1、大型泵站工程节能设计编制要点分析2008 年第 5 期江苏水利引言为贯彻落实国务院关于加强节工作的决定(国发200628 号) 和家发改委关于加强固定资产投资目节能评估和审查工作的通知:改投资20062787 号)精神 ,水利转发国家发改委通知(水规计)0710 号)中明确提出:“水利项目劫察设计中,应当考虑节能要求,胃节能技术,执行节能标准,降低原消耗,合理有效地利用能源.在目建议书,可行性研究报告中必须盾节能分析篇(章); 初步设计报告页包括节能设计篇(章). 节能分析计)篇(章)的编制,要符合有关法去规和产业政策,依据中国节能7I 之政策大纲和国家,行业有关设觇范,能源标准.内容应包括:
2、项目趁循的合理用能标准及节能设计泡;项目能源消耗种类和数量分;项目所在地能源供应状况分析;陀指标,节能措施和节能效果分析国家发改投资20062787 号通要求,2007 年 1 月 1 日以后报送国荧展改革委审批,核准的项目可行研究报告和项目申请报告必须按求编制节能分析篇(章), 否则,将予受理.江苏省水利厅苏水计)0721 号文明确 :“凡报送国家发委,水利部以及省级审批,核准的建水利项目,其项目建议书,可行研究报告中必须包括节能分析篇),初步设计报告必须包括节能设计篇(章 ).由省级审批 ,核准的项目,自 2007 年 4 月 1 日起开始执行.“水利部即将发布的水利水电工程项目建议书编制
3、规程,可行性研究报告编制规程和初步设计报告编制规程中均增列了“节能设计 “章及其编制要求.由于水利水电行业至今尚未颁布有关节能设计标准和规范,致使设计人员在进行水利工程节能设计时无章可循,目前,我省水利建设任务繁重,将有很多泵站工程初步设计报告将陆续编制上报,本文笔者对大型泵站工程节能设计编制的要点进行了初步分析.1 节能设计编制内容及依据依据水利水电工程初步设计报告编制规程(征求意见稿)(以下简称初设报告编制规程),节能设计安排在第 13 章,分 4 节编写,标题分别为设计依据,工程节能设计,工程能耗和节能效果综合评价.在第 1 节“设计依据“ 中包含了项目应遵循的合理用能标准及节能设计规范
4、;项目所在地能源供应状况分析等内容.在第 2 节“工程节能设计 “中包含了节能设计原则和节能措施等内容.在第3 节“ 工程能耗“ 中包含了项目能源消耗种类和数量分析,能耗指标等内容.在第 4 节“节能效果综合评价 “中包含了节能效果分析与评价等内容.上述各节内容涵盖了“水规计 200710 号“ 通知所要求的节能设计内容,故大型泵站节能设计可按初设报告编制规程要求编制.节能设计依据主要包含两方面的内容:一是项目遵循的合理用能标准及节能设计规范;二是国家的法律,法规,政策文件和地方,行业制订的节能中长期规划与节能目标.节能设计依据也是上级主管部门组织项目审查的依据,报告编制时应予以明确.大型泵站
5、工程节能设计涉及多个专业,技术复杂,目前还没有一个统一的技术标准可作指导,但建筑,机械,电子,水运等行业已发布了节能设计标准,规范,故现阶段水利工程节能设计可依据国家发展改革委“关于印发固定资产投资项目节能评估和审查指南(2006) 的通知“精神,参照执行国家和相关行业的节能设计规范及标准.根据大型泵站工程特点,节能设计可遵循和参照下列标准,规范和文件:1中华人民共和国节约能源法(1998 年 1 月 1 日起试行);2中华人民共和国电力法(1996 年 4 月 1 日试行);3节能中长期专项规划(发改环资20042505 号);4“十一五“十大重大节能工程实施意见(发改环资20061457号
