節(jié)能技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用

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摘要:近年來我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢，水利工程建設(shè)的目的是合理配置水資源，提高水資源的利用率。在水利工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，對(duì)于水利工程建設(shè)有著重要的優(yōu)化作用，對(duì)于進(jìn)來資源節(jié)約型社會(huì)有著重要意義。首先提出了節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)于水利工程的重要作用，然后探討了水利工程設(shè)計(jì)中的節(jié)能技術(shù)如何實(shí)施應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:水利工程;節(jié)能技術(shù);應(yīng)用

我國對(duì)水資源的需求量非常大，不管是哪個(gè)行業(yè)的發(fā)展，都需要水資源的支持。因此，需要加強(qiáng)水資源管理，只有對(duì)水資源進(jìn)行合理的配置和使用，才能有效提升水資源的利用率，滿足各行各業(yè)的用水需求。水利工程是我國民生建設(shè)的重要組成部分，與國民的日常生活息息相關(guān)。比如，為農(nóng)田合理的調(diào)配和使用水資源，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，就是水利工程的功能之一。但是，之前的水利工程對(duì)水資源的用量大，很容易出現(xiàn)水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)約型社會(huì)的構(gòu)建目標(biāo)，相關(guān)部門要在水利工程設(shè)計(jì)中積極應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，不僅能夠減少資源投入，而且能夠?yàn)槿藗兲峁﹥?yōu)良的居住環(huán)境，從根本上提高廣大人民群眾的生活水平。所以，要將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于水利工程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，確保資源的合理分配，從整體上提高水利工程的設(shè)計(jì)水平。在水利工程設(shè)計(jì)中引入節(jié)能技術(shù)，有助于推動(dòng)我國水利建設(shè)的可持續(xù)、生態(tài)化發(fā)展，對(duì)于我國發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。首先，能夠提升水利工程的自排能力。水利工程建設(shè)是為了合理利用水資源，其自排能力會(huì)嚴(yán)重影響水利工程的建設(shè)效果。但是應(yīng)用技能技術(shù)可以合理的布置水閘結(jié)構(gòu)，將其最大的作用發(fā)揮出來，從而提升水流速度，增大水流排量，明顯減少能量損耗。其次，能夠合理布置節(jié)制閥。之前的水利工程設(shè)計(jì)中，控制水流速度和排水量比較常見的方法就是安裝節(jié)制閥，但是這種方法存在一定的缺陷，并沒有最大化的提升水利工程的成效，而且排水蓄水能力也不是最強(qiáng)。但是應(yīng)用節(jié)能技術(shù)能夠改善這一狀況，讓泵站與節(jié)制閥連接起來，二者形成合力，大大提升了水利工程的建設(shè)成效。此外，在非汛期該裝置還能發(fā)揮排澇作用，提高水利工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和實(shí)效性，進(jìn)一步保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。最后，能夠顯著改善生態(tài)環(huán)境?，F(xiàn)階段國家大力倡導(dǎo)生態(tài)化建設(shè)，推行節(jié)能技術(shù)，在一定程度上提升了節(jié)能技術(shù)的存在價(jià)值。目前我國水利工程建設(shè)的施工中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)占用河道的現(xiàn)象，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，而且影響了河流四周群眾的生活。因此，在水利工程設(shè)計(jì)中要高度重視節(jié)能理念，積極應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，通過采用科學(xué)合理的措施進(jìn)行施工過程的優(yōu)化，充分發(fā)揮水利工程的積極作用，最大程度的減少負(fù)面影響。比如，可以在河道兩邊栽種紙杯，在凈化周圍環(huán)境的同時(shí)，還能有效提升河道的蓄水能力，提高水資源的利用率。也可以加高防汛墻，提高水利工程建設(shè)的實(shí)效。

1采用合理布設(shè)重要設(shè)施的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用

1.1合理選擇水系及節(jié)制閘的結(jié)構(gòu)

