水利工程设计中节能技术的应用策略研究

杨态友 赵金柱

【摘 要】节约能源已经成为我国进行现代化建设中关注的重点问题之一，本文则以水利工程中的节能设计为主题，分别从工程功能的节能、用电设备节能两个大的方面对节能技术的应用进行了分析阐述。

【关键词】水利工程、节能技术、供电

水利工程建设是我国现代化建设的重要组成部分，其关乎国计民生，发展水利工程可以为我国农业以及工业的发展提供良好的外部保障。随着我国现代化建设的进程不断加快，水利工程越来越受到人们的重视。节能环保一直是我国现代化建设中提倡的内容，随着可持续发展战略以及环境保护战略的实施，节能环保更是被提上了议程，而水利工程设计中节能技术的应用也成为水利工程建设的重点内容之一。

一、工程功能的节能

1、提高自排能

在水利工程建设中，水系的布置以及节制闸、河道的结构特征都会影响到自排能力，所以，优化水系布置，然后经过经济技术比较后，选择较为合适的节制闸孔宽，在这种情况下，可以不再河道上修剪泵站，单单建立一个节制闸即可，通过自排来达到排涝和调水的效果，进而实现节能的目的。

2、泵闸结合布置

如果自排节能系统无法满足水位调节的要求，那么必须进行排水泵站修建，而泵闸结合的方式则最能实现节能。在水泵站的旁边装设节制闸，一般情况下，通过节制闸的自排效果，实现水位的调节，在大雨季节，当高潮位同时出现是则启用水泵来排水，以达到水位调节的目的，通过这种设计，可以节省大量的能源。

3、综合考虑区域排水模式

通常情况下，排水系统可分为一级排水和二级排水，在设计区域排水水系时，先将整个区域分为几块，然后将每一块排放的水集中到一级泵站，水再经一级泵站到达二级排水区域，然后再由此排到区域外。

4、加强对绿化景观以及人工水面的利用

在传统的水利工程建设中，为了节省空间，通常情况下会将防汛墙设计为直立式结构，但是随着人们环保意识的提高，对环保设计的要求也不断增高，所以，在河道的修建和改造过程中，需要在河的两旁设置一定面积的绿化带。通过这种方式可以有效提高河道的蓄洪能力，极大地减少了强排时间，而且对于净化当地空气也有重要的意义，符合节能环保的要求。例如，在浦东机场的二期工程中，为了满足排水以及景观的双重要求，则建立了一个面积适当的人工湖，将闸门设立于人工湖和排水河道之间，在汛期，则可打开闸门利用人工湖进行蓄洪，在发挥抗洪效果的同时，也满足了水利工程节能设计的要求。

二、用电设备对节能技术的应用

1、提升泵站装置的节能效果

泵站装置是水利工程中必不可少的组成部分，所以提升泵站装置的节能效果是水利工程节能设计的重要内容之一。水利设施中，为了能够充分发挥泵站的节能效果，则需要做好多个方面的工作，具体而言，包括泵站进、出水道之间的使用效率。进水流道、出水流道、以及闸门等原因。而在这里最重要的就是经过科学、合理地设计，有效降低进、出水道的能源消耗，以实现节能的目的。

2、水泵和电动机连接方式的节能设计

在水利工程中，水泵和电动机连接的方式主要有两种，分别为齿连和直接。前者指的是借助齿轮变速箱，将水泵与电动机连接起来，这种连接方式的最大优点在于利用齿轮变速箱，极大地提高了电动机的运行速度，这样就提高了水泵的工作效率，实现了节能设计，而且这种装置的占地空间也不会很大。但是，这种设计存在一定的缺点，即虽然借助齿轮箱提高了水泵的工作效率，但是齿轮箱的耗能較大，不符合节能设计理念，而且齿轮箱的作业和做成较大的噪音。与齿连相比，直接连接的节能效果更加明显，因为直接连接消耗的能源更低，虽然许多大中型的轴流水泵的转速普遍较低，但是其节能性却非常突出，为了突出节能效果，应该将低速的转冬季与电动机作相应的配套设计。

