節(jié)能優(yōu)化設計在水利泵站中的應用

【摘要】水利行業(yè)中，我國泵站運行所消耗的電力能源可以占據到全國總發(fā)電量的10%左右，而水泵作為主要能源消耗設備，泵站電器施工節(jié)能的重點就在于如何將電能的利用效率提高，并把損耗降到最低。因此，需要對節(jié)能加以重視，降低泵站運行的能源消耗，節(jié)約運行成本和能源，實現工程研究的效能，幫助工程實現穩(wěn)定發(fā)展，良性運行。基于此，文章就節(jié)能優(yōu)化設計在水利泵站中的應用進行簡要的分析。

【關鍵詞】節(jié)能優(yōu)化設計；水利泵站；應用

1.水泵站能源消耗分析

1.1 能耗有直接能耗與間接能耗之分，通常所說的能耗實際上都是指直接能耗，水泵站在抽水過程中所消耗的能源稱為直接能耗，而在建造水泵站時以非能源形式所投入的原材料如水泥、鋼材、水泵主機組以及其它輔助設備等其原先所消耗的能源稱為間接能耗，另外再加上運輸、施工、安裝、服務部門等消耗的附加能耗從而構成了總的能耗。根據日本對各行業(yè)按單位日元產值的能耗率統(tǒng)計表明，間接能源消費率是很大的，如農林牧業(yè)、一般機械、橡膠制品等均超過直接能源消費率一倍以上。因此節(jié)約能源不僅要節(jié)約直接能耗，而且還要注意節(jié)約間接能耗和其它附加的能耗。

1.2 在水泵站的能耗中還有必要能耗與不必要能耗的概念。水泵站系統(tǒng)在運行過程中，為了將水抽送到人們所要求的地方，必然要消耗一定的能量。以目前科學技術的水平，如果不消耗這部分能量，水就無法抽送，這就是必要能耗。但是由于水泵站的規(guī)劃設計、設備選擇、運行管理等考慮不周而增加的那部分能量的消耗就是不必要能耗。對設備性能與質量的好壞同樣存在必要能耗與不必要能耗，如水泵在運轉時的水力損失、機械損失以及容積損失等所消耗的能源通常用效率來衡量，顯然效率越高能耗就越少，這部分能耗中同樣包含有必要能耗與不必要能耗二個部分，要求水泵制造廠提供性能好、效率高、能耗低的水泵，也就是希望壓縮必要能耗，盡量避免或減少不必要能耗。

2.泵站工程節(jié)能優(yōu)化設計

2.1 機組選型

在新建或改建泵站工程機的組型號決定了建設的費用以及工程的運行能耗，泵站工程，不管是排澇或是灌溉補水，運行狀態(tài)的不穩(wěn)定性都比較大，設計方案時要滿足設計需求，從該地灌排水量的需求變化特點著手，對各種機組型號、裝機臺數的匹配進行方案內部的優(yōu)化選擇，從而選出最合理的設計方案，提高效益并降低能源的損耗量。

2.2 區(qū)域內的排水規(guī)劃

在區(qū)域排水的設計中，需將區(qū)域內的排水系統(tǒng)采用分級、分塊進行規(guī)劃管理，綜合考慮區(qū)域排水模式以及灌排需求，合理布置好水系，選擇合理的地址。通常利用地面與河道水位的高差值，利用好二級排水河道的蓄水功能，選擇科學的排水方式。二級排水方式能夠將二級排水泵的站運行時間提高，并在一定程度上增強動力，這樣可以把一級排水泵站運行或設置的時間縮短，由于二級排水泵站加大的動力小于區(qū)域內一級排水泵站動力，所以取得了可觀的節(jié)能效果。

2.3 流道水力設計

泵站效率不僅與出水流道、閘門和下水流道等水工構筑物的水力耗損有關，并且與水泵電動機組的效率有著密切聯系。在高效的水泵電動機組的運用后，通過降低水工構筑物的水力損耗來將泵站的裝置效率提高，選擇好的流道布置既會直接給工程的安全運行帶來影響，也能夠減少流道內水力的損耗。

2.4 供電方案設計

電能消耗是泵站工程的主要消耗能源，所以在設計科學的供電方案時，要從供電工程的特點和條件著手，合理配置站用變壓器的采用、利用10kV主水泵電動機直接聯網運行的供電模式、采用就地補償的新技術來達到節(jié)能目標。

2.5 工程的布置與選址

在工程的布置育選址時，最好選用能結合自流與抽排的位置，利用閘與泵與相結合的布置方法，盡量靠近泵站，當受到水位相差較大或者災害性天氣時，才能夠強排，這樣才可將強排時間減少，節(jié)約能源。

3.泵站節(jié)能降耗優(yōu)化實例

3.1 項目概況

某泵站設計量為36萬m3/d，向二泵站蓄水池實施輸水，水泵設備型號為200ZL-2.0軸流泵。三根輸水干管，每根長340米，直徑為1.2米。其中1到3號水泵使用并聯方式，4、5號水泵以及6到8號水泵之間各自實現并聯，進水池的最低水位是87.5米，設計中的水位標準是91米，最高水為是93.45米，水泵運行中的水位在正常情況下保持在90.3～93米。

供水需求量較少是該泵站中存在的主要問題，在正常的運行中供水量在17.5萬～26萬m3/d，水泵型號選擇不合理，水泵之間沒有實現相互的調度和配合，使得水泵實際運行揚程遠遠小于設備額定工作下的揚程，導致水泵設備沒有真正發(fā)揮其效用，長時間在較低水平下運行；單泵運行下的效率僅為45%～70%，能源消耗大，最終導致資源和能源的浪費。

3.2 節(jié)能降耗具體方案

由泵站的實際供水量17.5萬～26萬m3/d為整改依據先對1～5號水泵進行整改，以后再對其余水泵進行整改，200ZL-2.0軸流泵的主要用于低揚程，水泵在最不利的工況下的供水滿足57.45萬m3/d，比設計水量的36萬m3/d多出了很多；因此在改進時要將其換位100ZL-1.8軸流泵，大小泵之間搭配的形式可以幫助設備間的調配和節(jié)能。

在對水泵設備進行改進設計后，利用水泵優(yōu)化計算模式進行分析，每臺水泵進出水管阻力參數分別是S1=2.78s2/m5；S2=2.88s2/m5；S3=3s2/m5；S4=2.8s2/m5；S5=2.9s2/m5。

主干管阻力參數為0.559s2/m5；泵站設計運行水位Z1=91，Z2=95.充分滿足了水泵運行中的供水量。

結束語

現在有更多新型技術與設備被應用到排水泵站建設中，從節(jié)能降耗角度進行分析，需要對損耗最大因素的水泵設備進行優(yōu)化。因此，在實際的設計過程中，要把節(jié)能優(yōu)化理念融入到水泵站的建設當中，進一步優(yōu)化水泵站的整體設計，促進水泵站職能的充分發(fā)揮。

參考文獻：

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