论文部分内容阅读
摘要：为深入贯彻科学发展观，落实节约资源基本国策，唤醒泵站工程设计人员节能设计理念和管理人员优化运行意识，本文分析了泵站工程节能的必要性，结合相关工作经验，就泵站工程节能设计和优化运行方面进行探讨，阐述了泵站工程的节能理念和方法。
关键词：泵站工程 节能 设计 优化 运行
2011年1月29日发布的《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》，是新世纪以来中央关注“三农”的第八个“一号文件”，也是新中国成立62年来中央文件首次对水利工作进行全面部署。随着大批泵站工程投入建设，如何在这些工程中贯彻“中华人民共和国节约能源法”和中央关于建立节约型社会的精神，达到节能的要求，是泵站工程设计者和管理人员迫切需要解决的工程课题。
1 泵站工程节能的必要性
节约资源是我国的一项长期基本国策，节能是解决我国能源问题的根本途径。近年来，我国江河流域正进行规模空前的规划、治理和开发，每年都有大批的水利水电工程开工兴建。泵站是水利工程中的用电大户，我国现有机电井和泵站总装机容量约18135万千瓦，如果泵站运行效率平均提高一个百分点，就意味着每运行一小时节约电能约180万千瓦时，按照国家发改委现行的火电厂平均每千瓦时供电煤耗标准，相当于节约600吨标准煤，减少产生二氧化碳157.2吨、二氧化硫5.1吨、氮氧化物4.44吨，泵站工程节能的重要性和紧迫性可见一斑。对泵站工程来说，节能意味着建设和运行成本的降低、经济效益的提高，尤其是公益效益为主的泵站工程，规模、数量庞大，其必要性和经济性是不言而喻的。
2 泵站工程节能设计
泵站工程主要作用是防洪、除涝、灌溉等，实现以上功能的主要途径在不同内外河水位时存在不同的运行方式，一般分为自排和强排二种。自排是利用工程前后形成的水位差自流排水，不需要任何动力；强排是启动水泵，强行将水抽调，强排需要大量的动力和能源消耗。泵站工程节能设计是主体工程设计的组成部分，应遵循国家的基本建设方针和技术经济政策，结合工程灌排需求和实际条件，综合流域规划和运行成本，做出最优设计方案。
2.1 区域排水规划 在设计区域排水水系时，应通过对区域排水系统分块、分级等办法，合理规划，优化水系布置，综合考虑区域排水模式，结合灌排需求，合理选址。通常采用利用地面和河道水位的高差，充分利用二级排水的河道有蓄水的功能，合理选择二级启排水位的排水模式。这种排水模式虽然会提高二级排水泵站动力和运行时间，但可以有效减少一级排水泵站设置或运行时间，由于二级排水泵站增加的动力远小于区域内一级排水泵站动力总和，节能效果显著。
2.2 工程布置与选址 工程布置与选址时，应尽量选用有利于自流和抽排相结合的位置，采用泵闸结合布置方式，在泵站附近修建节制闸，以节制闸自排为主，当在水位差较大或灾害性天气时，才进行强排，这样可大幅度的降低强排时间，达到节约的能源目的。例如广州市白云区的河道属典型的感潮平原河流，外江水位受潮水影响变幅较大，非常适用于泵闸结合的布置方式，利用闸前后的水位差，启闭闸门，用自排来达到排涝和灌溉补水的需求，降低能耗。目前该类工程布置方式已在白云区得到广泛应用。
2.3 机组选型 在新建和改建泵站工程时装机台数和机组型号的选择决定了工程建设费用和运行能耗，必须给予足够的重视。泵站工程，无论是排涝还是灌溉补水，运行状态都具有较大的不确定性，方案设计时应在满足设计要求的前提下，根据本地区灌排水量需求变化的特点，对装机台数、机组型号、不同型号机组的匹配进行方案内部优化和互异方案比选，从而选择最优的设计方案，提高效益、减少能耗。
