宋仙丹

摘要：本文分析了泵站工程節(jié)能的必要性，探討了泵站工程的節(jié)能設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行，闡述了泵站工程的節(jié)能理念和方法。

關(guān)鍵詞：泵站工程；設(shè)計(jì)；運(yùn)行；分析

中圖分類號(hào)：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

由于不同時(shí)期理念、技術(shù)的局限性和泵站工程的公益性，以前進(jìn)行泵站工程建設(shè)時(shí)往往更注重效果忽視效率、更注重建設(shè)忽視管理。泵站工程投資大、壽命長，改建時(shí)影響范圍廣，導(dǎo)致泵站工程技術(shù)推廣與應(yīng)用的速度較慢。多種原因?qū)е挛覈谋谜竟こ唐毡榫哂行实?、能耗大、自?dòng)化程度底等特點(diǎn)，具有巨大的節(jié)能減耗、提高效益的空間。我們應(yīng)該進(jìn)一步學(xué)習(xí)理解科學(xué)發(fā)展觀，充分認(rèn)識(shí)泵站工程節(jié)能降耗工作的緊迫性和重要性，把節(jié)能的理念滲透到規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理等各項(xiàng)工作中去。通過學(xué)習(xí)、交流掌握先進(jìn)技術(shù)和管理方法，有步驟、有計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)泵站工程節(jié)能的目標(biāo)。

1 泵站工程節(jié)能的必要性

節(jié)約資源是我國的一項(xiàng)長期基本國策，節(jié)能是解決我國能源問題的根本途徑。近年來，我國江河流域正進(jìn)行規(guī)?？涨暗囊?guī)劃、治理和開發(fā)，每年都有大批的水利水電工程開工興建。泵站是水利工程中的用電大戶，我國現(xiàn)有機(jī)電井和泵站總裝機(jī)容量約 18135 萬千瓦，如果泵站運(yùn)行效率平均提高一個(gè)百分點(diǎn)，就意味著每運(yùn)行一小時(shí)節(jié)約電能約 180 萬千瓦時(shí)，按照國家發(fā)改委現(xiàn)行的火電廠平均每千瓦時(shí)供電煤耗標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于節(jié)約 600 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少產(chǎn)生二氧化碳157.2 噸、二氧化硫 5.1 噸、氮氧化物 4.44 噸，泵站工程節(jié)能的重要性和緊迫性可見一斑。對(duì)泵站工程來說，節(jié)能意味著建設(shè)和運(yùn)行成本的降低、經(jīng)濟(jì)效益的提高，尤其是公益效益為主的泵站工程，規(guī)模、數(shù)量龐大，其必要性和經(jīng)濟(jì)性是不言而喻的。

2 泵站工程節(jié)能設(shè)計(jì)

泵站工程主要作用是防洪、除澇、灌溉等，實(shí)現(xiàn)以上功能的主要途徑在不同內(nèi)外河水位時(shí)存在不同的運(yùn)行方式，一般分為自排和強(qiáng)排二種。自排是利用工程前后形成的水位差自流排水，不需要任何動(dòng)力；強(qiáng)排是啟動(dòng)水泵，強(qiáng)行將水抽調(diào)，強(qiáng)排需要大量的動(dòng)力和能源消耗。泵站工程節(jié)能設(shè)計(jì)是主體工程設(shè)計(jì)的組成部分，應(yīng)遵循國家的基本建設(shè)方針和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，結(jié)合工程灌排需求和實(shí)際條件，綜合流域規(guī)劃和運(yùn)行成本，做出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

