牛嶺水庫工程節能評價及措施

李漢霖 韋 瑋

一、工程概況

牛嶺水庫地處安徽省宣城市涇縣境內，位于青弋江上游最大的支流徽水河中游。牛嶺水庫總庫容1.63億m3，屬大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等。宣城市位于皖東南，和江蘇、浙江接壤，地處蘇、浙、皖三省交匯區域。2013年，全市實現地區生產總值849億元，按可比價格計算（下同），比上年增長12.0%，按常住人口計算，人均生產總值約3.3萬元。牛嶺水庫的建設任務為：以防洪為主，結合供水，兼顧發電、灌溉等綜合利用。

二、節能評價依據

1.能源供應、消耗狀況及節能目標

2015年，安徽省全年地區生產總值（GDP）22005.6億元，發電量 2034.2億kW·h，能源生產總量9711.2萬t標準煤。2015年，宣城市生產總值（GDP）實現 971.47億元，發電量60.66億 kW·h，全社會用電量為87.15億kW·h。

根據安徽省統計局公布數據顯示，2015年宣城市單位生產總值能耗為0.638t標準煤/萬元。按照《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》，“十三五”時期單位GDP能源消耗降低15%計算（由于目前安徽省“十三五”節能減排任務尚未分解，暫按國家約束性數據計算），預計“十三五”末期宣城市單位地區生產總值能耗為0.542t標準煤/萬元，全社會能源消費增量為193.2萬t標準煤。

2.建設期和運行期的能耗總量

建設期用能以土方開挖和建筑物混凝土施工等耗用能源為主，主要能源消耗為汽、柴油燃料和電能。其中，施工期間消耗汽油約140t、柴油4170t、電730萬kW·h，折合成標準煤0.94萬t。

運行期主要耗能種類為電站運行、工程管理、維護等所消耗的電能以及辦公等用水等。運行期間年電能消耗約175.66萬kW·h，用水 624t，折算成標準煤 587.64t。

三、節能措施

1.節能設計原則

（1）遵循國家法律法規及有關設計標準的規定，滿足有關節能規劃和節能措施的要求。（2）在工程設計中貫徹節能降耗設計思想，通過技術經濟能源環境等綜合分析比較論證，選擇設計方案。（3）根據工程特點，分析能耗指標，明確節能目標，落實節能措施。（4）采取節能新技術和新工藝，對落后的耗能過高的用能產品、設備實行淘汰制度。

2.工程總體布置節能設計

在樞紐布置、主要建筑物設計過程中，始終貫徹執行節能標準，將節能降耗指標作為方案選擇的重要考察內容，設計過程中主要采取的節能降耗措施如下：

（1）大壩樞紐：通過多方案經濟、技術、節能指標比較，選定下壩址碾壓混凝土重力壩+壩頂開敞式溢流壩（溢洪道）的整體布置格局，工程總布置緊湊，運行管理方便。對碾壓混凝土重力壩進行體形優化，在滿足穩定應力的基礎上，盡量減少混凝土方量，降低水泥這種高耗能材料的用量。優化大壩建基面，在地質條件、應力變形滿足前提條件下，盡可能減少大壩基礎開挖量。采用壩身泄洪，減少了因布置壩外泄洪建筑物而增加的開挖、支護等工程量。

（2）引水系統：優化引水系統結構設計，降低引水系統的水頭損失。該電站引水管道額定水頭損失僅為1.33m，占額定水頭的2.90%。

（3）發電廠房：發電廠房布置于壩址下游約5.5km處徽水河的左岸，充分利用了牛脛嶺彎道河段的天然落差和現狀交通道路。所有建筑材料應采用淺色調，如涂料應采用防潮、防霉的白涂料，所有照明設備采用節能環保型，可減少照明電能能耗。

3.施工組織節能設計

該工程施工期土石方開挖運輸，混凝土骨料生產及混凝土施工，施工物資進場及存儲，施工供水供電等均使用大量的機械設備，消耗大量的油、電。在施工過程中應提高各工程參建單位的節能降耗意識，加強施工現場的管理，節能降耗主要從物資運輸、機械設備選型、加強工程節能管理等方面入手。

4.水力機械節能設計

為更好地節能降耗，提高電站的經濟效率，在水輪發電機組設備選型方面主要考慮如下措施：（1）根據電站動能特性、機組設計制造條件要求，盡可能采用單機容量大的的機組，減少配套附屬及輔助設備，節省附屬設備用電量，減小能耗。（2）根據該電站的運行水頭范圍和特點，充分論證水輪機參數，選用效率高、穩定運行范圍大的混流式水輪機。（3）發電機采用合理的結構設計和通風設計，提高發電機的整體效率。（4）水輪發電機組所有冷卻器的材料均采用熱交換效率高的材料，以減少冷卻水量，達到節水節能目的。（5）機組油壓裝置油泵、水輪機機坑排水泵、發電機推力軸承頂起高壓油泵均選用效率高的優質產品，以節省電能。（6）電站輔助設備系統包括：機組、廠內排水系統、透平油系統、絕緣油系統、壓縮空氣系統、暖通空調系統、照明系統、給排水系統等。機組檢修使用的設備包括起重設備、機修設備等。

