節(jié)能技術在水利工程設計中應用

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摘要:近年來我國經(jīng)濟建設呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢，水利工程建設的目的是合理配置水資源，提高水資源的利用率。在水利工程設計中應用節(jié)能技術，對于水利工程建設有著重要的優(yōu)化作用，對于進來資源節(jié)約型社會有著重要意義。首先提出了節(jié)能設計對于水利工程的重要作用，然后探討了水利工程設計中的節(jié)能技術如何實施應用。

關鍵詞:水利工程;節(jié)能技術;應用

我國對水資源的需求量非常大，不管是哪個行業(yè)的發(fā)展，都需要水資源的支持。因此，需要加強水資源管理，只有對水資源進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的重要組成部分，與國民的日常生活息息相關。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，之前的水利工程對水資源的用量大，很容易出現(xiàn)水資源浪費的現(xiàn)象。為了實現(xiàn)節(jié)約型社會的構建目標，相關部門要在水利工程設計中積極應用節(jié)能技術，不僅能夠減少資源投入，而且能夠為人們提供優(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)能技術應用于水利工程設計的各個環(huán)節(jié)，確保資源的合理分配，從整體上提高水利工程的設計水平。在水利工程設計中引入節(jié)能技術，有助于推動我國水利建設的可持續(xù)、生態(tài)化發(fā)展，對于我國發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。首先，能夠提升水利工程的自排能力。水利工程建設是為了合理利用水資源，其自排能力會嚴重影響水利工程的建設效果。但是應用技能技術可以合理的布置水閘結構，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。之前的水利工程設計中，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。但是應用節(jié)能技術能夠改善這一狀況，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，提高水利工程設計的科學性和實效性，進一步保障人民生命財產(chǎn)安全。最后，能夠顯著改善生態(tài)環(huán)境?，F(xiàn)階段國家大力倡導生態(tài)化建設，推行節(jié)能技術，在一定程度上提升了節(jié)能技術的存在價值。目前我國水利工程建設的施工中，時常會出現(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，在水利工程設計中要高度重視節(jié)能理念，積極應用節(jié)能技術，通過采用科學合理的措施進行施工過程的優(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，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，提高水利工程建設的實效。

1采用合理布設重要設施的節(jié)能設計應用

1.1合理選擇水系及節(jié)制閘的結構

水利工程的自排能力是其重要技術指標，在汛期大量洪水堆積，如不能及時釋放排出有可能造成沖毀壩體，造成巨大的災難。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，這是在正常時期，對排水的控制用于農(nóng)田灌溉、保護生態(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，這是針對在汛期或雨量豐富時期，采取節(jié)制閘排水的排量無法滿足需要的時候，采取同時啟動泵機，形成更快速的排水，減少可能帶來的洪澇災害。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構。水系布置方面，要充分考慮周邊環(huán)境，利用環(huán)境優(yōu)勢合理布局設計水系，從而加快水流速度，達到自排能力的提升;對于水閘結構方面，則要綜合考慮經(jīng)濟因素，環(huán)境因素，然后對節(jié)制閘的寬度和深度、河道的斷面結構等綜合分析考慮，從而達到增加自排能力。并在這一過程中，由于自排能力的提高，可以相應減少泵站的數(shù)量，滿足防洪防澇要求的同時，起到了節(jié)能作用［1］。

1.2合理布置水泵站和節(jié)制閘

對于水泵與節(jié)制閘的合理布設，不僅增加自排能力，同樣是一種優(yōu)質的節(jié)能技術應用。由于在汛期防止因排量不足水位超標而損壞壩體，經(jīng)常會出現(xiàn)水泵站和節(jié)水閘同時工作的情況。為此，要采取合理的布置方式，盡量減少水泵的同時，增加排水能力。一般需要從2個方面進行研究，一個是基于節(jié)制閘的自排功能為核心，基于水體流動原理技術配置上，合理配置水泵站的位置，起到增加排量的方式;另一種則是對泵站周圍環(huán)境進行認真研究，選擇合適的位置布設泵站，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對用電設備的節(jié)能技術應用

