1、论水利工程的节能设计理念及其应用摘要:随着我国国民经济增长方式由单纯的追求国内生产总值的增长, 向依靠科技进步、降低消耗为手段的可持续发展目标的转变, 节能减排效果已以成为衡量各类基本建设项目的一项重要的指标。在水利工程立项程序中,也要增加了节能设计的有关要求。 关键词:水利工程; 节能设计; 应用 中图分类号：TV 文献标识码： A 节能设计涉及到水利工程前期设计工作的各个阶段, 包括项目建议书、可行性研究、初步设计等。目前, 水利行业关于节能设计的相关标准正在编制、送审过程中, 尚未形成完善的标准体系。本文在自己从事水利工程设计工作的基础上, 结合现行的国家有关节能方面的政策、法规, 对水
2、利工程节能设计中的一些问题进行初步探讨。 一、关于节能设计的编制依据 1、有关法律、法规 节能设计编制的依据主要是国家有关法规、法规、政策以及工程所在地有关节能的规划和政策。一般包括以下内容: (1) 中华人民共和国节约能源法 (2007 年 10 月修订,2008 年 4 月 1日起施行) 。该法律明确了节约资源是我国的基本国策。对节能管理、合理使用与节约能源、节能技术进步、激励措施、法律责任等方面进行了规定。在合理使用与节约能源方面, 分别对工业、建筑节能、交通运输、公共机构、重点用能单位等各类用能单位的节能进行了具体要求。特别是在重点用能单位的节能要求中, 明确规定了下列用能单位为重点用
3、能单位:年综合能源消费总量一万吨标准煤以上的用能单位; 国务院有关部门或者省、自治区、直辖市人民政府管理节能工作的部门指定的年综合能源消费总量 5 000t 以上不满 1 万 t 标准煤的用能单位。从目前我省大量设有泵站提水工程来看,许多工程运行期间的年综合能源消耗( 主要是电能)都超过了以上标准, 将按照重点用能单位进行节能管理。 (2)中国节能技术政策大纲。由国家发展和改革委员会、科学技术部编制。大纲根据节能技术的成熟程度、成本和节能潜力, 采用各类措施, 规范节能技术政策, 用于指导各行业节能技术研究开发, 产业发展和节能项目重点投资的技术方向, 为编制能源开发利用规划和节约能源规划提供
4、技术支持。 2、工程设计方案 根据工程的设计方案、建筑物组成、施工组织设计以及运行要求等, 对工程建设期、运行期的能源消耗种类进行分析。从一般水利工程来看, 工程建设期间的能源消耗主要是施工设备的电力、燃油消耗, 工程运行期间的能源消耗主要是各供水泵站、电动控制闸门、水库管理部门日常办公等设施的电力消耗。 3、工程所在地的能源供应状况 根据工程能源消耗类型, 对工程所在地的能源供应状况进行分析。针对水利工程能源消耗以电力为主的特点, 重点分析当地电力供应能力、电网及变电站分布情况、电力建设发展规划情况等, 以确保工程建设和运行期间的电力供应有足够的保障能力。根据当地国民经济发展规划, 对当地现
5、状及规划能源消耗种类、能耗指标( 主要是单位 GDP 折合标准煤指标) 进行分析, 以作为确定工程节能标准的主要依据。 二、关于项目的节能措施 1、工程布置节能措施 (1)水库水头的利用。对于以水库枢纽为主的水利工程,供水及水力发电工程均直接由水库取水, 主要节能手段是充分利用水库水头, 以降低泵站扬程( 或增加自流引水能力) 、增加发电水头。水库供水发电洞高程按照满足水库最低运行水位(即水库死水位) 的引水要求确定; 水泵、水轮机机组安装高程根据水库调度运行要求确定的各供水对象最低引水位确定。直接由水库取水的泵站水泵机组及电站水轮机机组尽可能采用压力进水, 机组选型按照满足水库最高运行水位的
6、要求确定, 以保证水库高水位运行时的供水及发电能够利用水库水头、降低运行时的电能消耗。 (2)供水线路输水方式及输水线路的选择。供水线路输水方式的选择尽可能利用地形高差, 有采用重力流自压输水条件的尽量采用。对于城市及工业供水工程一般要全部采用封闭管道输水, 以减少输水过程中的水量损失。供水线路根据地形条件, 尽量减少平面及竖向折转, 以减少输水局部水头损失。 (3)供水工程管材选择。选择供水工程管材的原则是: 在满足工程安全、可靠运行的前提下, 尽可能选择管壁糙率小、输水水力条件好的管材, 以减少输水沿程水头损失。 2、建筑物设计节能措施 建筑物设计节能技术主要用于泵站厂房、水电站厂房、管理
