江口縣車壩河水庫工程電氣節(jié)能設(shè)計

馬 勇

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴陽 550002)

1 工程概況

車壩河水庫壩址位于貴州省銅仁市江口縣民和鎮(zhèn)和萬山區(qū)大坪鄉(xiāng)交界處的大仿家，距離江口縣約21km。車壩河水庫工程任務(wù)為城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水、灌溉，兼顧發(fā)電等綜合利用。工程建成后到2030年，總供水量為10572萬m3/年，城鄉(xiāng)生活及工業(yè)供水量為9634萬m3/a。

本工程設(shè)有2座電站：水庫在大壩下游左岸設(shè)置一座壩后電站，裝機容量7.5MW，多年平均發(fā)電量2124萬kW·h，年利用小時數(shù)為2832h，下放環(huán)境水量7253萬m3/年。在銅仁干管前端設(shè)置一座渠首電站，裝機容量1.4MW，多年平均發(fā)電量490萬kW·h，年利用小時數(shù)為3503h。工程共設(shè)置3座提水泵站：清塘泵站(3×0.75MW)向玉屏縣中心城區(qū)供水，年供水量2358萬m3,設(shè)計流量為0.949m3/s，泵站年耗電量為756.92萬kW·h；撻扒洞泵站(3×1MW)向銅仁市開天-茶店組團(tuán)供水，年供水量1262萬m3,設(shè)計流量為0.49m3/s，泵站年耗電量為1352.01萬kW·h；獨角龍泵站(2×75kW)向民和鄉(xiāng)供水，年供水量64萬m3,設(shè)計流量為0.0293/s,泵站年耗電量為35.28萬kW·h。

2 電氣設(shè)計節(jié)能措施

2.1 供配電系統(tǒng)節(jié)能措施

水利工程中水電站作為清潔能源，其電能傳輸過程中的能耗主要體現(xiàn)在變壓器和輸電線路損耗兩方面。在設(shè)計階段盡量優(yōu)選高效節(jié)能型變壓器，減少變壓器的負(fù)載損耗和空載損耗。輸電線路的能耗表現(xiàn)在線路輸送電能中產(chǎn)生的功率損耗，該損耗值與所選用的線路及輸送負(fù)荷大小等因素有關(guān)，為了降低線路無功功率損耗，在輸電線路截面選擇時通常采用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，以減少輸電線路電能損耗。負(fù)荷中心盡量靠近電網(wǎng)變電站，減少變配電級數(shù)，縮短供電半徑。

水利工程中泵站作為提水工程，其機組的運行耗電量較高，如何降低電動機的運行電耗量，成為提水泵站的重要節(jié)能措施之一。在提水泵站中，因為豐枯水期的提水揚程差異較大，通常需要調(diào)節(jié)進(jìn)口閥門開度或倒開大小水泵機組。因此水泵頻繁啟停會帶來的沖擊，使水泵、電動機、閥門的故障率增加，設(shè)備的維修費用必然加大，從而造成了大量能源的浪費。在以往泵站的綜合調(diào)研中，采用大功率變頻器進(jìn)行揚程及水流量的恒壓控制，能有效實現(xiàn)降低能耗、節(jié)約成本，以及提高供水的質(zhì)量。

在電氣開關(guān)設(shè)備選擇方面，本工程35kV和10kV配電裝置采用KYN型手車柜，0.4kV側(cè)選用GCS型低壓開關(guān)柜，此類全封閉開關(guān)柜具有運行可靠，外形小巧等特點，取消了戶外開關(guān)設(shè)備的布置，有效的減小了廠房尺寸和占地面積[1]。

在電氣主接線選擇方面，結(jié)合工程建設(shè)規(guī)模簡化電站主接線，減少電壓等級及出線回路數(shù)，降低網(wǎng)損和調(diào)度運行事故處理的靈活，選擇可靠性高、靈活強和經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)的主接線方案，從而達(dá)到電氣設(shè)備投資及土建投資的最優(yōu)化。

