小水電站運行管理中節(jié)能降耗策略研究

萬雅男

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，新疆 伊寧 835000）

節(jié)能減排是我國新世紀以來為解決能源環(huán)境問題采取的最主要措施，十八大以來更是將建設生態(tài)文明、保護生態(tài)環(huán)境作為重要國策。黨中央向全社會提出打響“生態(tài)保護戰(zhàn)”是所有社會成員的責任。建設中小水電站的目的就是為了有效利用清潔能源，保障中小城市及農村人群進行基本的生產生活電力供應。但目前不少小水電站存在設計不合理、裝機容量過大、設備利用率低、后期運行管理技術落后而導致的資源浪費，不能產生應有的經濟效益。因此，水電站需要以現(xiàn)行的節(jié)能管理標準為依托，對發(fā)電運行管理標準進行合理調整，使水電站運行管理過程中的能源損耗問題得到有效控制，促使水電站行業(yè)實現(xiàn)良性發(fā)展。

1 水電站運行管理過程中的損耗

1.1 水資源

水電站在運行時，發(fā)電機組的工作效率和凈水頭的穩(wěn)定性會給水資源損耗造成嚴重影響，因此，水電站運行時，需要以水電站實際情況為依托，確保水流量均衡，防止因水位落差較大而造成水頭變化的情況發(fā)生，使水資源的損耗得到有效控制[1]。水電站在發(fā)電時，一旦機械設備出現(xiàn)問題，就會使發(fā)電效率受到嚴重影響。因此，水電站的機械設備要進行定期維修和保養(yǎng)，確保設備能夠正常運轉，不斷優(yōu)化機組工作效率，減少水資源消耗、擴大效益。

1.2 電能

在水電站運行管理過程中主要的能耗包括發(fā)電過程中的水耗、生產系統(tǒng)及設備的電耗、機械設備運行損耗及油耗。機械設備負荷造成的能源損耗有冷卻泵、滑油泵、樓水泵和壓油泵等，機械設備長時間低負荷運行，會給水電站的正常運行造成嚴重影響，還會造成電能的浪費。電能損耗的主要誘因是機械設備的運行模式，因此一定要對機械設備進行及時檢修和保養(yǎng)，保障機械設備的正常運行。

2 水電站運行管理節(jié)能案例分析

2.1 案例簡述

本文選取的實際案例位于新疆伊犁特克斯河山口，該水電站的水庫容量超過1.3 億m3，調節(jié)庫容量達到0.7 億m3以上，壩后安設了地面廠房，廠房內電站裝機容量達3×47 MW，預計年發(fā)電量可達5.72 億kw·h。同時，該水電站內三臺機組均包含在伊河電網（伊河電網隸屬于新疆電網），其工作職責主要是完成電網基準負荷工作。

項目試驗機組各參數(shù)如下：機組型號為SF47-54/10 400、額定容量可達55.294 MVA、額定電壓值、電流值、功率因素大小分別為10.5 kV、3 040 A 以及0.85。

2.2 進相運行靜穩(wěn)試驗

研究者分別將一號發(fā)電機設定在47 MW、34.5 MW、23.5 MW 以及2.5 MW 工況環(huán)境下進行測試，得出如下結果：當發(fā)電機有功負荷值達到47 MW時，進相無功大小為-18.87Mvar，角度維持在51.42°，此時發(fā)電機機端電壓值將由10.37 kV 調整到9.79 kV，而電流值卻逐步變大，由2 645 A 增加至3 030 A。

分析整個實驗過程可以發(fā)現(xiàn)，若是發(fā)電機的有功負荷值為47 KW，那么其進相運行深度受220 kV 母線電壓與定子電流影響。同樣，當處于另外三種工況下，其進相運行深度也會受到母線電壓的影響。79 kV電壓環(huán)境下，電流將由2 645 A 調整到3 030 A，母線電壓值大小也將由240.8 KV 調整到234 KV。此外，通過分析還發(fā)現(xiàn)，若是發(fā)電機有功負荷達到47 MW，其進相深度同樣受母線電壓、定子電流的影響。

2.3 進相運行溫升試驗

通過開展靜穩(wěn)試驗發(fā)現(xiàn)，若是保持進相深度值大小不變，測試在不同有功負荷環(huán)境下設備的進相無功大小，可以得到如下結果：所有試驗均持續(xù)約2 h，在整個實驗過程中有功、無功均產生了變化，但整體上還能夠控制在標準范圍內。

將發(fā)電機控制在不同工況下進行測試，平均20 min獲取一次溫度數(shù)據信息，若是每次獲取的數(shù)據差距均控制在1℃以內，則說明發(fā)電機溫升正常，詳細記錄數(shù)據值，結束整個測試。注意該測試應分別置于47 MW、34.5 MW、23.5 MW 以及2.5 MW 環(huán)境下開展。