2.1 區(qū)域排水規(guī)劃

在設(shè)計(jì)區(qū)域排水水系時(shí)，應(yīng)通過對(duì)區(qū)域排水系統(tǒng)分塊、分級(jí)等辦法，合理規(guī)劃，優(yōu)化水系布置，綜合考慮區(qū)域排水模式，結(jié)合灌排需求，合理選址。通常采用利用地面和河道水位的高差，充分利用二級(jí)排水的河道有蓄水的功能，合理選擇二級(jí)啟排水位的排水模式。這種排水模式雖然會(huì)提高二級(jí)排水泵站動(dòng)力和運(yùn)行時(shí)間，但可以有效減少一級(jí)排水泵站設(shè)置或運(yùn)行時(shí)間，由于二級(jí)排水泵站增加的動(dòng)力遠(yuǎn)小于區(qū)域內(nèi)一級(jí)排水泵站動(dòng)力總和，節(jié)能效果顯著。

2.2 工程布置與選址

工程布置與選址時(shí)，應(yīng)盡量選用有利于自流和抽排相結(jié)合的位置，采用泵閘結(jié)合布置方式，在泵站附近修建節(jié)制閘，以節(jié)制閘自排為主，當(dāng)在水位差較大或?yàn)?zāi)害性天氣時(shí)，才進(jìn)行強(qiáng)排，這樣可大幅度的降低強(qiáng)排時(shí)間，達(dá)到節(jié)約的能源目的。例如廣州市白云區(qū)的河道屬典型的感潮平原河流，外江水位受潮水影響變幅較大，非常適用于泵閘結(jié)合的布置方式，利用閘前后的水位差，啟閉閘門，用自排來達(dá)到排澇和灌溉補(bǔ)水的需求，降低能耗。目前該類工程布置方式已在白云區(qū)得到廣泛應(yīng)用。

2.3 機(jī)組選型

在新建和改建泵站工程時(shí)裝機(jī)臺(tái)數(shù)和機(jī)組型號(hào)的選擇決定了工程建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行能耗，必須給予足夠的重視。泵站工程，無論是排澇還是灌溉補(bǔ)水，運(yùn)行狀態(tài)都具有較大的不確定性，方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，根據(jù)本地區(qū)灌排水量需求變化的特點(diǎn)，對(duì)裝機(jī)臺(tái)數(shù)、機(jī)組型號(hào)、不同型號(hào)機(jī)組的匹配進(jìn)行方案內(nèi)部?jī)?yōu)化和互異方案比選，從而選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，提高效益、減少能耗。

2.4 流道水力設(shè)計(jì)

泵站效率是指從泵站進(jìn)水口到出水口整個(gè)泵站裝置的效率，它不但與水泵電動(dòng)機(jī)組的效率有關(guān)，還與進(jìn)水流道、出水流道和閘門等水工構(gòu)筑物的水力損耗有關(guān)。在選擇了高效的水泵電動(dòng)機(jī)組后，要提高泵站的裝置效率就主要是減少水工構(gòu)筑物的水力損耗，選擇合理的流道布置不但直接影響工程安全運(yùn)行，還是減少流道水力損耗的重要措施。

2.5 供電方案設(shè)計(jì)

泵站工程的能源消耗主要是電能，因此選擇合理的供電方案是節(jié)能的又一個(gè)重要的措施。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)工程的條件和特點(diǎn)，通過優(yōu)先選用 10kV主水泵電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的供電方式、采用就地補(bǔ)償新技術(shù)、合理配置站用變壓器等措施到達(dá)節(jié)能的目的。

3 泵站工程優(yōu)化運(yùn)行

泵站優(yōu)化運(yùn)行管理的任務(wù)是需要經(jīng)常不斷的根據(jù)灌排要求及水源（或容泄區(qū)）的水位變化情況來組織經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，并對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、維護(hù)和檢修，以保證機(jī)組運(yùn)行正常的技術(shù)狀態(tài)，從而提高泵站的技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)還需對(duì)各種反常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視控制或利用，以便充分發(fā)揮機(jī)電設(shè)備的效益和避免事故的發(fā)生。