6、);5关于加强节能工作的决定(国发2oo628 号);6水利项目节能评估和审查暂行办法;圆圈崮盈.圈2008 年第 5 期江苏水利7公共建筑节能设计标准GB501892005;8综合能耗计算通则 GB2589;9企业节能量计算方法GB/T1323491;1O泵站设计规范 GB/T50265-97;11民用建筑热工设计规范GB50176;12夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ1342001;13水利发电厂照明设计规范DL/T51402001;14建筑照明设计标准 GB500342O04:15城市道路照明设计标准GJJ45-91:1614 建筑采光设计标准)GB/T500332001;17工业
7、企业能源管理导则GB 厂 r155871995;1814 载重汽车运行燃油耗量GB4352;1914 评价企业合理用电技术导则GB34585;20采暖通风与空气调节设计规范GB500192003;21三相配电变压器能效限定值及节能评价值GB200522006;22通风机能效限定值及节能评价值GB197612005;23用能单位能源计量器具配备和管理导则(GB17167);2414 南水北调工程建设专用技术规定(NSBD12005);25水运工程设计节能设计规范)(JTJ2282000).2004 年 12 月,国家发展改革委发布了我国第一个节能中长期专项规划,规划期分为“十一五 “和 2020
8、年,重点规划了到 2010 年节能的目标和发展重点,并提出 2020 年的目标.节能目标分述如下:(1)宏观节能量指标:到 2010 年每万元 GDP(1990 年不变价,下同)能耗由 2002 年的 2.68t 标准煤下降到 2.25t 标准煤,20032010 年年均节能率为 2.2%,形成的节能能力为 4亿 t 标准煤.2020 年每万元 GDP 能耗下降到1.54t 标准煤,20032020 年年均节能率为 3%,形成的节能能力为 14 亿t 标准煤,相当于同期规划新增能源生产总量 12.6 亿 t 标准煤的 111%,相当于减少二氧化硫排放 2100 万 t.(2)主要产品(工作量)
9、单位能耗指标:2010 年总体达到或接近 2O 世纪 9O 年代初期国际先进水平,其中大中型企业达到本世纪初国际先进水平;2020 年达到或接近国际先进水平.(3)主要耗能设备能效指标:2010 年新增主要耗能设备能源效率达到或接近国际先进水平,部分汽车,电动机,家用电器达到国际领先水平.如中小电动机(设计)9092%;风机(设计 )8o85%;泵(设计)8387%;气体压缩机( 设计)8O 84%; 汽车(乘用车 )平均油耗 8.26.7L/hkm;房间空调器(能效比)3.2 4;电冰箱(能效指数)6250%.(4)宏观管理目标:2010 年初步建立与社会主义市场经济体制相适应的比较完善的节
10、能法规标准体系,政策支持体系,监督管理体系,技术服务体系.2 工程节能设计要点大型泵站工程节能设计涉及的面较为广泛,应积极采用符合现行国家和行业标准的节能新技术,新材料,新工艺和新设备.节能设计文件编制应涵盖工程布置与建筑物节能设计,机电及金属结构节能设计,施工节能设计和工程运行节能管理等内容.2.1 工程布置与建设物节能设计工程布置与建筑物节能设计应以站址选择,总体布置和建筑结构为重点.站址选择除满足泵站设计规范)(GB/T5026597)第 4 章中有关条款外,应以输水河道水力损失最小为节能原则;在输水河道断面确定的条件下,站址应尽量选择在使上,下游输水引河顺直且最短的位置上,以减少河道弯
11、曲和沿程水力损失,降低泵站能耗;有条件时,引水口应布置在水源地的上风口地带,以减少漂浮物堆积在站下清污机前,可降低清污机能耗.总体布置除满足泵站设计规范(GB/T5026597) 第 5 章中有关条款外,应按泵站运行区,职工办公区,辅助生产区和生活区等使用功能分区集中布置,以利于节能管理;站区应结合地形,工程弃土情况做到平面顺适,纵坡均衡,路面平整,排水畅通,以降低能耗;供水塔,变配电所应尽可能接近负荷中心布置;进站道路除满足设备运输,消防和职工上,下班要求外,应尽量结合堤防和防汛通道布置,以节约土地资源.建筑结构设计应在保证室内环境参数符合国家现行标准的条件下,以降低采暖,通风,空气调节以及
