水力發(fā)電節(jié)能化設(shè)計(jì)思想應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

買(mǎi)買(mǎi)提·塔什

(塔里木河流域喀什管理局，新疆莎車(chē)844700)

水力發(fā)電節(jié)能化設(shè)計(jì)思想應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

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(塔里木河流域喀什管理局，新疆莎車(chē)844700)

水電站是現(xiàn)代水力發(fā)電工程不可缺少的方式，對(duì)水電站工程實(shí)施優(yōu)化改造可促進(jìn)水力發(fā)電功能升級(jí)，帶動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。設(shè)計(jì)是水力發(fā)電工程建設(shè)的初始階段，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)水電站工程采取改造措施，極大地推動(dòng)了新型水電站作業(yè)模式形成。當(dāng)前，可持續(xù)發(fā)展觀要求水電站走節(jié)能化道路，水工建筑物與機(jī)電設(shè)備是水電站的兩大組成部分。文章分析了節(jié)能化思想在水工建筑與機(jī)電設(shè)備改造中的應(yīng)用情況。

水電站;水工建筑;機(jī)電設(shè)備;節(jié)能設(shè)計(jì)

1 水電站節(jié)能設(shè)計(jì)思想

水力發(fā)電是我國(guó)傳統(tǒng)電能生產(chǎn)的主要模式，也是現(xiàn)代電力作業(yè)流程的規(guī)范化內(nèi)容，搞好水電站建設(shè)對(duì)區(qū)域電能供應(yīng)具有輔助性作用?！肮?jié)能”是現(xiàn)代水電站規(guī)劃的主流思想，借助水力發(fā)電系統(tǒng)可提升水電站的內(nèi)在功能，加快了新型水電站的建設(shè)步伐。水電站節(jié)能設(shè)計(jì)思想內(nèi)涵:

1.1 循環(huán)性

自然界生態(tài)資源存儲(chǔ)量龐大，如何充分利用生態(tài)資源是水電站設(shè)計(jì)要點(diǎn)。水電站是轉(zhuǎn)換水能量的工作場(chǎng)所，節(jié)能設(shè)計(jì)思想需重視能源的再生性，這是節(jié)能降耗最有效的方式［1］。由于水流按照一定的水文周期不斷水力發(fā)電循環(huán)，從不間斷，因此水力資源是一種再生能源，在設(shè)計(jì)水電站內(nèi)部構(gòu)造中要符合這一特點(diǎn)，把水利系統(tǒng)功能發(fā)揮到最佳狀態(tài)。

1.2 效益性

節(jié)能并不是單一地控制資源消耗，還要從經(jīng)濟(jì)收益角度展開(kāi)規(guī)劃，設(shè)計(jì)出“高質(zhì)量、高收益、高回報(bào)”的水力發(fā)電系統(tǒng)。對(duì)比其它發(fā)電生產(chǎn)方式，水電站發(fā)電成本低，節(jié)能設(shè)計(jì)需抓住這一特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。例如，節(jié)能設(shè)計(jì)中，水力發(fā)電只是利用水流所攜帶的能量，無(wú)需再消耗其他動(dòng)力資源，而且上一級(jí)電站使用過(guò)的水流仍可為下一級(jí)電站利用。

1.3 靈活性

對(duì)于整個(gè)電力行業(yè)而言，水力發(fā)電生產(chǎn)模式需經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，才能選擇最佳節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)計(jì)改造階段需考慮水電站的靈活性要求［2］。比如，在水力發(fā)電主要?jiǎng)恿υO(shè)備選擇方面，要保證水輪發(fā)電機(jī)組性能的靈活性，不僅效率較高而且啟動(dòng)、操作靈活。其中，對(duì)機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的能耗系數(shù)嚴(yán)格控制，借助設(shè)計(jì)方案設(shè)定最佳運(yùn)行狀態(tài)。

