（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。在设计某低扬程泵站(净扬程为1.96m)时初选立式流道布置, 经计算流道损失可达1.5m。在对各种流道方案进行反复比较后, 建议选用贯流式流道布置方案, 经计算流道损失仅0.6m, 电动机功率由360kW 降为220kW, 节能达38.9%，还大幅度降低了工程造价。
水利建设工程从简单的农田水利转向现代化城市防洪抗灾要求，使水资源合理的使用和改善水利环境综合性功能的方向发展, 众多的水利工程投入建设。如何在众多的水利工程中贯彻落实节能设计方法,建立节能型社会。
参考文献：
[1]程力哲. 对水利工程建筑设计问题的研究［J］.黑龙江科技信息， 2011( 18) : 310.
[2]邵蕾，李丽. 浅谈生态水利工程的规划设计基本原则［J］.民营科技， 2011(08) : 245.
[3]林晓峰.如何提高水电建设监理基础管理能力[J].建设监理,2010,(08).
[4]彭辉,叶建军,周明涛.水利工程设计中存在的环境问题[J].2007,(02).
关键词：水利工程节能设计理念应用
中图分类号： TV 文献标识码： A
随着我国国民经济增长方式由单纯的追求国内生产总值的增长, 向依靠科技进步、降低消耗为手段的可持续发展目标的转变, 节能减排效果已以成为衡量各类基本建设项目的一项重要的指标。在水利工程立项程序中, 有关部门也增加了节能设计的有关要求。
一、关于节能设计的编制依据
1.工程设计方案。根据工程的设计方案、建筑物组成、施工组织设计以及运行要求等, 对工程建设期、运行期的能源消耗种类进行分析。从一般水利工程来看, 工程建设期间的能源消耗主要是施工设备的电力、燃油消耗, 工程运行期间的能源消耗主要是各供水泵站、电动控制闸门、水库管理部门日常办公等设施的电力消耗。
2.工程所在地的能源供应状况。根据工程能源消耗类型, 对工程所在地的能源供应状况进行分析。针对水利工程能源消耗以电力为主的特点, 重点分析当地电力供应能力、电网及变电站分布情况、电力建设发展规划情况等, 以确保工程建设和运行期间的电力供应有足够的保障能力。根据当地国民经济发展规划, 对当地现状及规划能源消耗种类、能耗指标( 主要是单位GDP折合标准煤指标) 进行分析, 以作为确定工程节能标准的主要依据。
二、关于水利工程功能的节能设计方法
1.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统的布置和河道的结构性, 属于典型的平原河流,经过多年建设已形成河网水系统, 水系优化布置, 再经过综合技术经济比较后, 选择合理的节制闸的孔宽和河道断面, 就可以只建节制闸少建泵站, 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.泵闸布置相配合。当单纯靠自排无法满足排涝的要求必须修建排泵站时, 在设计中都采用泵闸结合的布置, 在泵站附近修建节制闸, 以节制闸自排为主, 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。
3.合理设计规划, 综合考虑区域排水方法。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。
4.使用信息技术, 进行合理调度。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。综合治理以及水资源的合理调配, 不仅依赖于水利设施的合理规划, 还取决于对水利设施科学、高效地调度。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, 更重要的是提高了区域防洪、排涝及抗灾能力, 实现了水利工程的低能耗、高效益。
三、關于水利工程使用供电方法节能设计分析
1.采用就地补偿新技术。该地区的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, 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。采用就地补偿新技术后, 简化了操作, 节省了投资, 还避免了操作人员失误而造成电动机在低功率因素下运行的可能性。
2.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10-0.4kV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。
3.耗电设备的节能设计。在水利工程设计中, 除严格按有关规定的要求选用节能电气产品外, 在选择用电设备时从以下几个方面体现节能的要求:
（1）合理选择水泵参数,水泵工作效率。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。
（2）电动机和水泵优先采用直连连接方式。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。考虑节能、噪声及工作可靠性等因素, 在泵站设计中水泵和电动机的连接优先采用直连方式。
（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。在设计某低扬程泵站(净扬程为1.96m)时初选立式流道布置, 经计算流道损失可达1.5m。在对各种流道方案进行反复比较后, 建议选用贯流式流道布置方案, 经计算流道损失仅0.6m, 电动机功率由360kW 降为220kW, 节能达38.9%，还大幅度降低了工程造价。
水利建设工程从简单的农田水利转向现代化城市防洪抗灾要求，使水资源合理的使用和改善水利环境综合性功能的方向发展, 众多的水利工程投入建设。如何在众多的水利工程中贯彻落实节能设计方法,建立节能型社会。
参考文献：
[1]程力哲. 对水利工程建筑设计问题的研究［J］.黑龙江科技信息， 2011( 18) : 310.
[2]邵蕾，李丽. 浅谈生态水利工程的规划设计基本原则［J］.民营科技， 2011(08) : 245.
[3]林晓峰.如何提高水电建设监理基础管理能力[J].建设监理,2010,(08).
[4]彭辉,叶建军,周明涛.水利工程设计中存在的环境问题[J].2007,(02).