12、照明等使用能耗为重点,采取相应的节能措施.泵房,控制室,检修间和变电所等生产用房的建筑设计.除满足泵站设计规范(GB/T5026597)第6 章和第 1O.7 节中有关条款外,还应参照执行公共建筑节能设计标准(GB501892005),民用建筑热工设计规范(GB50176)和夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ1342001).管理所办公用房,辅助生产用房等建筑应严格执行现有建筑节能设计标准和规范.泵房,控制室,检修间和变电所等生产用房的建筑体型系数应小于 O.35,窗墙比不应大于0.70;管理所办公用房,辅助生产用房建筑体型系数宜小于 0.40;窗墙比宜控制在 O.35 以内.房屋应采取
13、必要的保温措施:a.墙体可采用施工方便,且保温,防火效果良好的聚氨酯硬质泡沫塑料(PU)外保温;b.屋面采用高热阻,低线胀率的挤塑板保温.c.门窗采用隔热断桥铝合金型材,双层镀膜中空玻璃制作.2.2 机电及金属结构节能设计机电及金属结构节能设计,应以设备选择与配套为重点,设计除满足泵站设计规范(GB/T5026597)第9 章,第 1O 章和第 11 章中有关条款外,还应达到国家节能中长期专项规划确定的节能目标.对于泵站工程,反映能耗大小的主要指标为泵站的整体运行效率.而泵站的整体运行效率与水泵装置的运行效率,电机的运行效率,变压器嘲鞠豳,一2008 年第 5 期江苏水利的运行效率和配电装置的
14、运行效率等因数有关,故机电设备选型和配置显得十分重要.水泵选型:在给定水位,扬程和流量等参数的条件下,应选择高效区宽,平均扬程工况下效率高的泵型和水泵结构;对于扬程,流量变化大的泵站,水泵应配置叶片调节机构,以便根据泵站不同的运行工况,适时合理调节叶片角度,以达到降低能耗的目的.水泵及其装置模型效率指标可按国调办建管200525 号文件执行.在平均扬程 2.010.0m 工况下,水泵的模型效率对应参考值为8185%,装置模型效率对应参考值为6678%.电动机选型:根据大型泵站负荷特性和运行要求,宜采用高效的同步电动机和合适的功率,避免“大马拉小车“的状态发生 .电动机的效率及功率因数是其节能的
15、重要指标,且随负荷率的高低变化而增加和降低,达到电动机的额定功率时效率和功率因数最高.对于扬程变幅大的泵站,可采用变频调速或齿轮变速技术,以满足水泵运行要求,提高电能利用率.电动机效率应达到 95%以上.变压器选择:应选用低损耗,低噪声的节能变压器,并通过负荷计算,利用最佳负载系数法确定其容量,力求使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷,以提高变压器的技术经济效益,减少变压器能耗.变压器的经常性负载应以在变压器额定容量的 6070%为宜.变压器的容量不宜过大,以免增加线路的损耗.选择变压器的接线组别应有利于抑制高次谐波.配电装置:配电系统应选择节能设备,正确选定装机容量,减少设备本身的能源消耗,
16、提高系统的整体节能效果;应合理选择变配电所位置,正确选择导线截面,线路的敷设方案,以利于降低配电线路的损耗.此外,应采取无功功率补偿措施,提高功率因数(高压不低于 0.9,低压不低于 O.85),减少电能损耗;应采取通风降温措施,以控制变压器的工作温度;应配备能源管理系统,实现能耗跟踪与控制.金属结构:设计应根据工程运行特点,合理选用节能型门体结构和启闭设备,力求达到闸门止水效果理想,启闭设备运转可靠灵活的目标.2.3 施工节能设计施工组织设计除满足水利水电工程施工组织设计规范(SL3032004)b,还应考虑以下方面的节能措施:合理选择导流方案,在条件许可的情况下,尽量利用现有水利设施进行施