2.4 流道水力设计 泵站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不但直接影响工程安全运行，还是减少流道水力损耗的重要措施。
2.5 供电方案设计 泵站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。设计时，应针对工程的条件和特点，通过优先选用10kV主水泵电动机直接联网运行的供电方式、采用就地补偿新技术、合理配置站用变压器等措施到达节能的目的。
3 泵站工程优化运行
泵站优化运行管理的任务是需要经常不断的根据灌排要求及水源（或容泄区）的水位变化情况来组织经济运行方案，并对机电设备进行监视、维护和检修，以保证机组运行正常的技术状态，从而提高泵站的技术指标，同时还需对各种反常运行状态进行监视控制或利用，以便充分发挥机电设备的效益和避免事故的发生。
3.1 单一泵站工程优化运行 单一泵站工程最优化运行的准则主要有：①以泵站效率最高为准则；②以泵站耗电最少为准则；③以泵站运行费用最低为准则；④以泵站最大流量为准则。管理人员应根据不同灌排需求和泵站实际情况，选择合理节能的运行方式。例如某种降雨量情况、来流情况、内外江水位差时，应开几台机组、居中开机还是对称开机、各机组采用什么运行方式运行等，均直接影响整个泵站的效率和能耗。管理单位应注重管理人员培训，持证上岗，以提高泵站维护运行的安全性和经济性。配备变速设施或可调叶片安装角的机组，为节能提供了更大的空间，但其优化运行方式选择也更为复杂，建议管理单位结合泵站基本情况编制程序计算最优运行方式并实施。
3.2 多个泵站联合优化运行 平原地区地势平坦，河流交错纵横，同一排水区域内设置多个同级排涝泵站现象时有发生；在引水、供水方面，多级站联合运行的现象屡见不鲜。同级多站、多级多站联合优化运行主要解决两个问题：①通过各个站间流量配置或配合计算，达到流量平衡；②各站均处于经济运行工况。流量配置或配合计算一般有两种方法，即图解法和列表法；各站均处于经济运行工况可参考单一泵站工程优化运行方法选定。联合运行涉及多单位、多部门，应统一思想、加强沟通、统一指挥，确保联合优化运行的实现。
3.3 应用信息技术泵站优化运行调度 如何根据气象和地理条件对这些泵站工程进行高效调度，提高综合防汛和调水能力，减少强排时间，以达到节能的目的，是一个非常复杂的系统工程问题，依靠传统人工调度的方式是无法解决这个难题的，只有应用现代化的信息技术才能满足上述要求。该流域综合治理以及水资源的合理调配，不仅依赖于水利设施的合理规划，还取决于对水利设施科学、高效地调度。防汛和水资源管理实时监控系统是新时期区域泵站工程信息化调度控制的中枢，以现代集散控制和网络技术实现全部水利设施的实时控制、统一调度、集中管理，达到优化运行结构、提高反应速度、降低运行成本的目的，更重要的是提高了区域防洪、排涝及抗灾能力，实现了泵站工程的低能耗、高效益。
4 结论与展望
由于不同时期理念、技术的局限性和泵站工程的公益性，以前进行泵站工程建设时往往更注重效果忽视效率、更注重建设忽视管理。泵站工程投资大、寿命长，改建时影响范围广，导致泵站工程技术推广与应用的速度较慢。多种原因导致我国的泵站工程普遍具有效率低、能耗大、自动化程度底等特点，具有巨大的节能减耗、提高效益的空间。
我们应该进一步学习理解科学发展观，充分认识泵站工程节能降耗工作的紧迫性和重要性，把节能的理念渗透到规划、设计、运行、管理等各项工作中去。通过学习、交流掌握先进技术和管理方法，有步骤、有计划的实现泵站工程节能的目标。
参考文献：
[1]皮积瑞.农田水利与泵站工程.武汉大学水利水电学院.
[1]施熙灿.泵站工程经济(第3版)[M].中国水利水电出版社.
[2]喻湘存.系统工程教程.清华大学出版社.
