浅谈水利工程节能设计应注意的几个问题

郭 霞

（德州市水利勘测设计研究院，山东 德州 253014）

近年来，随着社会经济的快速发展，能源紧缺问题日益突出，如何依托先进的科学技术来降低各项生产的能耗，已成为实施可持续发展战略的重要研究课题之一。水利工程建设作为促进我国国民经济发展的重要组成部分，必须及时适应能源转变的潮流，不断加大在节能减排方面的投入，提高能源利用率。节能设计作为水利工程建设中的一个新理念、新要求、新目标，已经受到了越来越广泛的重视。水利工程节能设计应当结合工程的实际情况与特征进行能耗分析，优化工程选址、施工组织、供电配置等设计方案，并有针对性的提出节能措施。为了使水利工程节能设计更加直观化，本文结合实际工程案例进行分析。

1 工程概况

乐陵市碧霞湖水库向龙泉水厂供水工程的主要任务是通过泵站及管道将水库原水输送至自来水厂，解决城乡供水问题。龙泉水厂二期扩建后，供水规模达5万t，现有管道实际供水能力仅2万m3/d，远远不能满足供水要求。本工程设计内容为：新建一条从碧霞湖水库出库泵站至龙泉水厂的原水供水管道，管道设计供水量6万m3/d；碧霞湖水库出库泵站电气及自动化改造；龙泉水厂电气改造。工程规模中型，工程等别Ⅲ级。

2 能耗分析

本项目建设期间主要能耗工序有原材料（主要是水泥、钢筋、木料等）的损耗，施工机具、工程用车燃油和施工单位用水、用电的损耗。项目改造完成后，能耗情况与改造前基本相同，主要是泵站、水厂用电和管理单位用水、用电以及燃油的损耗。

项目建设期能源消耗总量包括：新鲜水消耗量、电能消耗量、汽油消耗量和柴油消耗量总计为232.87tce（吨标准煤当量）。项目运行期能源消耗总量包括：新鲜水消耗量、电能消耗量（主要是水厂和泵站）和汽油消耗量总计为672.29tce。

根据《泵站技术管理规程》（SL255-2000）中电力泵站水源单耗计算公式：

其中，e是能源单耗，kW·h/（kt·m）；E是泵站一段时间内运行所消耗的能源总量，kW·h；G是同时间内泵站的总提水量，m3；H是泵站的平均扬程，m。其中G=3.6pQt，p是水的密度，Q是该段时间内平均提水量，t是该段时间内提水总次数。

计算得水库入库、出库泵站电耗指标均符合《泵站技术管理规程》（SL255-2000）中电力泵站水源单耗不超过5 kW·h/（kt·m）的标准，见表1。

表1 电力泵站水源单耗计算表

3 工程节能措施

3.1 工程布置设计优化

1）选择供水线路的输水线路与输水方式。在水利工程中，供水线路的选择应结合城市建设规划和地形状况来设计，尽量沿城市规划道路敷设，减少迁占；尽量避开不良地形，缩短管线长度；尽量减少平面和弯道设计，减少局部水头损失。供水线路的输水方式应尽量利用地形高差，采用重力流自压输水。

2）选择供水工程的管径和管材。本工程无安全贮水池和其他安全供水措施，根据供水管道设计输水量要求，并考虑其经济效益，宜选用2根DN800管道供水，供水保证率达95%。供水工程管材的选择应该坚持下列原则：即在确保工程安全稳定运转的条件下，尽量选取输水水力条件较好、管壁糙率较小的材料。例如玻璃钢管、球墨铸铁管，减少输水线路的沿程水头损失。

3.2 工程机电节能设计

水利工程能源消耗主要为电能，所以供电方案选择时在满足实际应用的同时，需要选择合适的用电设备来满足节能要求。结合本工程实际情况，仅从供电方案的节能设计方面进行分析。

1）优化供配电系统。根据电网负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等因素，应合理设计供配电系统，尽量做到系统简单可靠，操作方便。目前，随着我国电网容量的改善和发展，水利工程用电一般实行直接联网运行的供电方案，优先选用10 kV型水泵电动机，从而降低了变压器所产生的能耗。泵站用电自供电电源至变电站均采用高压送电，以减少电能损耗。优化供配电线路，减少线路长度，降低电能损耗。本工程设计采用两路10 kV专用架空供电线路、两台主变，平时均供电，互为备用，仅在其低压进线柜处进行双电源自动切换，保障供电安全稳定。

2）合理配置变压器。水利工程中的电动机用电量都比较大，需要设置降压变压器维护正常运作。水利工程的排水泵站只有在比较紧急的情况下才会启动，使用频率相对较少，而水利工程的站用电每天都需要消耗电能。因此，在设计供电方案时，建议增设站用变压器，不仅提高了供电稳定性，而且在一定程度上节省了电能消耗。本工程采用新一代节能产品S11系列配电变压器，型号为S11-M-630 10±5%/0.4 kV，比老一代产品降低空载损耗约8%～15%。

3.3 施工节能措施

本工程在施工期间，其能源消耗主要表现在各种运输车辆、施工机具的燃油和施工单位用水、用电的损耗。施工组织设计过程中，在保证施工安全、项目结构稳定可行的前提下，应尽量使用选型合适、功率较低的施工机械；应做好土方开挖、回填的合理调配，尽量选择开挖废料填筑碾压和较为近便的土方调度场，采取施工网络技术对施工运输、碾压工序进行优化，降低运输成本，减少施工能耗；在保证混凝土结构物安全的的前提下，合理调整混凝土配合比，提高浇筑效率；在施工现场，合理调度各个施工机械的工作次序，防止机械“空跑”，降低燃油损耗；在施工生活区，尽量保证使用自然光源，普及使用太阳能，减少电热供电。

3.4 工程运行节能管理

本工程在正式投入运营以后，主要是水厂、泵站运行和管理单位运行耗能。建立严格的工程运行管理和监督机制，是优化工程节能设计、实现节能高效实施的重要途径。监督工作人员对厂房、泵站内的主要设施、设备进行定期巡视检查，如发现安全隐患，必须及时处理，保证设备长期高效运行，降低额外能耗；根据水利工程的工作内容、运行方式、天气变化和设备的使用性能等，对机械设备进行科学、合理化调度，控制水泵机组在高效区运行，尽量减少水泵机组的开关机次数，避免瞬间耗电量过大等造成的能量损耗；工作区域内需要照明的部分，应该施行分片供电措施，智能调节灯光亮度，实现全厂区智能运营。

4 结语

能源是国家经济发展的重要保障，基于节能理念下的水利工程建设，无论是对现代水利工程的发展，还是对国家社会经济的可持续发展都有非常积极的意义。加大水利工程的节能控制，着重从工程设计上入手，在能耗分析的基础上，有针对性地采取节能降耗技术及措施，从而提高水利工程的能源利用效率和服务质量，使其利国利民。