17、工导流;其次,通过优化施工顺序,利用先建工程为后续工程施工导流.施工导流优先采取自排方式,以减少排水能耗.施工总布置应按生产区,辅助生产区和生活区等使用功能分区布置;场内道路和料场布置应有利于物料输送,节约能源,降低能耗;临时码头位置选择应与场内道路,堆场统筹考虑,避免货物的迂回和折返运输.施工临时设施建设应与永久管理设施相结合,按标准一步建设到位,避免重复建设,造成浪费.土方调配方案应周密,施工机具选择应合理,避免二次转运和回运,防止重复做功.根据工程特点,合理选择混凝土拌和系统,生产能力和浇筑工艺,有条件时,优先采用商品混凝土浇筑.合理安排施工程序,加强工序管理,尽量缩短工期,以减少基坑降
18、,排水的能源消耗.2.4 工程运行节能管理工程管理设计除按有关设计规范和泵站技术管理规程(SL2552000)配备必要的管理设施,检测设施和制定运行管理规程外,还应重视以下节能措施,以提高节能效果:根据工程任务要求,梯级泵站运行特点和上,下游不同水位组合情况,制定泵站机组开启台数,叶片调节角度等运行管理调度方案,使机组处于高效区运行,以提高泵站运行效率.按用能单位能源计量器具配备和管理导则(GB17167)配备必要的计量仪表,建立能源计量数据中心,为提高节能管理水平,节能考核评价和降低能耗积累必要的数据资料.根据生产设备组成及其性能特点,提出各主要耗能设备的节能,降耗运用措施和原则;制定照明,
19、空调等辅助生产设备的节能管理办法.根据应急用电负荷要求,合理选择单位能耗低的备用柴油发电机组.管理单位人员配制应设专职节能管理人员,按有关节能管理的规定和标准,负责能源消耗定额管理,考核和奖惩,研究分析工程能源消耗情况,提出节能方案或改进措施并组织实施.3 工程能耗分析及节能效果综合评价按照初设报告编制规程要求,本部分应根据工程所在地的条件,分析项目所在地能源供应状况;针对建设项目的具体情况,确定建设项目建设期及运行期用能总量及用能品种;根据国家及工程所在地区的节能目标,确定建设项目建设期及运行期的能耗指标.对于工程所在地区能源供应状况和节能目标,可根据工程的地理位置,当地自然环境和节能规划目
20、标具体描述.大型泵站工程建设期的能耗主要体现在工程施工过程中各种机械设备运转所产生的能耗,能耗种类以油,电,水和辅助性材料为主.土方工程施工能源消耗以柴油消耗为主,混凝土工程施工能源消耗以电和水消耗为主,金属结构制作能源消耗以电和焊材消耗为主.经初略测算,江苏境内大型泵站工程建设期电能消耗约占施工总能耗的 90%以上.泵站运行期的能源消耗主要体现在主机泵及其辅助设备运转时的能源消耗,以及管理人员办公,生活和工程日常维护所发生的能源消耗,能源消耗以电力为主,能源消耗总量可按泵站装机容量,机组效率,计划运行时间以及选配的各类机电设备容量计算得出.对于年运行时间在 5000h 以上的大型泵站,机电设
21、备运行能耗约占运行期总能耗的 95%以上.因此,机电设备选型和提高泵站整体运行效率是大型泵站节能设计的关键.(下转第 23 页)团圆圈口一圈2008 年第 5 期江苏水利cm;PE 膜采用焊接工艺连接,焊接工具采用自动调温(调速) 电热模式双道塑料热合机,由生产厂家派专业技术人员到现场操作,采用土工膜专用焊接设备进行.2.焊接工艺:第一幅土工膜铺好后,将需焊接的边翻叠(约 6Ocm宽),第二幅反向铺在第一幅膜上,调整两幅膜焊接边缘走向,使之搭接 1Ocm03.焊接全部在现场进行,要求天气晴好,风力 3 级以下,严禁在雨天,高温和严寒天气下施工,焊接基底表面应干燥,焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子