3 水電站運行管理節(jié)能降耗方法

3.1 機組運行方式的優(yōu)化方法

可以通過增加發(fā)電量有效降低用電率，若廠用電量維持穩(wěn)定，發(fā)電量增加，用電率便會降低。有效利用水能，將發(fā)電機組的運行時間在適當范圍內調至最大化，這樣可以從根本上降低水電站的用電率[2]。

水輪機發(fā)電機組的出力公式為：

式中：Q——流量，m3/s；

H——運行水頭，m；

η——機組運行效率，一般取值0.70～0.90。

3.1.1 提高運行水頭

水電站進入枯水期后，來水量不足，發(fā)電機組運行時在適當范圍內調整其出力，降低出庫流量與入庫流量的差距，避免上游水位迅速下降，確保上游水位可以保持在高水位，保證水電站正常運行。

3.1.2 提高機組效率

機組運行時，每一種水頭下均需配備專門的工作人員調整導葉開度，以此來優(yōu)化機組的運行狀態(tài)，使機組發(fā)電量得到提升。

3.1.3 延長發(fā)電時間

在負荷一致的情況下，發(fā)電時間的長短決定了發(fā)電量的大小，二者呈正比關系，電站運行時需要重視設備的有效管理，讓水電站運行在水能這一必要條件具備的情況下，避免因受到其他因素阻礙而無法運行。

3.1.4 提高輸出功率

設備運行產生的電能損耗與設備的電流有關，前者與后者的平方成正比。當有功功率輸出值保持不變，要避免發(fā)無功，這樣不僅可以降低運行風險，還可以用最低的能耗產生最多的發(fā)電量。

3.1.5 完善主變壓器運行方式

在適當范圍內讓主變倒掛臺數(shù)和時間盡量減少，機組在正式使用前，主變壓器無需運行。

3.2 降低廠用設備能耗的有效措施

一是做好設備巡檢工作，一旦發(fā)現(xiàn)設備缺陷及時處理。輔機設備運行產生的電消耗在廠用電中占主要部分，如進水蝶閥的油泵、滲漏排水泵、變冷卻主風扇、調速器油壓裝置的壓力油泵、變冷卻主風扇、檢修排水泵等。設備缺陷會增加廠用電消耗，如蝶閥伸縮節(jié)或者主軸密封發(fā)生漏水，會觸動滲漏排水泵的多次啟動；尾水閘門漏水，會引發(fā)檢查泵的多次啟動；如果漏水量和漏氣量較大時，會影響機組的安全順利運行，通過加強巡視，及時發(fā)現(xiàn)管路漏水、漏氣、漏油等現(xiàn)象并及時處理，杜絕此類現(xiàn)象對機組運行產生的不利影響[3]。因此，水電站要安排專門的工作人員巡視和檢查設備，對設備可能會出現(xiàn)的安全隱患及時予以解決，避免更大問題的產生影響機組運行。

二是根據機組所處環(huán)境調整設備運行方式。由于每個水電站所處地區(qū)的環(huán)境有所不同，運行時需要綜合考慮環(huán)境因素和設備特點，選取適合的設備運行方式，降低廠用電消耗。如某水電站配備5 臺中空樓空調外機，制冷狀態(tài)時每臺空調外機的功率為23.79 kW，制熱功率為20.13 kW，功率為11 kw 的離心風機15 臺，這些設備全部啟動的情況下會消耗大量的廠用電。水電站工作人員可以根據運行需求以及所處地區(qū)的氣候、廠房內的環(huán)境溫度和濕度，適當調整設備啟動。

三是重視技術創(chuàng)新和發(fā)展。新技術和設備的使用可以降低廠用電消耗。如廠房內的照明設備可以逐漸更換為更加節(jié)能的LED 光源，根據使用需求采用合適的照明方式，無需長時間照明的區(qū)域可以選擇聲控照明，白天無特殊情況盡量避免使用照明設備，廠房內的電源分區(qū)控制，可以自由選擇照明區(qū)域。

3.3 認真執(zhí)行交接班和設備巡查規(guī)定

電力生產運行時，需要每一個環(huán)節(jié)和工序的緊密配合，所以不同工序和值班時間的工作人員要做好交接，任何交接失誤都有可能引發(fā)重大事故；在交接前，要認真檢查設備，將負責期間的所有重點工作內容記錄在案，交接班時雙方核實無誤后簽字確認。

值班人員在巡查過程中要認真負責，發(fā)揮專業(yè)技能，確保機組設備正常運行，發(fā)現(xiàn)隱患立即匯報，及時采取有效的處理措施。

4 結語

有效解決水電站在運行時的能源損耗問題，將會使水電站的運行效益得到顯著提高。本文對水電站的運行情況進行了詳細分析，提出了水電站運行過程中解決能源損耗的有效策略。實踐證明，采取有效的節(jié)能減排措施，合理控制水電站的能源損耗，可以使水電站的經濟效益得到不斷提高，具有深遠意義。