基于水利工程的節能設計

陳本厚

( 貴陽市魚簡河水庫管理處，貴陽550001)

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

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，建設總投資1．57 億元。工程由水庫大壩，陽朗排洪渠，農灌渠道三大部份組成，具備農灌、排引洪、人飲、工業供水等功能。水庫配套農灌渠長96 km，灌區總灌面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。工業供水主要向開磷集團提供工業用水，原設計用水量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 調查分析

根據上述工程，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( 1、2、3 期) 工程。從2005年5月大壩建成起，工程已為當地經濟社會發展作出重要貢獻。2011年7月，興建了魚簡河水庫向息烽縣城供水應急工程，當年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 水利工程節能設計中存在的問題

3．1 質量意識淡薄

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

3．2 技術經濟觀念的缺失

由于設計單位在整個設計階段中，沒有認真比較分析施工方案和進行技術經濟的深入研究，更缺少技術經濟觀念。再加上業主的過分干預，造成了多處修改施工詳圖，不僅造成了嚴重的損失，還引起了施工單位的經濟索賠。因此，在進行水利工程的節能設計時，要加強對技術經濟觀念的研究，針對這一問題，及時協調業主、設計單位、監理單位，這樣能夠避免造成因設計更改和調整造成的損失，使得資金、進度、質量3個方面達成一致。

3．3 節能設計的不規范

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

4 水利工程的節能設計措施

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

4．1 工程設計的節能設計

工程設計的節能設計需要在確保系統安全、可靠的前提下，選擇合理、經濟的設計方案，做好工程的優化設計，選用能耗低的施工設備、機電設備，合理調度、合理安排施工秩序，這樣不僅能夠提高設備的嚴密性，防止泄露，還能減少施工設計中不必要的燃料消耗。

4．2 用能品種的節能設計

根據水利工程相關的設計方案及施工組織設計，正確計算工程施工期和運行期的用能品種、數量，再換算為標準煤數量，以此可以分別計算出工程施工期和運行期折合為標準煤的用能總量，人們根據這些可以有效加強節能設計。水利工程常用的用能品種與標準煤的折算系數，見表1。

表1 用能品種與標準煤的折算系數表

4．3 用電設備的節能設計

水利節能工程設計中，選擇合適的用電設備也能滿足體現節能要求。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品，在設計中，應正確比較水泵參數，嚴格按實際需求，全面考慮葉片安放角、水泵泵型、門徑和比轉速等，這樣才能使得用電設備能夠適應現實情況;②采用直連的方式。在水利工程用電設備的節能設計時，應該要求轉速一致，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，這樣的方式比較經濟劃算。根據節能中長期專項規劃的要求，水利工程中的水泵機組以及各類閘門啟閉設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備能源效率達到或接近國際先進水平。與水利工程有關的主要耗能設備能效指標，見表2。

由表2 可見，在對主要耗能設備選型設計中，對于運行工況變化較大的泵站，應按照有關政策要求，配備必要的調節和控制設備，選擇運行效率高、節能效果好的設備，以保證運行期間水泵機組能高效運行。

表2 主要耗能設備能效指標表

4．4 水利泵站變壓器的節能設計

為了節省工程投資和今后運行管理的方便，在設計的水利泵閘工程中，必須設置專用的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相對較少。所以在設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能設計不僅節約大量的能源，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。

根據上式，可以知道，要想加強水利泵站變壓器的節能設計，需要選用具有良好的制作工藝的節能型變壓器，采用優質冷軋取向硅鋼片，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 語

綜上所述，節能設計是水利工程設計中的一個全新的課題。這就需要在設計中，結合水利工程的特點，嚴格根據國家有關技術標準、規范，合理分析工程的節能效果，有針對性的確定工程的節能措施，以完善水利工程設計內容，這將具有十分深遠的意義。

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