22、,泥土等脏物,再用干净毛巾擦净,保证膜面干净,在焊接部分的底下垫一条长木板,以便焊机在平整的基面上行走,保证焊接质量.4.4 复合土工膜的锚固复合土工膜的锚固分底部锚固与上部锚固.底部锚固即在坝脚下沿轴线方向挖口宽 0.4m深 0.7m 的一条沟槽,铺设复合土工膜时将复合土工膜紧贴在沟内侧,底部铺设至沟槽底部外侧,铺设完成后在沟槽内浇筑素混凝土.上部锚固采用将复合土工膜铺设至设计高程,在坝体 6Ocm以下开挖一口宽 0.3 锄深 0.3cm 的三角沟槽,在槽内夯填土.然后再在上面覆盖压实细土就可以了.4.5 上覆保护层复合土工膜焊接后,及时在膜上面均匀铺设 15cm 砂砾石垫层,找平拍实后浇筑
23、 12cm 混凝土至高程35.5m,混凝土护坡以上(35.536.4m)在复合土工膜上直接覆盖 6O8Ocm 压实细粒土作为保护层.5 复合土工膜施工质量控制5,1 材料采购结合工程实际选购符合规格的复合土工膜.5.2 原材料质量控制进场的复合土工膜必须有厂家提供的合格证书,性能及特性指标和使用说明书.进库后应随机抽检,要求复测结果全部合格.5_3 施工操作过程控制施工人员均应穿软底鞋进行复合土工膜铺设,做到随铺随压.复合土工膜铺设要与保护层铺设相协调.焊缝质量是复合土工膜拼接的关键,施工中尤其要加强接缝检测,检测方法采用充水法,即焊缝为双条,两条之间留有约 1Omm 的空腔,将待检测段一端封
24、死,另一端插入水针,充水至 0.050.20MPa,如无水从孔腔漏出,表明焊缝合格.6 小结砂墩水库除险加固工程完工后,经过半年的运行,混凝土护面平整,没有出现护面下滑,面板断裂,坝后无水溢出点,防渗效果较好.采用复合土工膜护坡防渗对于有渗漏现象的中小型病险水库的除险加固,具有较大的经济效益和很好的推广使用价值.(作者单位: 新沂市水利局江苏省水利建设工程有限公司)!铆筇.:筇.筇不.尔筇筇筇乔乔乔不尔尔尔乖乖(上接第 21 页)因目前水利水电行业尚未发布有关节能设计标准和能耗指标,节能目标可参照国家节能中长期专项规划制定,建议新建泵站主要耗能设备能效指标和装机效率接近本世纪初国际先进水平.因
25、水利水电行业尚未发布节能设计标准和建立节能评价体系,故根据泵站工程节能设计具体情况,对节能效果进行分项评价:(1)对总体布置的节能设计进行评价.若通过输水河道和建筑物的优化布置,减少了水流沿程损失,应对降低泵站扬程和能耗的情况作出评价.(2)对生产和辅助生产建筑物的节能设计评价.应参照执行公共建筑节能设计标准(GB50189),根据围护结构热工设计情况选择不同的评价方法:规定性指标法,性能性指标法,权衡判断法.对于泵站工程辅助生产建筑,如控制室,办公楼,宿舍楼,食堂等建筑物,在室内环境参数以及围护结构的热工性能,窗床面积比和体形系数等符合国家现行标准的条件下,与未采取节能措施前相比,全年采暖,
26、通风,空气调节以及照明的总能耗可减少 50%.(3)对机电设备节能设计评价,重点说明选用的设备是否先进,节能和高效,是否达到国内和国际先进水平;机电设备配置数量是否合理,性能是否配套,整个系统是否高效和节能;与国内类似结构,扬程和规模的泵站比较,预测能耗水平.(4)对施工节能设计评价,应说明临时设施建设是否兼顾永久设施;施工导流路径是否最优;施工组织设计方案是否合理;工序流程,工期安排是否妥当;施工机械选择是否先进,适用;建设期各种运行设备的节能措施是否有效;按不同工程类别测算单位工程能耗,与国内,国际单位工程能耗指标进行比较.(5)对工程运行节能管理评价,应说明通过加强泵站运行管理,积累在不同时段,不同工况下的机组运行数据,对扬程,流量,叶片角度,机组功率,运行台数和泵站整体效率进行统计分析,制定机组最优运行模式,预期 kt 水能耗指标达到或接近本世纪初国际先进水平.4 结语目前,水利水电行业尚未发布节能设计规范和标准,笔者在参照其它行业节能设计规范的基础上,结合大型泵站工程的特点,对节能设计编制的内容,依据,要点和能耗分析以及节能效果评价进行了初步研究.由于泵站工程节能设计涉及的专业面广,如何确定项目建设期和运行期的能耗指标,并建立科学的节能评价体系,是摆在水利设计工作者面前的重要课题,祈望诸位同仁共同探讨.(作者单位: 江苏省水利勘测设计研究院有限公司)舅醺簟国
