水力發電節能化設計思想應用與實現

買買提·塔什

(塔里木河流域喀什管理局，新疆莎車844700)

水力發電節能化設計思想應用與實現

買買提·塔什

(塔里木河流域喀什管理局，新疆莎車844700)

水電站是現代水力發電工程不可缺少的方式，對水電站工程實施優化改造可促進水力發電功能升級，帶動了傳統產業結構的優化升級。設計是水力發電工程建設的初始階段，從設計環節對水電站工程采取改造措施，極大地推動了新型水電站作業模式形成。當前，可持續發展觀要求水電站走節能化道路，水工建筑物與機電設備是水電站的兩大組成部分。文章分析了節能化思想在水工建筑與機電設備改造中的應用情況。

水電站;水工建筑;機電設備;節能設計

1 水電站節能設計思想

水力發電是我國傳統電能生產的主要模式，也是現代電力作業流程的規范化內容，搞好水電站建設對區域電能供應具有輔助性作用。“節能”是現代水電站規劃的主流思想，借助水力發電系統可提升水電站的內在功能，加快了新型水電站的建設步伐。水電站節能設計思想內涵:

1.1 循環性

自然界生態資源存儲量龐大，如何充分利用生態資源是水電站設計要點。水電站是轉換水能量的工作場所，節能設計思想需重視能源的再生性，這是節能降耗最有效的方式［1］。由于水流按照一定的水文周期不斷水力發電循環，從不間斷，因此水力資源是一種再生能源，在設計水電站內部構造中要符合這一特點，把水利系統功能發揮到最佳狀態。

1.2 效益性

節能并不是單一地控制資源消耗，還要從經濟收益角度展開規劃，設計出“高質量、高收益、高回報”的水力發電系統。對比其它發電生產方式，水電站發電成本低，節能設計需抓住這一特點進行優化。例如，節能設計中，水力發電只是利用水流所攜帶的能量，無需再消耗其他動力資源，而且上一級電站使用過的水流仍可為下一級電站利用。

1.3 靈活性

對于整個電力行業而言，水力發電生產模式需經過多次調整，才能選擇最佳節能運行狀態，設計改造階段需考慮水電站的靈活性要求［2］。比如，在水力發電主要動力設備選擇方面，要保證水輪發電機組性能的靈活性，不僅效率較高而且啟動、操作靈活。其中，對機組運行時產生的能耗系數嚴格控制，借助設計方案設定最佳運行狀態。

2 水電站水工建筑物節能改造

水電站專門從事水力發電生產作業流程，根據地方用電消耗需求執行生產調度計劃，為地方用電資源分配提供了可靠性保障。水工建筑物是水電站系統的主要構成部門，利用水工建筑實現了資源的優化配置，把水能及時轉換為機械能參與生產。因此，水力發電節能化設計中，需先解決水工建筑物節能改造問題，以加快新型水利系統構建的步伐。

2.1 擋水建筑

用以形成水庫的攔河壩、閘或河床式水電站的水電站的廠房等水工建筑物，如混凝土重力壩、拱壩、土石壩、堆石壩及攔河閘等。從水電站工作情況判斷，擋水建筑常會發生不同程度的病害風險，尤其是混凝土結構遇到滲漏、裂縫等病害問題，易造成水資源大量流失而影響到作業效率。節能改造中，可設計擋水建筑加固處理方案，增強混凝土對外抗滲、抗裂等性能，有效抑制了水資源流失現象。

2.2 泄水建筑

用以宣泄洪水或防空水庫的建筑物，如開敞式河岸溢洪道、溢流壩、泄洪洞及放水底孔等，不同水電站泄水設施分布格局不一樣。泄水建筑節能設計要考慮水平位置高低，對高水位建筑物采取抗水流沖刷設計方案，避免水流運動力對水利工程產生的危害性。設計人員根據地質勘測結果，分析泄水建筑工作時承載的水運動力大小，提前做好泄水建筑物的抗災設計方案。