2.2 廠用電系統(tǒng)節(jié)能措施

對于水電站來說，運行期的能量損失除在能量轉(zhuǎn)換與傳輸中損失的電量，主要能耗為廠用電系統(tǒng)。因此降低廠用電率，將會對電站廠用電系統(tǒng)的節(jié)能功能降耗帶來較大的收益。而水電站和泵站廠房由于照明、通風(fēng)、排水等負(fù)荷相對較大，廠用變壓器的負(fù)荷率又相對較高，廠用變壓器能耗占了廠用電相當(dāng)大的部分。因此選擇節(jié)能型廠用變壓器相當(dāng)重要。對比傳統(tǒng)硅鋼干式變壓器，選用節(jié)能型損耗低的環(huán)氧澆注非晶體合金干式變壓器，其年損耗可降低約56%，節(jié)能效果顯著。對于長距離的廠用負(fù)荷供電，可采用高壓送電，從而避免低壓長距離輸電的損耗。

在設(shè)計電纜和導(dǎo)線的選擇時，各線路應(yīng)選擇電阻率較小的銅芯導(dǎo)線，并在滿足用電設(shè)備的工作電流、動(熱)穩(wěn)定性、保護(hù)配合及電壓降要求的前提下，合理選擇導(dǎo)線截面，可有效的降低線路電能損耗，節(jié)約有色金屬消耗，提高配電系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 電站照明系統(tǒng)的節(jié)能

照明作為水電站和泵站的重要電能消耗之一，站內(nèi)的照明種類分為正常照明、應(yīng)急照明、警衛(wèi)照明和障礙照明。在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)按室內(nèi)的室形指數(shù)選用配光比合理的節(jié)能燈具。在保證室內(nèi)照明質(zhì)量的前提下，減少照明光能的損失和提高照明光能的利用，合理選擇高光效節(jié)能光源、高性能燈具電氣附件，同時按照站內(nèi)區(qū)域劃分合理選擇照明方式和優(yōu)化照明控制等。目前在很多大型電站中已應(yīng)用LED照明裝置取代傳統(tǒng)的光源，采用新型優(yōu)質(zhì)材料的反射器取代質(zhì)量較差的反射器。在不同的場所對照明度、視覺性、功率、密度都有不同的要求，根據(jù)使用場所合理選用先進(jìn)的燈具結(jié)構(gòu)等照明節(jié)電技術(shù)，以達(dá)到節(jié)約照明用電的目的。LED照明裝置具有以下特點:①具有高效節(jié)能、發(fā)熱量少；②堅固耐用、體積輕巧；③環(huán)境污染少；④光效高、光色純、⑤光束集中；⑥壽命長、費用節(jié)省等特點。

除照明燈具的選擇外，其照明控制方式也是節(jié)能的重要措施，因此應(yīng)合理選用照明系統(tǒng)控制模式。采用智能照明控制系統(tǒng)，分區(qū)控制分級管理，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將分布在各現(xiàn)場的照明控制回路連接在一起。有效合理的控制及調(diào)整照明模式、實時數(shù)據(jù)查詢等，實現(xiàn)照明系統(tǒng)的高效節(jié)能。根據(jù)廠房設(shè)備間的布置結(jié)構(gòu)特點，充分利用自然光線，增加玻璃窗戶。室內(nèi)頂棚拋光處理提高光線反射率，使用顏色較淺的墻面材料以減少光線吸收率。對廠區(qū)道路燈具，根據(jù)使用功能的不同采用分時分區(qū)控制。

2.4 控制保護(hù)系統(tǒng)節(jié)能措施

電氣二次設(shè)備方面選用微機型繼電保護(hù)及計算監(jiān)控系統(tǒng)，以減少設(shè)備運行的電能損耗。充分利用系統(tǒng)軟件功能，結(jié)合設(shè)備工藝，編輯LCU控制邏輯，使泵組的開停機達(dá)到快捷有效、安全可靠的流程，減少不必要的單體設(shè)備檢測環(huán)節(jié)，減少泵組頻繁啟動的次數(shù)，從而有效延長電動機的使用壽命。

