水利水電工程中節(jié)能降耗分析與評(píng)價(jià)

□宋 升（新疆奎屯農(nóng)七師勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

□郭元元（四川省岷源水利水電工程設(shè)計(jì)有限公司）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，能源的供需矛盾日益突出，可持續(xù)發(fā)展和綠色經(jīng)濟(jì)概念將成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)方向。作為現(xiàn)代能源的主導(dǎo)，水利水電行業(yè)也需要及時(shí)轉(zhuǎn)變觀念，在節(jié)能降耗上加大投入，合理有效的利用能源。文章結(jié)合新疆某河梯級(jí)水電站工程特點(diǎn)，從工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，挖掘節(jié)能的潛力，取得了良好的節(jié)能效益。

1.概述

1.1 項(xiàng)目概況

××河四級(jí)水電站位于新疆奎屯市境內(nèi)，為××河水能規(guī)劃七級(jí)開(kāi)發(fā)方案中的第四級(jí)水電站，系引水式開(kāi)發(fā),任務(wù)為發(fā)電。電站總裝機(jī)容量2.0萬(wàn)kW，多年平均發(fā)電量0.78億kW·h，向新疆兵團(tuán)農(nóng)七師電網(wǎng)供電。

1.2 工程施工特性

水電站地處新疆××河新渠首下游約9.5km、烏伊公路以南11km處，東距奎屯市80km，緊鄰烏伊公路，交通便利，能滿足本工程施工和運(yùn)行要求。

根據(jù)實(shí)地勘察，料場(chǎng)就近選在該河河床內(nèi)，骨料豐富，可滿足工程需求。

水電站工程為引水式電站，工程施工占線長(zhǎng)。水電站主要建筑物有：引水渠、前池、壓力管道、廠房、尾水渠、退水渠、升壓站。工程各施工區(qū)分布范圍廣，相互間施工干擾小。

施工控制性進(jìn)度：工程準(zhǔn)備期安排在第一年3-4月初進(jìn)行，重點(diǎn)進(jìn)行混凝土拌和系統(tǒng)和砂石料場(chǎng)的修建；主體工程施工期為12個(gè)月，時(shí)間為第一年4月1日至第二年3月30日。

2.能耗分析與計(jì)算

該水電站工程在建設(shè)期間主要消耗的能源為柴油、汽油和電力等；在運(yùn)行期間主要消耗電力等。根據(jù)工程設(shè)計(jì)方案及施工組織設(shè)計(jì)，對(duì)工程施工期和運(yùn)行期的用能品種、數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，將各個(gè)用能品種的用量換算為標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量，以此可以分別計(jì)算出工程施工期和運(yùn)行期折合為標(biāo)準(zhǔn)煤的用能總量。

2.1 施工期能耗分析與計(jì)算

該水電站施工過(guò)程能源消耗包括施工設(shè)備耗能和施工工廠設(shè)施耗能，本工程施工期能耗總量為：油1680t，其中施工設(shè)備用油1167.1t，工廠設(shè)施用油212.9t；電395.6萬(wàn)kW·h。其中施工設(shè)備耗電240.6萬(wàn)kW·h，機(jī)械修配及綜合加工系統(tǒng)耗電17萬(wàn)kW·h，供風(fēng)系統(tǒng)耗電 25萬(wàn)kW·h，供水系統(tǒng) 14萬(wàn) kW·h，生產(chǎn)性建筑物耗電75萬(wàn)kW·h，生活福利設(shè)施耗電60萬(wàn)kW·h。

2.2 運(yùn)行期能耗分析與計(jì)算

水電站運(yùn)行期主要耗電設(shè)備有電站油、氣、水系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)，給排水系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)，電站照明系統(tǒng)，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備等。電站油、氣、水系統(tǒng)的年用電量為5.68萬(wàn)kW·h；給排水系統(tǒng)年用電量為0.4萬(wàn)kW·h；電站照明系統(tǒng)年用電量為30.71萬(wàn)kW·h；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)年用電總量為28.52萬(wàn)kW·h；電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備、二次設(shè)備、通信設(shè)備及其它零星用電設(shè)備年用電量都很小。本電站運(yùn)行期全年生產(chǎn)用電量為65.31萬(wàn)kW·h。