2 水電站水工建筑物節(jié)能改造

水電站專(zhuān)門(mén)從事水力發(fā)電生產(chǎn)作業(yè)流程，根據(jù)地方用電消耗需求執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，為地方用電資源分配提供了可靠性保障。水工建筑物是水電站系統(tǒng)的主要構(gòu)成部門(mén)，利用水工建筑實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，把水能及時(shí)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能參與生產(chǎn)。因此，水力發(fā)電節(jié)能化設(shè)計(jì)中，需先解決水工建筑物節(jié)能改造問(wèn)題，以加快新型水利系統(tǒng)構(gòu)建的步伐。

2.1 擋水建筑

用以形成水庫(kù)的攔河壩、閘或河床式水電站的水電站的廠房等水工建筑物，如混凝土重力壩、拱壩、土石壩、堆石壩及攔河閘等。從水電站工作情況判斷，擋水建筑常會(huì)發(fā)生不同程度的病害風(fēng)險(xiǎn)，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)遇到滲漏、裂縫等病害問(wèn)題，易造成水資源大量流失而影響到作業(yè)效率。節(jié)能改造中，可設(shè)計(jì)擋水建筑加固處理方案，增強(qiáng)混凝土對(duì)外抗?jié)B、抗裂等性能，有效抑制了水資源流失現(xiàn)象。

2.2 泄水建筑

用以宣泄洪水或防空水庫(kù)的建筑物，如開(kāi)敞式河岸溢洪道、溢流壩、泄洪洞及放水底孔等，不同水電站泄水設(shè)施分布格局不一樣。泄水建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要考慮水平位置高低，對(duì)高水位建筑物采取抗水流沖刷設(shè)計(jì)方案，避免水流運(yùn)動(dòng)力對(duì)水利工程產(chǎn)生的危害性。設(shè)計(jì)人員根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，分析泄水建筑工作時(shí)承載的水運(yùn)動(dòng)力大小，提前做好泄水建筑物的抗災(zāi)設(shè)計(jì)方案。

2.3 輸水建筑

水電站輸水建筑物分為引水和進(jìn)水兩類(lèi)，每一種建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法不一樣，需結(jié)合水電站現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件展開(kāi)設(shè)計(jì)。進(jìn)水建筑是從河道或水庫(kù)按發(fā)電要求引進(jìn)發(fā)電流量的引水道首部建筑物，如有壓、無(wú)壓進(jìn)水口等;引水建筑是向水電站輸送發(fā)電流量的明渠及其渠系建筑物、壓力隧洞、壓力管道等建筑物。兩類(lèi)建筑設(shè)計(jì)要控制內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分布局勢(shì)，對(duì)進(jìn)出水口路徑、流量等指標(biāo)嚴(yán)格控制。

2.4 平水建筑

在水電站負(fù)荷變化時(shí)用以平穩(wěn)引水建筑物中流量和壓力的變化，保證水電站調(diào)節(jié)穩(wěn)定的建筑物。對(duì)有壓引水式水電站為調(diào)壓井或調(diào)壓塔;對(duì)無(wú)壓引水式電站為渠道末端的壓力前池。平水建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要考慮壓力值的控制方案，設(shè)計(jì)建筑物應(yīng)符合電站內(nèi)壓力值升降控制要求，避免荷載超標(biāo)對(duì)建筑物產(chǎn)生的不利影響。例如，設(shè)計(jì)自動(dòng)化壓力值監(jiān)控裝置，指導(dǎo)值班人員科學(xué)地控制平水建筑。

3 水電站機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造

除了水工建筑物外，廠房建筑也是水電站節(jié)能設(shè)計(jì)的主要對(duì)象，其節(jié)能改造可提升機(jī)電設(shè)備的總體工作效率。水電站廠房樞紐建筑物主要是指水電站的主廠房、副廠房、變壓器場(chǎng)、高壓開(kāi)關(guān)站、交通道路及尾水渠等建筑物，節(jié)能設(shè)計(jì)中要考慮機(jī)電設(shè)備故障調(diào)控方案，及時(shí)解決早期設(shè)備運(yùn)行存在的故障風(fēng)險(xiǎn)。水電站機(jī)電設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)需注重設(shè)備組合、日常檢修、故障維修等方面。

