白莲河抽水蓄能电站地下厂房通风能效测试及评价分析

杨晓峰，杨志刚，丁 帅，刘 英，郭顺国，高小攀，李安桂

（1.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055；2.水电水利规划设计总院，北京 100120；3.湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北 罗田 438600）

国务院 “十一五”、 “十二五”节能减排文件相继提出了坚持降低能源消耗强度、减少主要污染物排放量、合理控制能源消费量相结合的方针政策。而在地下电站运行过程中，合适的环境参数是保障地下厂房机电设备安全运行及作业人员身体健康、提高工作效率的前提条件[1]。因此，在满足环境质量要求的基础上，减少能源消耗已变得越来越重要。通风空调系统的能耗在地下厂房总能耗中占据相当大的比例，是能耗控制的重要方面。空调系统能效比 （包括设计能效比和运行能效比）是判断空调工程是否节能的指标，运行能效比是指运行过程中空调系统实际供冷 （或热）量与空调设备实际耗电量的比值，对于判断在实际运行过程中空调系统是否节能具有十分重要的意义[2]。为了解白莲河抽水蓄能电站地下厂房通风空调系统的能效情况，促进系统节能运行，对通风空调系统进行了综合效能的测试工作，本文对测试结果进行了分析与评价。

1 工程概况

白莲河抽水蓄能电站安装4台300 MW单级单转速可逆混流式水泵水轮发电机组。通过761 m长的进厂交通洞进入地下厂房，整个厂房为一个庞大的洞室群，包括平行布置的尾水闸门室、主变洞、主厂房、球阀室、4个联系主厂房及主变洞的母线洞、1个厂用配电洞及高压电缆出线洞。

电站处于北亚热带季风气候区，库区多年平均气温16.2℃。7月最热，月平均气温22.5～28.7℃；1月最冷，月平均气温0.2～3.9℃；极端最高、最低气温分别为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 电站通风空调系统概况

白莲河电站通风设计上将主机洞与主变洞分为两个系统。主机洞采用全空调，主变洞采用机械通风。根据厂房布置情况，拟定由进厂交通洞分4路进风：一路经主机洞空调室引至主机洞拱顶，下送至发电机层，经母线层、水轮机层、母线道重复使用后排至厂外；一路直接引到主变搬运道，经主变室及电缆层使用后排至厂外；另两路直接引到球阀室及尾水闸门廊道使用后排至厂外。主厂房空调机房设在主厂房安装场端。进厂交通洞除直接通到主机洞、主变洞及尾闸室外，同时通过3号施工支洞连到球阀洞室，从3号施工支洞打一短竖井并开挖一岔洞连通到主厂房安装场端，主厂房空调机房设在岔洞内，通过风道送风到主厂房拱顶的风管内[3]。电站通风空调设备包括1个主厂房空调系统、11个单独通风系统 (如透平油库通风系统等)、4个厂内辅助通风系统 （主厂房母线层、水轮机层、厂用配电洞和空压机室）和2个排烟系统 （主厂房排烟系统和主变运输廊道排烟系统）。

3 通风能效测试试验及能效分析

3.1 测试试验

为深入贯彻节约资源和保护环境基本国策，促进我国水电开发建设健康有序发展，加强节能降耗的源头管理，进一步完善水电工程节能评估与能源管理体系标准，规范水电工程 （含抽水蓄能）节能效果及技术，根据 《中华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国可再生能源法》、 《国务院关于加强节能工作的决定》、 《国务院关于印发节能减排“十二五”规划的通知》等有关法律法规的规定，以及GB/T 23331—2009《能源管理体系要求》、GB/T 15587—2008《工业企业能源管理导则》、GB/T 50649—2011《水利水电工程节能设计规范》和DL/T 5020—2007《水电工程可行性研究报告编制规程》等规范标准要求，选择2013年4月这个过渡季节时段，对白莲河电站进行了通风工况下的通风与空调工程系统负荷的综合能效现场测试试验。测试过程中电站各发电机组的运行状况见表1。

表1 测试过程中电站机组的运行状况

试验测定内容包括[4]：①进、排风口空气状态参数；②空气调节机组性能参数；③区域气流速度、温度、相对湿度、壁面温度；④通风空调系统耗功率；⑤系统总排热量和总耗功率。

在主厂房发电机层、母线层、水轮机层、蜗壳层、交通洞入口、空调进风洞及6号支洞 （排风洞）等处分别合理布置测点，利用温湿度自记录仪、TSI风速仪、红外线测温仪、钳形三相电功率表等仪器进行测试并记录数据，为求得通风空调系统能效比提供了可靠的第一手资料，图1、2分别是电站各测点的温、湿度变化情况。由图1、2可知主厂房各层的温、湿度均满足 《水力发电厂厂房采暖通风和空气调节设计技术规程》的规定。