[3]水利部规划计划司.2007年全国水利发展统计公报发布.中国水利报.
[4]《水利水电工程管理与实务》编委会.水利水电工程管理与实务[M].中国水利水电出版社.
关键词：泵站工程 节能 设计 优化 运行
2011年1月29日发布的《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》，是新世纪以来中央关注“三农”的第八个“一号文件”，也是新中国成立62年来中央文件首次对水利工作进行全面部署。随着大批泵站工程投入建设，如何在这些工程中贯彻“中华人民共和国节约能源法”和中央关于建立节约型社会的精神，达到节能的要求，是泵站工程设计者和管理人员迫切需要解决的工程课题。
1 泵站工程节能的必要性
节约资源是我国的一项长期基本国策，节能是解决我国能源问题的根本途径。近年来，我国江河流域正进行规模空前的规划、治理和开发，每年都有大批的水利水电工程开工兴建。泵站是水利工程中的用电大户，我国现有机电井和泵站总装机容量约18135万千瓦，如果泵站运行效率平均提高一个百分点，就意味着每运行一小时节约电能约180万千瓦时，按照国家发改委现行的火电厂平均每千瓦时供电煤耗标准，相当于节约600吨标准煤，减少产生二氧化碳157.2吨、二氧化硫5.1吨、氮氧化物4.44吨，泵站工程节能的重要性和紧迫性可见一斑。对泵站工程来说，节能意味着建设和运行成本的降低、经济效益的提高，尤其是公益效益为主的泵站工程，规模、数量庞大，其必要性和经济性是不言而喻的。
2 泵站工程节能设计
泵站工程主要作用是防洪、除涝、灌溉等，实现以上功能的主要途径在不同内外河水位时存在不同的运行方式，一般分为自排和强排二种。自排是利用工程前后形成的水位差自流排水，不需要任何动力；强排是启动水泵，强行将水抽调，强排需要大量的动力和能源消耗。泵站工程节能设计是主体工程设计的组成部分，应遵循国家的基本建设方针和技术经济政策，结合工程灌排需求和实际条件，综合流域规划和运行成本，做出最优设计方案。
2.1 区域排水规划 在设计区域排水水系时，应通过对区域排水系统分块、分级等办法，合理规划，优化水系布置，综合考虑区域排水模式，结合灌排需求，合理选址。通常采用利用地面和河道水位的高差，充分利用二级排水的河道有蓄水的功能，合理选择二级启排水位的排水模式。这种排水模式虽然会提高二级排水泵站动力和运行时间，但可以有效减少一级排水泵站设置或运行时间，由于二级排水泵站增加的动力远小于区域内一级排水泵站动力总和，节能效果显著。
2.2 工程布置与选址 工程布置与选址时，应尽量选用有利于自流和抽排相结合的位置，采用泵闸结合布置方式，在泵站附近修建节制闸，以节制闸自排为主，当在水位差较大或灾害性天气时，才进行强排，这样可大幅度的降低强排时间，达到节约的能源目的。例如广州市白云区的河道属典型的感潮平原河流，外江水位受潮水影响变幅较大，非常适用于泵闸结合的布置方式，利用闸前后的水位差，启闭闸门，用自排来达到排涝和灌溉补水的需求，降低能耗。目前该类工程布置方式已在白云区得到广泛应用。
2.3 机组选型 在新建和改建泵站工程时装机台数和机组型号的选择决定了工程建设费用和运行能耗，必须给予足够的重视。泵站工程，无论是排涝还是灌溉补水，运行状态都具有较大的不确定性，方案设计时应在满足设计要求的前提下，根据本地区灌排水量需求变化的特点，对装机台数、机组型号、不同型号机组的匹配进行方案内部优化和互异方案比选，从而选择最优的设计方案，提高效益、减少能耗。
2.4 流道水力设计 泵站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不但直接影响工程安全运行，还是减少流道水力损耗的重要措施。
