白蓮河抽水蓄能電站地下廠房通風能效測試及評價分析

楊曉峰，楊志剛，丁 帥，劉 英，郭順國，高小攀，李安桂

（1.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055；2.水電水利規劃設計總院，北京 100120；3.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 羅田 438600）

國務院 “十一五”、 “十二五”節能減排文件相繼提出了堅持降低能源消耗強度、減少主要污染物排放量、合理控制能源消費量相結合的方針政策。而在地下電站運行過程中，合適的環境參數是保障地下廠房機電設備安全運行及作業人員身體健康、提高工作效率的前提條件[1]。因此，在滿足環境質量要求的基礎上，減少能源消耗已變得越來越重要。通風空調系統的能耗在地下廠房總能耗中占據相當大的比例，是能耗控制的重要方面?？照{系統能效比 （包括設計能效比和運行能效比）是判斷空調工程是否節能的指標，運行能效比是指運行過程中空調系統實際供冷 （或熱）量與空調設備實際耗電量的比值，對于判斷在實際運行過程中空調系統是否節能具有十分重要的意義[2]。為了解白蓮河抽水蓄能電站地下廠房通風空調系統的能效情況，促進系統節能運行，對通風空調系統進行了綜合效能的測試工作，本文對測試結果進行了分析與評價。

1 工程概況

白蓮河抽水蓄能電站安裝4臺300 MW單級單轉速可逆混流式水泵水輪發電機組。通過761 m長的進廠交通洞進入地下廠房，整個廠房為一個龐大的洞室群，包括平行布置的尾水閘門室、主變洞、主廠房、球閥室、4個聯系主廠房及主變洞的母線洞、1個廠用配電洞及高壓電纜出線洞。

電站處于北亞熱帶季風氣候區，庫區多年平均氣溫16.2℃。7月最熱，月平均氣溫22.5～28.7℃；1月最冷，月平均氣溫0.2～3.9℃；極端最高、最低氣溫分別為41.2、-12.5℃；多年平均降雨量1 360.3 mm，降雨主要集中在5月～7月。

2 電站通風空調系統概況

白蓮河電站通風設計上將主機洞與主變洞分為兩個系統。主機洞采用全空調，主變洞采用機械通風。根據廠房布置情況，擬定由進廠交通洞分4路進風：一路經主機洞空調室引至主機洞拱頂，下送至發電機層，經母線層、水輪機層、母線道重復使用后排至廠外；一路直接引到主變搬運道，經主變室及電纜層使用后排至廠外；另兩路直接引到球閥室及尾水閘門廊道使用后排至廠外。主廠房空調機房設在主廠房安裝場端。進廠交通洞除直接通到主機洞、主變洞及尾閘室外，同時通過3號施工支洞連到球閥洞室，從3號施工支洞打一短豎井并開挖一岔洞連通到主廠房安裝場端，主廠房空調機房設在岔洞內，通過風道送風到主廠房拱頂的風管內[3]。電站通風空調設備包括1個主廠房空調系統、11個單獨通風系統 (如透平油庫通風系統等)、4個廠內輔助通風系統 （主廠房母線層、水輪機層、廠用配電洞和空壓機室）和2個排煙系統 （主廠房排煙系統和主變運輸廊道排煙系統）。

3 通風能效測試試驗及能效分析

3.1 測試試驗

為深入貫徹節約資源和保護環境基本國策，促進我國水電開發建設健康有序發展，加強節能降耗的源頭管理，進一步完善水電工程節能評估與能源管理體系標準，規范水電工程 （含抽水蓄能）節能效果及技術，根據 《中華人民共和國節約能源法》、《中華人民共和國可再生能源法》、 《國務院關于加強節能工作的決定》、 《國務院關于印發節能減排“十二五”規劃的通知》等有關法律法規的規定，以及GB/T 23331—2009《能源管理體系要求》、GB/T 15587—2008《工業企業能源管理導則》、GB/T 50649—2011《水利水電工程節能設計規范》和DL/T 5020—2007《水電工程可行性研究報告編制規程》等規范標準要求，選擇2013年4月這個過渡季節時段，對白蓮河電站進行了通風工況下的通風與空調工程系統負荷的綜合能效現場測試試驗。測試過程中電站各發電機組的運行狀況見表1。

表1 測試過程中電站機組的運行狀況

試驗測定內容包括[4]：①進、排風口空氣狀態參數；②空氣調節機組性能參數；③區域氣流速度、溫度、相對濕度、壁面溫度；④通風空調系統耗功率；⑤系統總排熱量和總耗功率。

在主廠房發電機層、母線層、水輪機層、蝸殼層、交通洞入口、空調進風洞及6號支洞 （排風洞）等處分別合理布置測點，利用溫濕度自記錄儀、TSI風速儀、紅外線測溫儀、鉗形三相電功率表等儀器進行測試并記錄數據，為求得通風空調系統能效比提供了可靠的第一手資料，圖1、2分別是電站各測點的溫、濕度變化情況。由圖1、2可知主廠房各層的溫、濕度均滿足 《水力發電廠廠房采暖通風和空氣調節設計技術規程》的規定。