5.電氣節能設計

（1）選擇合理、經濟的接入電力系統方案：牛嶺電站建成后可向涇縣和宣城電網提供電能，根據電站裝機容量、供電方向及電網現狀，電站出線電壓等級擬初選110kV，輸送距離為23km。

（2）電站開關站選址設計中節約土地、林木資源：根據電站建筑物的布置位置及周圍地質、地形條件，經過技術經濟比較，為減少資源浪費和增加環保效益，電站110kV開關站的選址推薦采用在副廠房左端布置氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）的布置方案，GIS裝置與主變分2層布置，GIS和出線場布置在兩臺主變上層。

（3）主變壓器參數、結構與材料選擇：電站、生態電站主變壓器的額定容量分別為16 MVA、3.15MVA，主變壓器空載運行，將產生電能的損耗。設計時選擇低損耗的主變壓器，鐵芯選用優質、薄型、高導磁、晶粒取向、經激光處理的冷軋硅鋼片，同時控制變壓器空載損耗，以提高變壓器綜合效率。

（4）合理選擇廠用變壓器電壓等級及容量、選用低損耗變壓器：根據廠用設備電機電壓、容量以及布置位置，合理確定供電等級，根據牛嶺電站裝機規模和布置，參考類似電站，初擬采用一級廠用電壓供電方式。根據廠用負荷重要性、運行方式，分析統計最大和最小廠用負荷，合理選擇廠用變壓器容量，使變壓器工作在高效低耗區，并選擇損耗較低的干式變壓器，擬選SC（B）13型變壓器，容量均為315kVA。

（5）選擇節能型導體：根據電站裝機容量，結合環境布置條件，該電站2臺主變壓器低壓電壓母線選擇全絕緣屏蔽銅管母線。管型母線的表面積大，集膚效應系數低，其外表面電流密度分布均勻，功耗小。全站的電纜均采用銅芯，并根據負荷的容量合理選擇截面以減小電纜的損耗。

（6）廠用電設備：對主要電氣設備的運行，應按設備的運行維護規程，定期進行巡視觀察、維護，將問題處理在事故發生前，發現問題及時處理，保證設備長期安全、高效、穩定運行。對廠用電負荷運行應分配合理，盡量避免變壓器空載或帶小負荷運行，降低空載損耗。選用高效節能照明燈具，提高燈具的運行壽命；照明燈具應分組控制，根據不同工作環境的照明需要調整照度；應盡量利用自然采光，以達到電站節能運行。

（7）控制保護及通信：該電站按“無人值班”（少人值守）的要求設計，對電站設備的運行控制，采用全計算機系統集中監控方式。計算機監控系統能實現最優開機組合及運行機組間最優負荷分配，達到節水多發的目的。電站計算機監控系統與視頻監視系統、火災自動報警系統等交換信息，實現資源共享和系統間的自動聯動。減少了現場巡視人員的工作量，實現了集約化管理，提高了效率，節省了運行成本。

（8）電站電能計量器具：電站電能計量器具均采用數字式智能電度表，按機組、主變、110kV系統、公用、壩區等現地控制單元分別設置電量變送器和交采裝置，滿足電站主要機電設備的電測量和電能計量的要求。

四、結語

節能評價依據《國家發展改委關于加強固定資產投資項目節能評估和審查工作的通知》《國家發展改革委關于印發〈固定資產投資項目節能評估和審查指南〉（2006）的通知》和《水利水電工程節能設計規范》等要求。

工程總體布置、施工組織設計充分結合項目區地形、地質條件、水流條件、大壩及廠房布置型式及工程運用要求，在滿足發電、防洪功能前提下，減少工程投入及后期運行費用，從而減少能源消費。所選擇的機電設備均為通用的標準化產品，其能耗指標基本優于相關能效限值。項目的運行調度采用計算機監控系統，可優化機電設備的經濟運行，降低能源消耗及提高水資源的利用率。

該工程綜合能耗指標為0.04t標準煤/萬元，遠低于2020年末宣城市單位生產總值能耗0.58t標準煤/萬元，該項目運行期間的增加的能耗僅占宣城市2015年全社會總用電量的0.022%，對所在地能源消耗增量影響極小。該項目新增能源消費量占宣城市“十三五”能源消費增量控制數比例m%=0.03，m＜1影響程度較小，對宣城市的能源供應基本無影響，符合國家、行業和地方的節能要求