2.5 廠房防雷接地節(jié)能措施

廠房的接地網(wǎng)由自然接地體和人工接地體兩部分組成。各級建筑物的防雷接地裝置，在設(shè)計時可利用建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體，以節(jié)省鋼材耗量。自然接地體和人工接地網(wǎng)之間至少用兩根接地干線連接，以構(gòu)成全廠接地系統(tǒng)。接地網(wǎng)之間分別通過鋼管、扁鋼、鋼筋焊接連接。接地體采用鍍鋅扁鋼，延長接地材料的壽命，避免時常更換帶來的不便。

3 項目能耗

本工程在項目建設(shè)期主要消耗的能源為柴油、汽油和電力等。在運行期間主要提水泵站電動機組消耗電力、壩區(qū)和輸水工程各種閥門消耗的柴油和電力以及管理用電等能源。

本工程的施工總工期為48個月，施工期主要為施工機械運行時所消耗的能源，經(jīng)估算工程施工期的能耗總量為：電能約8222.5萬kW·h、柴油約5830.27t、汽油約290.59t。運行期的主要能耗種類為電站和泵站的廠用電負(fù)荷、泵站水泵電動機組運行用電、閘門啟閉室電機用電以及職工生活用能等。經(jīng)估算工程運行期能耗總量為：電能約2688.18萬kW·h、柴油約5t、汽油約8t。本工程建設(shè)期總能耗為19028.34tce，按工程設(shè)計壽命為50a，折算成年能源消耗為380.57tce/年。運行期年綜合能耗3322.77tce/a。本工程總年綜合能耗為3703.34tce。

工程項目建設(shè)期能耗總量和運行期能耗總量之和與運行期產(chǎn)生的國民經(jīng)濟(jì)凈效益的比值(即工程綜合能耗指標(biāo))小于當(dāng)?shù)毓?jié)能計劃要求的能耗指標(biāo)，則可以判定項目符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。所以工程項目綜合能耗統(tǒng)計計算結(jié)果直接影響對項目節(jié)能的評價。

3.1 單位產(chǎn)值能耗指標(biāo)核定

項目建成之后國民經(jīng)濟(jì)效益為45238萬元，項目的單位產(chǎn)值能耗指標(biāo)如下：單位產(chǎn)值能耗指標(biāo)=項目運行期年綜合能耗÷計算國內(nèi)生產(chǎn)總值=3703.34÷45238=0.082tce/萬元

3.2 單位產(chǎn)值能耗指標(biāo)分析

按照工程經(jīng)濟(jì)運行壽命期內(nèi)的能源消耗和產(chǎn)出量，本工程的能耗指標(biāo)為0.082t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元生產(chǎn)總值。依據(jù)《貴州省“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》，本工程的能耗指標(biāo)滿足我省“十三五”期間節(jié)能總體目標(biāo)“到2020年，全省萬元地區(qū)生產(chǎn)總值能耗下降14%(即1.62t標(biāo)準(zhǔn)煤)的要求。也滿足國務(wù)院確定的“十三五”節(jié)能減排目標(biāo)任務(wù)(全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2015年下降15%，即0.739t標(biāo)準(zhǔn)煤)的要求。

4 結(jié) 語

對于水利工程，建成后多主要利用水庫壅水進(jìn)行自流供水、灌溉和發(fā)電，工程的綜合能耗指標(biāo)低，在建設(shè)開發(fā)上合理。從目前較多水利工程節(jié)能數(shù)據(jù)分析中，項目建設(shè)期的能耗均較小，因此在對項目進(jìn)行節(jié)能評價時應(yīng)著重分析項目運行期的各項能耗指標(biāo)以及所采用的降耗措施。節(jié)能措施中應(yīng)積極采用新技術(shù)、新產(chǎn)品，設(shè)備均應(yīng)選用技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、高效率、能耗低的節(jié)能型設(shè)備，從而最大程度降低能耗。以上拙見僅供同行交流探討，以共同做好節(jié)能設(shè)計工作為目的，為國家節(jié)能減排做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。