2.1合理匹配水泵和電動機

電動機帶動水泵運轉有齒連和直連2種方式。齒連方式是電動機與水泵間采用齒輪變速箱連接，其優(yōu)點是提高了電動機的轉速，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機直接連接形成整體，水泵轉速與電動機轉速一致。相較于齒連方式，其功率消耗較小，但轉速偏低。而在大中型水利的水泵設施中，轉速普遍要求不高，為此，應該盡量選擇低轉速但更節(jié)能的直連方式［2］。當然，要根據(jù)實際情況確定，一般為了提高轉速，達到提高排水量的技術指標，也會在直連和齒連的混合搭配配置泵房的方式。其最終目的，就是在滿足技術指標的要求上，盡量采用更加節(jié)能的技術措施進行應用。

2.2變壓器配置合理化

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

2.3對電動機進行無功補償

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速的大中型電動機與之相匹配，這就造成了電動機的功率因數(shù)僅能達到60%左右，這就造成一方面不符合當前供電公司的要求(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)，起到無功補償?shù)淖饔?。該方式就是在電動機上并聯(lián)電容器，提高無功補償。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，起到保護電氣設備，避免大電流沖擊造成損壞的危害。采取并聯(lián)補償?shù)姆绞绞钱斍拜^為先進的無功補償方式，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采用先進的科技措施的節(jié)能技術應用———自動化控制技術的應用

水利工程的排水控制，在之前都是使用手動控制的方式，例如，對節(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報等情況采取提前預防措施。這些方式過于依靠水利設施技術人員的專業(yè)水平和經(jīng)驗。而隨著科技的進步，自動化控制的實現(xiàn)，傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗和復雜人工操作予以摒棄。采用自動化控制模式，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行匹配，然后通過邏輯判斷對節(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，通過對水位的動態(tài)進行收集并預測趨勢，采用增加水泵排水的作用，大大超過了人為的判斷效率，且更具科學性。顯然，采用自動化控制技術實現(xiàn)對水利工程排水的精準控制方式，大大提高了工作效率并減少傳統(tǒng)的人工控制的不精準問題，同樣是一種節(jié)能措施。

4結語

綜上所述，節(jié)能技術在水利工程設計中發(fā)揮著重要作用，節(jié)能技術的應用，符合當前我國倡導的可持續(xù)發(fā)展思想，也是未來必行的發(fā)展方向。在水利工程設計中應用節(jié)能技術，能夠大幅度降低水資源的消耗，提升水利工程的自排能力，對節(jié)制閥進行科學合理的布置，顯著改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)高效發(fā)展。水利工程設計可以從多個方面實現(xiàn)節(jié)能技術，一是可以從排水能力方面對水系、節(jié)制閘的布置結構的合理化，以及節(jié)制閘與水泵站的合理布置，起到節(jié)能效果;二是可以從用電設備方面采取有效的措施，這包括對變壓器的配置進行選擇，提高水泵功率因數(shù)，采取無功補償?shù)确绞?，達到節(jié)能作用;三是采用先進的自動化控制技術，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)能技術應用在水利工程設計中，能夠有效推動我國水利建設事業(yè)的長遠穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻:

［1］章效平.節(jié)能技術在農(nóng)業(yè)水利工程設計中的應用［J］.南方農(nóng)業(yè)，2020，14(18):177－178.

［2］黃丹華.關于水利工程設計中節(jié)能技術的應用［J］.科學技術創(chuàng)新，2020(17):135－136.

［3］徐良學.芻議節(jié)能技術在水利工程設計中的應用［J］.農(nóng)家參謀，2020(03):154.

［4］李廷.關于水利工程設計中節(jié)能技術的應用［J］.科學技術創(chuàng)新，2018(20):101－102.

作者:侍孝杰 單位:淮安市水利勘測設計研究院有限公司