3.1 單一泵站工程優(yōu)化運(yùn)行

單一泵站工程最優(yōu)化運(yùn)行的準(zhǔn)則主要有：①以泵站效率最高為準(zhǔn)則；②以泵站耗電最少為準(zhǔn)則；③以泵站運(yùn)行費(fèi)用最低為準(zhǔn)則；④以泵站最大流量為準(zhǔn)則。管理人員應(yīng)根據(jù)不同灌排需求和泵站實(shí)際情況，選擇合理節(jié)能的運(yùn)行方式。例如某種降雨量情況、來流情況、內(nèi)外江水位差時(shí)，應(yīng)開幾臺(tái)機(jī)組、居中開機(jī)還是對(duì)稱開機(jī)、各機(jī)組采用什么運(yùn)行方式運(yùn)行等，均直接影響整個(gè)泵站的效率和能耗。管理單位應(yīng)注重管理人員培訓(xùn)，持證上崗，以提高泵站維護(hù)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。配備變速設(shè)施或可調(diào)葉片安裝角的機(jī)組，為節(jié)能提供了更大的空間，但其優(yōu)化運(yùn)行方式選擇也更為復(fù)雜，建議管理單位結(jié)合泵站基本情況編制程序計(jì)算最優(yōu)運(yùn)行方式并實(shí)施。

3.2 多個(gè)泵站聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行

平原地區(qū)地勢(shì)平坦，河流交錯(cuò)縱橫，同一排水區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個(gè)同級(jí)排澇泵站現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；在引水、供水方面，多級(jí)站聯(lián)合運(yùn)行的現(xiàn)象屢見不鮮。同級(jí)多站、多級(jí)多站聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行主要解決兩個(gè)問題：①通過各個(gè)站間流量配置或配合計(jì)算，達(dá)到流量平衡；②各站均處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況。流量配置或配合計(jì)算一般有兩種方法，即圖解法和列表法；各站均處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況可參考單一泵站工程優(yōu)化運(yùn)行方法選定。聯(lián)合運(yùn)行涉及多單位、多部門，應(yīng)統(tǒng)一思想、加強(qiáng)溝通、統(tǒng)一指揮，確保聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)。

3.3 應(yīng)用信息技術(shù)泵站優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度

如何根據(jù)氣象和地理?xiàng)l件對(duì)這些泵站工程進(jìn)行高效調(diào)度，提高綜合防汛和調(diào)水能力，減少強(qiáng)排時(shí)間，以達(dá)到節(jié)能的目的，是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題，依靠傳統(tǒng)人工調(diào)度的方式是無法解決這個(gè)難題的，只有應(yīng)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)才能滿足上述要求。該流域綜合治理以及水資源的合理調(diào)配，不僅依賴于水利設(shè)施的合理規(guī)劃，還取決于對(duì)水利設(shè)施科學(xué)、高效地調(diào)度。防汛和水資源管理實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是新時(shí)期區(qū)域泵站工程信息化調(diào)度控制的中樞，以現(xiàn)代集散控制和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全部水利設(shè)施的實(shí)時(shí)控制、統(tǒng)一調(diào)度、集中管理，達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行結(jié)構(gòu)、提高反應(yīng)速度、降低運(yùn)行成本的目的，更重要的是提高了區(qū)域防洪、排澇及抗災(zāi)能力，實(shí)現(xiàn)了泵站工程的低能耗、高效益。

4 結(jié)束語

2011 年 1 月 29 日發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》，是新世紀(jì)以來中央關(guān)注“三農(nóng)”的第八個(gè)“一號(hào)文件”，也是新中國成立 62 年來中央文件首次對(duì)水利工作進(jìn)行全面部署。隨著大批泵站工程投入建設(shè)，如何在這些工程中貫徹“中華人民共和國節(jié)約能源法”和中央關(guān)于建立節(jié)約型社會(huì)的精神，達(dá)到節(jié)能的要求，是泵站工程設(shè)計(jì)者和管理人員迫切需要解決的工程課題。

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