图1 电站各测点的空气温度变化

3.2 能效计算

3.2.1 通风排热量的计算

通风气流排热量测试中，主要对进厂交通洞、6号支洞 （排风洞）各主要断面进行气流参数的测试及焓值的计算，能量平衡计算式为

图2 电站各测点的空气相对湿度变化

式中， Qp为厂房通风带走的总热量，kW；Gi、hi分别为进入厂房各洞室断面处空气流量和气流焓值，kg/s和kJ/kg；Go、ho分别为厂房排风各断面处的排风量和气流焓值，kg/s和kJ/kg。

主厂房及主变室的通风流程如图3所示。

图3 通风工况通风流程示意

3.2.2 通风系统总耗功率

使用三相钳形功率表测出运行风机的三相电压和电流，利用式 （2）、 （3）计算出风机的耗功率：

式中，Pi为设备耗功率，kW；Ui为实测电压，V；Ii为实测电流，A；W为通风系统总功率，kW。

3.2.3 能效计算

按照能效的定义，地下厂房通风空调系统的综合能效为通风空调系统带走的总热量与其总耗电功率的比值[5]。由于廊道本身的蓄能作用对引入空气具有良好的加热或降温效果[6-8]，故考虑2种能效比：

式中，EER1为只考虑厂房岩体自然冷却 （即不计入交通洞岩体自然冷却）通风系统能效比；EER2为计入厂房及交通洞岩体自然冷却通风系统能效比。

利用实测数据和通风设备的总耗功率115.8 kW，按式 （4）、 （5）计算出通风系统的能效比，并绘制综合能效曲线如图4所示。

3.3 厂房环境参数及通风工况能效分析

图4 电站地下厂房通风系统综合能效曲线

由图4可以看出，ERR1随着时间呈类似正弦函数曲线的变化。在4月13日凌晨出现了波峰值，由图1、2可知，该时段进厂交通洞入口处温度较低、湿度较大、焓值较低，而排风洞温度、湿度及焓值变化不大，故出现波峰。在4月12日下午出现了相对较低的能效比，该时段进厂交通洞入口处温度较高、湿度较低、焓值较高，排风洞焓值变化不大，故出现了较低的能效比值。在大部分时间内，ERR1为1.6～2.7，平均值是1.9，可见ERR1受室外空气参数影响较大。相比较而言，ERR2一般在1.8~3.3，由于地下厂房巨大的蓄热能力，使得6号支洞 （排风洞）内的温度、湿度及焓值变化不大，ERR2比较为稳定，平均值为2.8。

4 结 论

（1）实测数据计算表明，只考虑厂房岩体自然冷却通风系统的能效比在1.6～2.7，平均值是1.9；而计入厂房及交通洞岩体自然冷却通风系统能效比较为稳定，平均值为2.8。说明洞室对引入空气具有良好的加热或降温效果。

（2）实测组合式空调机组的送风口风速，发现实际送风并未达到额定风量，除了季节的原因外，对空调机组进行检测，以提高通风效果、降低能耗也是必要的。

（3）测试表明，操作廊道层温度较低、湿度较大，建议制定除湿机科学启停运行的策略及方案以便合理调节廊道内的温、湿度。

（4）白莲河电站为地下式抽水蓄能电站，间歇运行是其主要工作特点。电站围护结构蓄热能力强。建议空调通风系统根据室外气象条件和进行特点，采取梯级运行方案，以降低运行能耗；对内部长期运行的辅助设备间，可利用局部空调进行降温，进一步减少通风空调运行能耗，保障发电设备工艺安全与人体健康。

［1］杨述仁， 等.地下水电站厂房设计［M］.北京：水利电力出版社，1993.

［2］徐猛.公共建筑空调系统效能比的探讨［J］.四川建材，2011，37（2）:252-254.

［3］贺婷婷.白莲河抽水蓄能电站通风空调设计［J］.水力发电，2010，36（7）:73-75.

［4］DG/TJ 08—802—2005 通风与空调系统性能检测规程［S］.

［5］薛殿华.空气调节［M］.北京：清华大学出版社.1991.

［6］张治.龙滩地下水电站热环境特性研究［D］.重庆：重庆大学，2005.

［7］胡凤山，刘胜全.水电站通风设计中的几个技术问题［J］.东北水利水电， 1997（6）:3-5.

［8］温建军，李安桂，董宇.坝体廊道通风换热性能的解析研究［J］.制冷空调与电力机械， 2010， 31（3）:20-26.