圖1 電站各測點的空氣溫度變化

3.2 能效計算

3.2.1 通風排熱量的計算

通風氣流排熱量測試中，主要對進廠交通洞、6號支洞 （排風洞）各主要斷面進行氣流參數的測試及焓值的計算，能量平衡計算式為

圖2 電站各測點的空氣相對濕度變化

式中， Qp為廠房通風帶走的總熱量，kW；Gi、hi分別為進入廠房各洞室斷面處空氣流量和氣流焓值，kg/s和kJ/kg；Go、ho分別為廠房排風各斷面處的排風量和氣流焓值，kg/s和kJ/kg。

主廠房及主變室的通風流程如圖3所示。

圖3 通風工況通風流程示意

3.2.2 通風系統總耗功率

使用三相鉗形功率表測出運行風機的三相電壓和電流，利用式 （2）、 （3）計算出風機的耗功率：

式中，Pi為設備耗功率，kW；Ui為實測電壓，V；Ii為實測電流，A；W為通風系統總功率，kW。

3.2.3 能效計算

按照能效的定義，地下廠房通風空調系統的綜合能效為通風空調系統帶走的總熱量與其總耗電功率的比值[5]。由于廊道本身的蓄能作用對引入空氣具有良好的加熱或降溫效果[6-8]，故考慮2種能效比：

式中，EER1為只考慮廠房巖體自然冷卻 （即不計入交通洞巖體自然冷卻）通風系統能效比；EER2為計入廠房及交通洞巖體自然冷卻通風系統能效比。

利用實測數據和通風設備的總耗功率115.8 kW，按式 （4）、 （5）計算出通風系統的能效比，并繪制綜合能效曲線如圖4所示。

3.3 廠房環境參數及通風工況能效分析

圖4 電站地下廠房通風系統綜合能效曲線

由圖4可以看出，ERR1隨著時間呈類似正弦函數曲線的變化。在4月13日凌晨出現了波峰值，由圖1、2可知，該時段進廠交通洞入口處溫度較低、濕度較大、焓值較低，而排風洞溫度、濕度及焓值變化不大，故出現波峰。在4月12日下午出現了相對較低的能效比，該時段進廠交通洞入口處溫度較高、濕度較低、焓值較高，排風洞焓值變化不大，故出現了較低的能效比值。在大部分時間內，ERR1為1.6～2.7，平均值是1.9，可見ERR1受室外空氣參數影響較大。相比較而言，ERR2一般在1.8~3.3，由于地下廠房巨大的蓄熱能力，使得6號支洞 （排風洞）內的溫度、濕度及焓值變化不大，ERR2比較為穩定，平均值為2.8。

4 結 論

（1）實測數據計算表明，只考慮廠房巖體自然冷卻通風系統的能效比在1.6～2.7，平均值是1.9；而計入廠房及交通洞巖體自然冷卻通風系統能效比較為穩定，平均值為2.8。說明洞室對引入空氣具有良好的加熱或降溫效果。

（2）實測組合式空調機組的送風口風速，發現實際送風并未達到額定風量，除了季節的原因外，對空調機組進行檢測，以提高通風效果、降低能耗也是必要的。

（3）測試表明，操作廊道層溫度較低、濕度較大，建議制定除濕機科學啟停運行的策略及方案以便合理調節廊道內的溫、濕度。

（4）白蓮河電站為地下式抽水蓄能電站，間歇運行是其主要工作特點。電站圍護結構蓄熱能力強。建議空調通風系統根據室外氣象條件和進行特點，采取梯級運行方案，以降低運行能耗；對內部長期運行的輔助設備間，可利用局部空調進行降溫，進一步減少通風空調運行能耗，保障發電設備工藝安全與人體健康。

［1］楊述仁， 等.地下水電站廠房設計［M］.北京：水利電力出版社，1993.

［2］徐猛.公共建筑空調系統效能比的探討［J］.四川建材，2011，37（2）:252-254.

［3］賀婷婷.白蓮河抽水蓄能電站通風空調設計［J］.水力發電，2010，36（7）:73-75.

［4］DG/TJ 08—802—2005 通風與空調系統性能檢測規程［S］.

［5］薛殿華.空氣調節［M］.北京：清華大學出版社.1991.

［6］張治.龍灘地下水電站熱環境特性研究［D］.重慶：重慶大學，2005.

［7］胡鳳山，劉勝全.水電站通風設計中的幾個技術問題［J］.東北水利水電， 1997（6）:3-5.

［8］溫建軍，李安桂，董宇.壩體廊道通風換熱性能的解析研究［J］.制冷空調與電力機械， 2010， 31（3）:20-26.