水電站平均年發(fā)電量為0.78億kW·h，運(yùn)行期廠用電年總能耗為平均年發(fā)電量的0.84%。

以上測(cè)算與已建類(lèi)似小型水電站工程相比，廠用電年總能耗仍有降低的潛力。

3.主要節(jié)能降耗措施

水利水電工程節(jié)能降耗分析包括了工程從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)行的每個(gè)環(huán)節(jié)，因此，相應(yīng)采取的節(jié)能降耗措施主要從工程的設(shè)計(jì)節(jié)能、施工期節(jié)能、運(yùn)行期節(jié)能三個(gè)環(huán)節(jié)分別考慮。

3.1 工程設(shè)計(jì)中節(jié)能措施

結(jié)合水電站工程地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及氣象水文資料，在工程總體布置和主要建筑物設(shè)計(jì)中，充分體現(xiàn)了節(jié)能理念。在土石方開(kāi)挖與回填、混凝土澆筑、機(jī)組選型等過(guò)程中，結(jié)合本工程特點(diǎn)，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：

3.1.1 做好工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案，在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行前提下，防止設(shè)備選型富裕度過(guò)大；

3.1.2 針對(duì)本工程土石方開(kāi)挖回填量較大，應(yīng)優(yōu)先做好土石方平衡計(jì)算與分析，盡量利用引水渠及廠區(qū)開(kāi)挖料填筑碾壓，盡量減少運(yùn)輸距離，以減少施工期間能耗；

3.1.3 選用低能耗的挖掘設(shè)備，減少能源消耗；

3.1.4 在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，優(yōu)化混凝土配比，提高工作效率；

3.1.5 選用高效率機(jī)組、暖通空調(diào)及照明系統(tǒng)等設(shè)備，減少運(yùn)行期間的能源消耗；

3.1.6 施工組織設(shè)計(jì)中合理調(diào)度、合理安排施工次序，減少不必要的燃油消耗。

3.2 施工期中節(jié)能措施

根據(jù)本工程的施工特點(diǎn)，在工程施工期，建議業(yè)主、監(jiān)理等單位采取如下節(jié)能措施：

3.2.1 在業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)下，成立“節(jié)能降耗領(lǐng)導(dǎo)小組”，根據(jù)不同施工階段特點(diǎn)，明確節(jié)能降耗工作重點(diǎn)，制定節(jié)能降耗指標(biāo)，分解落實(shí)，監(jiān)督、檢查參建單位的節(jié)能降耗措施及其執(zhí)行情況，并加強(qiáng)參建單位的現(xiàn)場(chǎng)施工、管理及服務(wù)人員的節(jié)能降耗教育；

3.2.2 施工單位應(yīng)優(yōu)選施工設(shè)備及其配套設(shè)施，防止設(shè)備富裕度過(guò)大，造成能源浪費(fèi)；

3.2.3 施工單位應(yīng)選擇合理的施工技術(shù)和施工工藝，合理安排施工進(jìn)度；

3.2.4 施工單位定期對(duì)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維修、保養(yǎng)，減少設(shè)備故障率，保證設(shè)備安全連續(xù)運(yùn)行；

3.2.5 生產(chǎn)、生活建筑物的設(shè)計(jì)盡可能采用自然照明，提高生活區(qū)使用太陽(yáng)能（熱能）的比例，減少電熱用電；

3.2.6 場(chǎng)內(nèi)交通加強(qiáng)組織管理及道路維護(hù)，確保道路暢通，使車(chē)輛能按設(shè)計(jì)時(shí)速行駛，減少堵車(chē)、停車(chē)、剎車(chē)，從而節(jié)約燃油；

3.2.7 監(jiān)理單位應(yīng)認(rèn)真履行職責(zé)，對(duì)施工整個(gè)過(guò)程嚴(yán)格要求，發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中資源、能源浪費(fèi)問(wèn)題及時(shí)糾正。

3.3 運(yùn)行期節(jié)能措施

在水電站投運(yùn)后，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)，同時(shí)還可注意以下問(wèn)題：

3.3.1 制定節(jié)能管理制度，確定能耗指標(biāo)；

3.3.2 對(duì)主要電氣設(shè)備運(yùn)行，定期進(jìn)行巡視觀察，將問(wèn)題處理在事故發(fā)生前，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，保證設(shè)備長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行；

3.3.3 供水泵盡量采用變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)供水泵流量揚(yáng)程的最佳匹配，節(jié)能運(yùn)行；

