水利工程设计中节能技术的结合及应用

近年来，水利工程行业的不断发展，使得水利工程设计中的节能技术问题引起了人们的普遍关注。节能技术设计直接影响水利工程的质量。我国在水利工程设计的节能技术上，采取了很多的措施，并取得了一定的成绩。

1 节能技术在水利工程中应用的意义

节能减排是我国新时期建设的首要任务，在我国“十二五”规划中提出了推进节能减排改造的要求，绿色环保节能工程已经成为今后发展的重点。而且长期的高负荷用电还会导致风险事故的发生，例如用电超负荷引发火灾，将严重危害人民的生命财产安全。这些都是水利工程节能发展的需求所在。新型电气技术的应用可以从多方面改进以往水利工程中存在的能耗和风险过高问题，减少供电传输中在线路和网络中损耗的能源，同时将节能设备及材料应用到工程之中，将用电过程中能源损耗降低。无论是对原有工程的改造还是新建工程的建设，都应当结合水利工程引入相关的电气节能技术，提高能效。

2 水利工程设计中的节能分析

2.1 强化水利工程的自排能力

通常情况下，河道、水闸的结构特征和水系安排决定了水利工程的自排能力。目前，水利工程已经依据自身的实际情况创建了健全的防洪防涝措施，水系安排也得到了进一步的优化。在比较节能技术的实用性、经济性以及安全性之后，合理地选择适当的水闸孔宽度和河道断面。这样不仅可以减少泵站的建设量，还可以充分利用闸后和闸前之间存在的水位差距来开关闸门，然后经过水利工程的自排来满足调水和排涝防洪需要。

2.2 合理的布设泵闸

仅仅是凭借着水利工程的自排能力是不可能满足水利工程的排涝防洪以及调水需求的，而要想达到这一效果，就需要设置和水利工程自排能力相符合的泵站。在进行泵站的设计时，一般会把泵和闸结合起来进行合理的布设，就是说在泵站的下方或泵站周边设置和它相符合的水闸，需要注意的是，一定要以水闸的自排作用为核心。此外，倘若出现恶劣天气和较大的水位差，就要马上采用强排措施，因为这样做不仅可以在很大程度上缩短排水时间，还可以避免不必要的浪费。

2.3 采用绿化带来增强河道的防洪能力

在对传统的防汛墙进行设计时，通常是设计成治理结构，因为采用这种结构能够最大限度地减少河道的占地面积。但是，随着人们对自然环境保护和生态建设逐渐加强重视。如今，在建设河道时都需要在河道两侧布置绿化带，以便通过增添绿化带来高效地缩减排水时间，并增强河道的防洪能力。同时，也可以在一定程度上满足生态建设的需要，而最为重要的是可以节约很多能源。

2.4 采用信息技术来进行科学、合理的调度

目前，随着我国经济的发展，为满足社会发展的需要，我国已经建立了许多水利工程。倘若能够及时地依据天气情况而对水利工程进行合理、科学的调度，就能够在很大程度上提升水利工程的防洪和调水能力，从而达到缩减排水时间和节能的目的。但是，这一工程是非常复杂的，倘若仅仅是依赖人工调节是很难实现的。因此，就需要借助信息技术，即通过建立防洪和水资源监控系统，采用集散控制的方式，应用计算机网络技术来进行统一的调度并给予及时的控制，从而提高水利工程的反应速度，并达到优化工程运行结构、缩减经营成本的目的。

3 关于用能品种及用能总量

根据工程设计方案及施工组织设计，对工程施工期和运行期的用能品种、数量进行计算。在此基础上，将各个用能品种的用量换算为标准煤数量，以此可以分别计算出工程施工期和运行期折合为标准煤的用能总量。

4 节能技术方案

4.1 供电方案的节能

水利工程的能源消耗主要是电能，因此选择合理的供电方案是节能的又一个重要的措施。针对水利工程的特点，在供电方案的设计中采取下列节能措施。

（1）优先选用10kV主水泵电动机直接联网运行的供电方案

水利泵站的主水泵电动机容量都比较大，从经济和技术综合考虑，设计手册建议容量大于250kW电动机应选用高压电动机。以前这类电动机一直选用电压等级为6kV电动机，我国供电电网的电压是10kV，所以必须设置10～6kV降压变压器，为满足大型电动机启动时的压降的要求，降压变压器的容量都大于电动机的容量之和。

（2）合理配置站用变压器

在设计的泵闸工程中，如电机容量在250kW以下时，为了节省工程投资和今后运行管理的方便，都选用380V电动机。由于泵闸电动机用电量较大，必须设置专用的10～0.4kV降压变压器给电动机供电，通常泵站的站用电也由该变压器供给。水利工程的排水泵站，除在灾害性天气时启动水泵排水外，年运行小时数相对较少，通常在250h以下，而站用电每天都要供电。如用主变压器来给站用电供电显然是不合理的，所以在设计这类泵站的供电方案时另配站用变压器，平时主变压器不投入运行，由站用变压器给站用电供电。虽然工程投资有所增加，但避免大电机启动和停止运行时的冲击，提高了供电的可靠性，还可节约大量的能源。

4.2 用电设备的节能

在水利工程设计中，除严格按有关规定的要求选用节能电气产品外，在选择用电设备时从以下几个方面体现节能的要求：

（1）选择合理的水泵参数，使水泵工作在高效区

新建水利泵站所选用的水泵多数为大中型轴流水泵，这类产品已形成系列，有多种泵型、不同的叶片安放角和多种口径供用户选择，以适应各种不同的工况条件。在泵站设计中，严格按设计规范的要求，对设计工况下的水泵参数如水泵泵型、叶片安放角、口径和比转速等进行比较选择。优选水泵参数使水泵在设计工况下能在高效区工作。

（2）水泵和电动机的连接优先采用直连方式

水泵和电动机的连接有齿连和直连两种方式。直连是指水泵和电动机直接连接成水泵电动机组，这就要求电动机的转速与水泵的转速一致，大中型轴流水泵的转速都比较低，与其配套的电动机必须是低速电动机，其体积大，效率略低。齿连是指水泵和电动机通过齿轮变速箱连接成水泵电动机组，采用齿连方式电动机可用高速电动机，其体积小，效率略高，但齿轮变速箱能耗较大，整个水泵电动机组的效率反而比直连约低2%～3%。噪声也较大，还增加了日

常维护保养的工作量。考虑节能、噪声及工作可靠性等因素，在泵站设计中水泵和电动机的连接优先采用直连方式。

（3）提高泵站的装置效率

泵站的装置效率是指从泵站进水口到出水口整个泵站装置的效率，它不但与水泵电动机组的效率有关，还与进水流道、出水流道和闸门等水工构筑物的水力损耗有关。在选择了高效的水泵电动机组后，要提高泵站的装置效率就主要是减少水工构筑物的水力损耗，选择合理的流道布置是减少流道水力损耗的重要措施。在设计某低扬程泵站净扬程为1.96m时初选立式流道布置，经计算流道损失可达1.5m。在对各种流道方案进行反复比较后，建议选用贯流式流道布置方案，经计算流道损失仅0.6m，电动机功率由360kW降为220kW，节能达38.9%，还大幅度降低了工程造价。

5 结束语

综上所述，节能技术是水利工程设计的核心工作。因此，我们要根据实际情况制定出合理的节能技术设计方案，确保水利工程的发展。