2.3 輸水建筑

水電站輸水建筑物分為引水和進水兩類，每一種建筑節能設計方法不一樣，需結合水電站現場作業條件展開設計。進水建筑是從河道或水庫按發電要求引進發電流量的引水道首部建筑物，如有壓、無壓進水口等;引水建筑是向水電站輸送發電流量的明渠及其渠系建筑物、壓力隧洞、壓力管道等建筑物。兩類建筑設計要控制內部結構的分布局勢，對進出水口路徑、流量等指標嚴格控制。

2.4 平水建筑

在水電站負荷變化時用以平穩引水建筑物中流量和壓力的變化，保證水電站調節穩定的建筑物。對有壓引水式水電站為調壓井或調壓塔;對無壓引水式電站為渠道末端的壓力前池。平水建筑節能設計要考慮壓力值的控制方案，設計建筑物應符合電站內壓力值升降控制要求，避免荷載超標對建筑物產生的不利影響。例如，設計自動化壓力值監控裝置，指導值班人員科學地控制平水建筑。

3 水電站機電設備節能改造

除了水工建筑物外，廠房建筑也是水電站節能設計的主要對象，其節能改造可提升機電設備的總體工作效率。水電站廠房樞紐建筑物主要是指水電站的主廠房、副廠房、變壓器場、高壓開關站、交通道路及尾水渠等建筑物，節能設計中要考慮機電設備故障調控方案，及時解決早期設備運行存在的故障風險。水電站機電設備節能設計需注重設備組合、日常檢修、故障維修等方面。

3.1 設備組合

機電設備是將水能轉變為電能的機電設備稱水電站動力設備，對其優化組合設計可提升設備工作效率，減小因設備功能缺陷產生的能耗問題。通常，機電設備是在常規水電站和潮汐電站為水輪機和水輪發電機組成的水輪發電機組，及附屬的調速器、油壓裝置、勵磁設備等。水電站的電氣裝置除水輪發電機及其附屬設備外，還包括發電機電壓配電設備、升壓變壓器、高壓配電裝置和監視、控制、測量、信號和保護性電氣設備等，設計人員可根據電氣工程原理進行優化設計，從設備構造與原理進行改造設計。

3.2 檢查方案

機電設備持續利用是節能化的先進思想，要求盡可能延長機電設備的使用壽命，做好設備運行期間的檢查與維護工作。鑒于設備節能與持續利用設計思想，水力發電節能應根據不同周期編排檢查方案，主要包括:每1～2周1次的巡視，內容是在設備運行狀態下，通過觀察和檢查常備的儀表有無異常情況，并進行注油和清掃;每1～3 a1次的定期常規檢修，是在停機情況下，主要從外部進行檢查和測量;每5～10 a進行一次定期詳細停機檢修。

3.3 維修制度

隨著地區用電規模的擴大化發展，水電站生產承載的負荷越來越高，設備故障發生率持續上升是潛在隱患。節能設計思想提出機電設備最優化利用標準，以提升發電機組工作效率為準則，建立綜合性的故障維修方案。通?？刹扇〉木S修方案:①臨時維修，即發現異常或故障所作的及時修理，及時處理各類故障風險;②計劃維修，為保證安全而進行的預防性維修和恢復性維修。這種維修需根據檢查結果按計劃進行。無論是那一類檢修方案設計，都是為了保障機電設備的有效利用率。

4 結論

水電站是能量轉換的工作場所，借助水工建筑及機電設備進行發電生產，擴大了水電站調度系統的作業范圍。水力發電工程在電力行業中占有重要地位，水電站現代化建設水平影響著電力生產水平，做好水電站節能改造工程是行業必然要求。節能化設計是水電站改造的第一步，從設計方案對水工建筑、機電設備實施綜合化改造，創建了水電站運行系統的新模式。

［1］王春暖.布拉茨克水電站進行設備技術改造提高經濟效益［J］.水力發電，1983(08):53-57.

［2］武新宇，程春田，廖勝利，李剛.兩階段粒子群算法在水電站群優化調度中的應用［J］.電網技術，2006，30(20):25-28.

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2014-04-09

買買提·塔什(1969-)，男，維吾爾族，新疆喀什人，工程師，研究方面為水利工程設計。