3、供电方案的节能设计

3.1 供电方案的合理选择

在供电方面，为了达到节能效果，必须对供电方案进行慎重选择，只有那些科学合理的供电方案才能真正达到节能目的。设计人员应该从节约能源的角度出发，对水利工程泵站的建设进行整体考量。首先要从经济和技术方面对对注水泵的电机容量进行分析和控制，当电机容量在250千瓦之下时，则选用高压电动机比较适合。就目前的情况来看，我国的电网电压为10千伏，所以，在水利工程中，为了既能够满足工程的需要，有能够达到节能目的，则应该将变压器调设在6到10千伏的区间内。然而，随着时代的发展，电动机的制造技术在不断提升，10千伏的电动机的应用范围不断扩大，但是这种电动机的应用对电动机有较高的要求，所以，对水利工程中电网的扩容则提出了更高的要求。随着技术的进步，区域电网容量不断扩大，电力系统对这种10千伏的电动机的限制作用也会不断减弱。所以，对电动机的配置进行合理控制，尽可能降低电力系统对电动机启动的限制。对于此，为了突出水利泵站的节能效果，在水利工程建设时，水利工程建设部门应该与电力部门进行沟通协调，在征得电力部门的应允后，在水利工程建设中，针对泵站的设计，针对350 至 630 千瓦的电动机，应首先考虑选用 10 千伏电压的电动机，因为这样的选择首先可以节省大量的电费，其次可以使水利工程的运行管理变得更加简易，最重要的一点是可以有效降低变压器的能源消耗，实现节能效果。

3.2 对变压器的合理配置

在水利工程建设中，为了实现节能效果，则应该对变压器进行合理配置。在对水利工程泵闸进行设计时，如果电动机的要求规格在250千瓦以下，为了突出节能效果，则应该选用电压适用值为380千伏的电动机，而如果选用较大用量的泵闸电动机，则必须借助专门的变压器装置进行降压处理。一般而言，所用的变压器也可以提供泵站用电，这明显存在较大的误区，所以，在供电方案的选用方面，要充分考虑此泵站供电的合理性，则必须对供电变压器进行另外配置，这样才能满足泵站运行电力的需求。通过这种方式，虽然增加了水利工程所使用的费用，但是在很大程度上减弱了大型电动机在启动或者停止时对电力系统造成的冲击，进而有效提高了供电的稳定性，从整体来看，节约了能源，实现了节能的目的。

3.3 应用补偿技术

在水利工程建设中，往往会受到地理环境因素的影响，而在地理因素的限制下，那些大流量的水泵，通常会选用选择低转速的大中型电动机来满足其供电的需求，这种大中型电动机的功率是0.6瓦，显然其功率较低，所以，必须进行功率补充。最有效的方法就是根据供电部位的标准对其进行集中补偿，通过功率补偿，使其功率增加到0.9瓦，这样的效果会更好。具体而言，为了达到这种补偿效果，则应该把每一台电容器和电动机并联起来，然后还必须串联一套防爆电抗器，这一防爆电抗器可以确保在合闸时不会受到电流的冲击。通过运用这种补偿技术，很大程度地简化了操作流程，极大地提高了电动机的运作效率，从而实现了节能的目的。

参考文献：

[1]刘后虎. 水利工程设计中存在的问题及改进措施[J]. 中国高新技术企业. 2010（13）

[2] 吴正厚. 水利工程设计中存在的问题及改进措施[J]. 河南科技. 2011（04）

[3]姜玲，赵旭光. 水利工程设计对施工过程的有效控制[J]. 民营科技. 2012（07）

[4]杨清义，贾海滨，孙业海，王立宣. 现代水利工程设计问题及关键点分析研究[J]. 科技资讯. 2013（13）

[5]宋亚伟，任晓蕾，赵瑞. 浅析水利工程设计中的问题与发展趋势[J]. 创新科技. 2013（10）