2.5 供电方案设计 泵站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。设计时，应针对工程的条件和特点，通过优先选用10kV主水泵电动机直接联网运行的供电方式、采用就地补偿新技术、合理配置站用变压器等措施到达节能的目的。
3 泵站工程优化运行
泵站优化运行管理的任务是需要经常不断的根据灌排要求及水源（或容泄区）的水位变化情况来组织经济运行方案，并对机电设备进行监视、维护和检修，以保证机组运行正常的技术状态，从而提高泵站的技术指标，同时还需对各种反常运行状态进行监视控制或利用，以便充分发挥机电设备的效益和避免事故的发生。
3.1 单一泵站工程优化运行 单一泵站工程最优化运行的准则主要有：①以泵站效率最高为准则；②以泵站耗电最少为准则；③以泵站运行费用最低为准则；④以泵站最大流量为准则。管理人员应根据不同灌排需求和泵站实际情况，选择合理节能的运行方式。例如某种降雨量情况、来流情况、内外江水位差时，应开几台机组、居中开机还是对称开机、各机组采用什么运行方式运行等，均直接影响整个泵站的效率和能耗。管理单位应注重管理人员培训，持证上岗，以提高泵站维护运行的安全性和经济性。配备变速设施或可调叶片安装角的机组，为节能提供了更大的空间，但其优化运行方式选择也更为复杂，建议管理单位结合泵站基本情况编制程序计算最优运行方式并实施。
3.2 多个泵站联合优化运行 平原地区地势平坦，河流交错纵横，同一排水区域内设置多个同级排涝泵站现象时有发生；在引水、供水方面，多级站联合运行的现象屡见不鲜。同级多站、多级多站联合优化运行主要解决两个问题：①通过各个站间流量配置或配合计算，达到流量平衡；②各站均处于经济运行工况。流量配置或配合计算一般有两种方法，即图解法和列表法；各站均处于经济运行工况可参考单一泵站工程优化运行方法选定。联合运行涉及多单位、多部门，应统一思想、加强沟通、统一指挥，确保联合优化运行的实现。
3.3 应用信息技术泵站优化运行调度 如何根据气象和地理条件对这些泵站工程进行高效调度，提高综合防汛和调水能力，减少强排时间，以达到节能的目的，是一个非常复杂的系统工程问题，依靠传统人工调度的方式是无法解决这个难题的，只有应用现代化的信息技术才能满足上述要求。该流域综合治理以及水资源的合理调配，不仅依赖于水利设施的合理规划，还取决于对水利设施科学、高效地调度。防汛和水资源管理实时监控系统是新时期区域泵站工程信息化调度控制的中枢，以现代集散控制和网络技术实现全部水利设施的实时控制、统一调度、集中管理，达到优化运行结构、提高反应速度、降低运行成本的目的，更重要的是提高了区域防洪、排涝及抗灾能力，实现了泵站工程的低能耗、高效益。
4 结论与展望
由于不同时期理念、技术的局限性和泵站工程的公益性，以前进行泵站工程建设时往往更注重效果忽视效率、更注重建设忽视管理。泵站工程投资大、寿命长，改建时影响范围广，导致泵站工程技术推广与应用的速度较慢。多种原因导致我国的泵站工程普遍具有效率低、能耗大、自动化程度底等特点，具有巨大的节能减耗、提高效益的空间。
我们应该进一步学习理解科学发展观，充分认识泵站工程节能降耗工作的紧迫性和重要性，把节能的理念渗透到规划、设计、运行、管理等各项工作中去。通过学习、交流掌握先进技术和管理方法，有步骤、有计划的实现泵站工程节能的目标。
参考文献：
[1]皮积瑞.农田水利与泵站工程.武汉大学水利水电学院.
[1]施熙灿.泵站工程经济(第3版)[M].中国水利水电出版社.
[2]喻湘存.系统工程教程.清华大学出版社.
[3]水利部规划计划司.2007年全国水利发展统计公报发布.中国水利报.
[4]《水利水电工程管理与实务》编委会.水利水电工程管理与实务[M].中国水利水电出版社.