7、站用房等工业及民用建筑物的设计中。目前国家正在逐步发展和完善建筑物节能标准体系, 建筑物设计节能措施一般需要考虑以下几方面内容。 (1)建筑墙体、屋面和门窗节能技术。包括采用高效保温材料复合的外墙和屋面、外墙外保温技术, 限制并逐步淘汰内保温技术; 采用各类新型屋面节能技术、节能窗技术, 控制窗墙面积比, 改善窗户的传热系数和遮阳系数等。 (2)采暖和空调节能技术。包括根据工程所在的自然条件和基础设施条件, 研究采用集中供热技术、优化配置冷热源技术、空气热回收技术、太阳能技术等先进节能技术的合理性和可行性, 减少采暖、制冷方面的能源消耗。 (3)采光和通风节能技术。包括根据建筑物的布局情况,研
8、究泵站、水电站厂房利用自然光技术、自然通风技术的可行性, 减少采光通风方面的能源消耗。 3、机电及金属结构设计节能措施 水利工程中的水泵机组以及各类闸门启闭设备的电能消耗是工程运行期间的主要能源消耗。根据节能中长期专项规划的要求, 到 2010 年新增主要耗能设备能源效率将达到或接近国际先进水平, 在各类设备选型设计中, 应按照有关政策要求, 选择运行效率高、节能效果好的设备; 同时, 对于运行工况变化较大的泵站, 应配备必要的调节和控制设备, 以保证运行期间水泵机组能在高效区运行。 4、施工节能措施 施工期间的能源消耗主要是各类施工机具、运输车辆的电能、燃油消耗, 特别是在土石坝施工中, 坝
9、体填筑所需的运输、碾压机具的燃油消耗是施工期间的主要能源消耗, 在施工组织设计中, 应根据坝址区、料场区的地形、交通条件, 采用施工网络技术优化施工运输、碾压工序, 以减少施工期的燃油消耗。 5、工程运行节能管理 水利工程运行期间的节能一方面要靠优化设计方案作为保障, 另一方面则要通过合理的运行管理措施来实现。运行期间应根据工程任务和设计方案、工程调度运用方式、生产设备组成及其性能特点等, 确定工程的节能、降耗运用措施和原则,主要包括: 在供水调度中应根据用水量的变化情况, 充分利用供水线路上调节工程的作用, 合理确定水泵机组的开机数量、运行时间, 并确保水泵机组在高效区运行, 以减少不必要的
10、电量消耗和水量消耗; 水电站运行应根据水库的下泄流量, 选择合理的运行机组, 尽可能利用下泄水量发电。 三、关于项目节能效果的分析 项目节能效果的分析首先要确定项目的能耗指标。从国家有关政策和规划指标来看, 通常都采用单位 GDP 所消耗的标准煤数量进行衡量。对于水利工程来说, 能源消耗的目的是向不同用水户供水, 从而产生供水工程的供水效益以及财务收入。因此, 项目的节能效果分析一般可采用以下方法进行。 (1)确定工程的能源消耗总量。由于水利工程施工期间的能源消耗一般都是短时期的, 其能源消耗主要是在运行期间,因此,工程的能源消耗总量可以只考虑运行期间的年能耗总量。折合为标准煤消耗总量(单位为
11、t) 。 (2)分析计算工程的经济效益及财务收入。分析计算方法可采用建设项目国民经济评价中的经济效益及财务效益计算方法进行(计算结果单位为万元) 。 (3)计算能耗指标。根据以上计算结果, 分别计算单位经济效益和单位财务收入的能源消耗指标(单位为 t/万元) 。 (4)分析节能效果。根据计算的能耗指标, 与工程所在地的节能规划、发展要求所确定的能耗指标进行对比, 对工程的能耗水平进行分析, 以说明工程是否满足节能要求, 说明工程的节能效果。 五、结语 节能设计是水利工程设计中的一个全新的课题,需要根据相关法规、政策和专项规划, 结合水利工程的特点, 有针对性的确定工程的节能措施,合理分析工程的节能效果, 以完善工程设计内容。