水利工程的自排能力是其重要技術(shù)指標(biāo)，在汛期大量洪水堆積，如不能及時(shí)釋放排出有可能造成沖毀壩體，造成巨大的災(zāi)難。因此，提高水利工程的自排能力是極為重要的。一般的水利工程自排過程存在2種方案，一種是通過節(jié)制閘排水，通過調(diào)節(jié)節(jié)制閘打開的量控制排水量，這是在正常時(shí)期，對(duì)排水的控制用于農(nóng)田灌溉、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化水資源系統(tǒng)所采取的措施;另一種是抽水泵排水，這是針對(duì)在汛期或雨量豐富時(shí)期，采取節(jié)制閘排水的排量無法滿足需要的時(shí)候，采取同時(shí)啟動(dòng)泵機(jī)，形成更快速的排水，減少可能帶來的洪澇災(zāi)害。水利工程的自排能力大小受諸多因素的影響，其中起主要作用的是水系的布置以及水閘的結(jié)構(gòu)。水系布置方面，要充分考慮周邊環(huán)境，利用環(huán)境優(yōu)勢合理布局設(shè)計(jì)水系，從而加快水流速度，達(dá)到自排能力的提升;對(duì)于水閘結(jié)構(gòu)方面，則要綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素，環(huán)境因素，然后對(duì)節(jié)制閘的寬度和深度、河道的斷面結(jié)構(gòu)等綜合分析考慮，從而達(dá)到增加自排能力。并在這一過程中，由于自排能力的提高，可以相應(yīng)減少泵站的數(shù)量，滿足防洪防澇要求的同時(shí)，起到了節(jié)能作用［1］。

1.2合理布置水泵站和節(jié)制閘

對(duì)于水泵與節(jié)制閘的合理布設(shè)，不僅增加自排能力，同樣是一種優(yōu)質(zhì)的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用。由于在汛期防止因排量不足水位超標(biāo)而損壞壩體，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)水泵站和節(jié)水閘同時(shí)工作的情況。為此，要采取合理的布置方式，盡量減少水泵的同時(shí)，增加排水能力。一般需要從2個(gè)方面進(jìn)行研究，一個(gè)是基于節(jié)制閘的自排功能為核心，基于水體流動(dòng)原理技術(shù)配置上，合理配置水泵站的位置，起到增加排量的方式;另一種則是對(duì)泵站周圍環(huán)境進(jìn)行認(rèn)真研究，選擇合適的位置布設(shè)泵站，再搭配節(jié)制閘排水。無論哪一種方法，都是為了增加排水量，減少能源消耗的作用。

2對(duì)用電設(shè)備的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

2.1合理匹配水泵和電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)有齒連和直連2種方式。齒連方式是電動(dòng)機(jī)與水泵間采用齒輪變速箱連接，其優(yōu)點(diǎn)是提高了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提升水泵效能。而不足則是，能源消耗較大，噪音較大。而直連方式則是水泵和電動(dòng)機(jī)直接連接形成整體，水泵轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一致。相較于齒連方式，其功率消耗較小，但轉(zhuǎn)速偏低。而在大中型水利的水泵設(shè)施中，轉(zhuǎn)速普遍要求不高，為此，應(yīng)該盡量選擇低轉(zhuǎn)速但更節(jié)能的直連方式［2］。當(dāng)然，要根據(jù)實(shí)際情況確定，一般為了提高轉(zhuǎn)速，達(dá)到提高排水量的技術(shù)指標(biāo)，也會(huì)在直連和齒連的混合搭配配置泵房的方式。其最終目的，就是在滿足技術(shù)指標(biāo)的要求上，盡量采用更加節(jié)能的技術(shù)措施進(jìn)行應(yīng)用。

2.2變壓器配置合理化

水利設(shè)施的用電包括2種，一種是用于動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)用電，如控制排水的泵房，就需要使用動(dòng)力電，其功率往往較大;另一種則是其他低功率的設(shè)備，包括控制設(shè)備、保護(hù)設(shè)備，包括民用設(shè)施等。傳統(tǒng)的用電方式采用單臺(tái)變壓器供電，即水利設(shè)施范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備都由一臺(tái)變壓器輸出。而現(xiàn)代更加科學(xué)的用電方式，則是采用兩臺(tái)變壓器，其中1臺(tái)專供大功率的動(dòng)力設(shè)備用電。采用這樣的原因主要是單臺(tái)變壓器的使用方式存在很大問題，一方面造成設(shè)備損壞率增高，采用單臺(tái)變壓器供電，由于電動(dòng)機(jī)是大功率負(fù)荷，其頻繁的啟動(dòng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)形成沖擊，并產(chǎn)生諧波，這對(duì)變壓器及自動(dòng)控制設(shè)備會(huì)產(chǎn)生極大的危害;另一方面能耗過高，采用單臺(tái)變壓器，其容量選擇必然要更具供電范圍內(nèi)設(shè)備的總?cè)萘窟M(jìn)行有效的選擇，而在水泵不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用電功率較小設(shè)備的使用，往往會(huì)使得變壓器的利用率過低。而采用2臺(tái)變壓器，其中1臺(tái)專供大功率動(dòng)力用電顯然就摒棄了這樣的問題。