3.3.4 廠用電負(fù)荷運(yùn)行盡量分配均勻，盡量避免變壓器空載或帶小負(fù)荷運(yùn)行，降低空載損耗。主要照明場(chǎng)所應(yīng)做到燈具分組控制，根據(jù)不同工作環(huán)境的照明需要調(diào)整照度，不需要照明的時(shí)候應(yīng)隨時(shí)關(guān)掉電源，以達(dá)到全廠節(jié)能運(yùn)行；

3.3.5 暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能是依靠暖通空調(diào)自控系統(tǒng)來(lái)保證的，加強(qiáng)暖通空調(diào)自控系統(tǒng)的維護(hù)運(yùn)行管理。當(dāng)暖通空調(diào)自控系統(tǒng)故障時(shí)，應(yīng)采取手動(dòng)調(diào)節(jié)控制的措施，以滿足節(jié)能需求。

4.節(jié)能降耗效益分析

4.1 替代火電的節(jié)煤效益

水電站建成后將電送往農(nóng)七師電網(wǎng)，考慮電力系統(tǒng)負(fù)荷特性、電源組成及電站調(diào)節(jié)性能等因素，經(jīng)綜合分析計(jì)算，本電站投入運(yùn)行后，可替代火電裝機(jī)容量2.0萬(wàn)kW，正常運(yùn)行期替代火電電量為0.78億kW·h。按電網(wǎng)火電標(biāo)準(zhǔn)煤耗采用404g/(kW·h)計(jì)算，每年可節(jié)約標(biāo)煤1.94萬(wàn)t。

4.2 減排溫室氣體和其它污染物效益

水電站為引水式電站，電站運(yùn)行期溫室氣體CO2排放量近乎為零，SO2排放量為零。其每年替代火電節(jié)約標(biāo)煤可減少CO2排放量 5.08萬(wàn) t，減少 SO2排放量165t，煙塵124t。

5.結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

5.1.1 水電站裝機(jī)容量20MW，多年平均年發(fā)電量0.78億kW·h，正常運(yùn)行期替代火電電量為0.78億kW·h，每年可節(jié)約標(biāo)煤1.94萬(wàn)t，可減少CO2排放量5.08萬(wàn)t。

5.1.2 水電站施工建設(shè)過(guò)程主要耗能項(xiàng)目集中在工程量較大的引水渠土石方開(kāi)挖工程、前池、廠房填筑工程和施工輔助工廠，主要耗能設(shè)備主要為運(yùn)輸設(shè)備、挖裝設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備及施工工廠的機(jī)械設(shè)備，而生產(chǎn)性房屋、倉(cāng)庫(kù)及生活設(shè)施的能耗相對(duì)較少。主要消耗的能源有電能和柴油等，施工期節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就在于選擇經(jīng)濟(jì)高效的施工技術(shù)方案，將節(jié)能降耗落實(shí)到施工材料、設(shè)備、工藝等技術(shù)措施上。在采取了節(jié)能降耗措施后，預(yù)測(cè)水電站施工期的能耗總量為：油1680t，電395.6萬(wàn)kW·h。

5.1.3 水電站運(yùn)行期主要耗能設(shè)備有電站油、氣、水系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)，給排水系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)，電站照明系統(tǒng)，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備等，其主要消耗的能源為電能。節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于合理樞紐布置及建筑物優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理機(jī)電設(shè)備選型及輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因地制宜選擇電站暖通空調(diào)、照明系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)。經(jīng)分析預(yù)測(cè)，電站運(yùn)行期年總能耗為65.31萬(wàn)kW·h，為年發(fā)電量的1.36%。其與已建類(lèi)似小型水電站工程相比，廠用電年總能耗仍有降低的潛力。

5.2 建議

為貫徹科學(xué)發(fā)展觀，保證水能資源的合理利用，充分發(fā)揮水電站的節(jié)能降耗作用，在工程建設(shè)期需要加強(qiáng)建設(shè)管理，在運(yùn)行中需要加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，切實(shí)保障各項(xiàng)節(jié)能措施到位。

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[3]藍(lán)雪春,李培先，朱松.水土保持方案中土石方平衡的節(jié)能減排效益淺析〔J〕.浙江水利科技，2009（1）29-30.

[4]郭應(yīng)杰.水利工程節(jié)能的意義和措施探析〔J〕.大科技，2011（16）.

[5]王志.探討水利工程中設(shè)計(jì)節(jié)能措施的應(yīng)用〔J〕.大科技，2011（11）.