3.1 設(shè)備組合

機(jī)電設(shè)備是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C(jī)電設(shè)備稱(chēng)水電站動(dòng)力設(shè)備，對(duì)其優(yōu)化組合設(shè)計(jì)可提升設(shè)備工作效率，減小因設(shè)備功能缺陷產(chǎn)生的能耗問(wèn)題。通常，機(jī)電設(shè)備是在常規(guī)水電站和潮汐電站為水輪機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)組成的水輪發(fā)電機(jī)組，及附屬的調(diào)速器、油壓裝置、勵(lì)磁設(shè)備等。水電站的電氣裝置除水輪發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備外，還包括發(fā)電機(jī)電壓配電設(shè)備、升壓變壓器、高壓配電裝置和監(jiān)視、控制、測(cè)量、信號(hào)和保護(hù)性電氣設(shè)備等，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)電氣工程原理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從設(shè)備構(gòu)造與原理進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

3.2 檢查方案

機(jī)電設(shè)備持續(xù)利用是節(jié)能化的先進(jìn)思想，要求盡可能延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備的使用壽命，做好設(shè)備運(yùn)行期間的檢查與維護(hù)工作。鑒于設(shè)備節(jié)能與持續(xù)利用設(shè)計(jì)思想，水力發(fā)電節(jié)能應(yīng)根據(jù)不同周期編排檢查方案，主要包括:每1～2周1次的巡視，內(nèi)容是在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)觀察和檢查常備的儀表有無(wú)異常情況，并進(jìn)行注油和清掃;每1～3 a1次的定期常規(guī)檢修，是在停機(jī)情況下，主要從外部進(jìn)行檢查和測(cè)量;每5～10 a進(jìn)行一次定期詳細(xì)停機(jī)檢修。

3.3 維修制度

隨著地區(qū)用電規(guī)模的擴(kuò)大化發(fā)展，水電站生產(chǎn)承載的負(fù)荷越來(lái)越高，設(shè)備故障發(fā)生率持續(xù)上升是潛在隱患。節(jié)能設(shè)計(jì)思想提出機(jī)電設(shè)備最優(yōu)化利用標(biāo)準(zhǔn)，以提升發(fā)電機(jī)組工作效率為準(zhǔn)則，建立綜合性的故障維修方案。通?？刹扇〉木S修方案:①臨時(shí)維修，即發(fā)現(xiàn)異?；蚬收纤鞯募皶r(shí)修理，及時(shí)處理各類(lèi)故障風(fēng)險(xiǎn);②計(jì)劃維修，為保證安全而進(jìn)行的預(yù)防性維修和恢復(fù)性維修。這種維修需根據(jù)檢查結(jié)果按計(jì)劃進(jìn)行。無(wú)論是那一類(lèi)檢修方案設(shè)計(jì)，都是為了保障機(jī)電設(shè)備的有效利用率。

4 結(jié)論

水電站是能量轉(zhuǎn)換的工作場(chǎng)所，借助水工建筑及機(jī)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電生產(chǎn)，擴(kuò)大了水電站調(diào)度系統(tǒng)的作業(yè)范圍。水力發(fā)電工程在電力行業(yè)中占有重要地位，水電站現(xiàn)代化建設(shè)水平影響著電力生產(chǎn)水平，做好水電站節(jié)能改造工程是行業(yè)必然要求。節(jié)能化設(shè)計(jì)是水電站改造的第一步，從設(shè)計(jì)方案對(duì)水工建筑、機(jī)電設(shè)備實(shí)施綜合化改造，創(chuàng)建了水電站運(yùn)行系統(tǒng)的新模式。

［1］王春暖.布拉茨克水電站進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造提高經(jīng)濟(jì)效益［J］.水力發(fā)電，1983(08):53-57.

［2］武新宇，程春田，廖勝利，李剛.兩階段粒子群算法在水電站群優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(20):25-28.

TV222

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1007-7596(2014)06-0209-02

2014-04-09

買(mǎi)買(mǎi)提·塔什(1969-)，男，維吾爾族，新疆喀什人，工程師，研究方面為水利工程設(shè)計(jì)。