2.3對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償

由于地理環(huán)境的限制，水利工程中的水泵往往需要大功率低轉(zhuǎn)速的大中型電動(dòng)機(jī)與之相匹配，這就造成了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)僅能達(dá)到60%左右，這就造成一方面不符合當(dāng)前供電公司的要求(供電公司要求90%，)，另一方面，較低的功率因數(shù)意味著很大一部分電能“做了無用功”。鑒于此，必須要提高功率因素，減小無功損耗。當(dāng)前采用并聯(lián)電容器是一種有效的提高功率因數(shù)，起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。該方式就是在電?dòng)機(jī)上并聯(lián)電容器，提高無功補(bǔ)償。需要注意，電容器必須采用并聯(lián)式電容器，這主要是考慮泵房空間有限，并聯(lián)電容器很好的排列方式有助于節(jié)省空間;并且要選擇防爆式電容器，并且根據(jù)整體的情況匹配合適的電抗器，串聯(lián)至回路中，起到保護(hù)電氣設(shè)備，避免大電流沖擊造成損壞的危害。采取并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞绞钱?dāng)前較為先進(jìn)的無功補(bǔ)償方式，能有效提高水泵功率因數(shù)，減小無功損耗，起到節(jié)能作用［3］。

3采用先進(jìn)的科技措施的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用———自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

水利工程的排水控制，在之前都是使用手動(dòng)控制的方式，例如，對(duì)節(jié)制閘的調(diào)節(jié)，需要通過水量測試的數(shù)據(jù)，由人工來分析是否需要調(diào)節(jié)，以及調(diào)節(jié)時(shí)需要人為控制;在汛期，也同樣需要人們長期倒班，查看水位，一旦出現(xiàn)水位超量或通過天氣預(yù)報(bào)等情況采取提前預(yù)防措施。這些方式過于依靠水利設(shè)施技術(shù)人員的專業(yè)水平和經(jīng)驗(yàn)。而隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗(yàn)和復(fù)雜人工操作予以摒棄。采用自動(dòng)化控制模式，在節(jié)制閘的控制，包括節(jié)制閘與水泵的組合控制，都有傳感器將水量情況和所需水量進(jìn)行匹配，然后通過邏輯判斷對(duì)節(jié)制閘、水泵做出調(diào)節(jié)［4］。尤其是在汛期的防汛控制方面，通過對(duì)水位的動(dòng)態(tài)進(jìn)行收集并預(yù)測趨勢，采用增加水泵排水的作用，大大超過了人為的判斷效率，且更具科學(xué)性。顯然，采用自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程排水的精準(zhǔn)控制方式，大大提高了工作效率并減少傳統(tǒng)的人工控制的不精準(zhǔn)問題，同樣是一種節(jié)能措施。

4結(jié)語

綜上所述，節(jié)能技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，符合當(dāng)前我國倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展思想，也是未來必行的發(fā)展方向。在水利工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，能夠大幅度降低水資源的消耗，提升水利工程的自排能力，對(duì)節(jié)制閥進(jìn)行科學(xué)合理的布置，顯著改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高效發(fā)展。水利工程設(shè)計(jì)可以從多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)，一是可以從排水能力方面對(duì)水系、節(jié)制閘的布置結(jié)構(gòu)的合理化，以及節(jié)制閘與水泵站的合理布置，起到節(jié)能效果;二是可以從用電設(shè)備方面采取有效的措施，這包括對(duì)變壓器的配置進(jìn)行選擇，提高水泵功率因數(shù)，采取無功補(bǔ)償?shù)确绞?，達(dá)到節(jié)能作用;三是采用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，提高水利工程的調(diào)度效率，也能起到節(jié)能的作用。因此，節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在水利工程設(shè)計(jì)中，能夠有效推動(dòng)我國水利建設(shè)事業(yè)的長遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

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作者:侍孝杰 單位:淮安市水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司