农村小水电设计选型和运行的节能方法
2007-12-29 11:55:57 来源：
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电力18讯： 摘 要小水电综合能效较低，应通过科学设计选型，优化调度运行，修订提高并网功率因数考核标准，做好无功功率就地平衡等措施，使电能损耗降低5%～10%，提高水能资源利用率，发挥出小水电的应有效益。
关键词 设计选型 优化运行 功率因数
随着社会对能源需求的不断增长，建设节能型社会已提到重要战略高度，我国的能源政策是“开发与节约并重”，政府部门带头垂范，从节约一吨水、一度电做起，引导社会各方面各阶层做好节能工作。电力是能源战略的重要组成部分，如何节电、节能已成为举国上下关注的焦点,本文就小水电设计选型和运行中有关如何提高水能转换效率、发电效率及减少输变电损耗、修订并网功率因数考核标准等方面做出论述介绍，供有关行业参考。
一、提高水工设施能效
低水头大流量的河床式、坝后式水电站，应减少进水口和拦污栅水头损失，进水口应力求顺畅，拦污栅应采用宽面布置，不要太密，尾水渠要尽量宽深，调节水库应充分注意保持高水位运行。中高水头的引水式水电站，尽量采用有压引水，力求采用优化调节运行，压力管道截面要从节能降耗方面比较确定，特别是较长的管道，以等径变管厚为宜。如某电站设计水头220m，有压引水钢管长760m，额定引用流量0.63m3/s，在初步设计时选择下段管径为0.5m，厚度为10mm，上段管径为0.6m，厚度为6mm，计算重量为82t，计算水头损失为11.4m，最大损失功率55kW，年平均损失电能15万kW・h，施工时采用上下段管径均为0.63m，厚度为5-6-8-10mm，计算重量为86.5t，计算水头损失减少为6m，最大损失功率为30kW，年平均损失电能为8万kW・h，增加4.5t的钢管，年减少电能损失7万kW・h，一年半就可收回投资。
二、水轮机选型与节能
水轮机的节能，最大方面是注重转轮的最高效率和实际运行区的效率，现在水轮机转轮的品种和规格很多，可以通过选择转轮型号和直径，使水轮机在最优工况运行，还可以在一个电站内选择不同型号和直径的转轮，甚至可选用不同类型的水轮机，如径流引水式中水头水电站，采用斜击式与混流式水轮机混用，以保证兼顾流量变化的运行工况外仍具有较高的效率，而以前不注意能效，都按电站同一种转轮考虑，台数也尽量少选，更不考虑使用两种类型水轮机。小水电的水轮机如能满足并网运行时的稳定性，就不宜配飞轮，而应尽可能用两支点形式，效率至少可提高1%。低水头机组的安装吸出高程应尽量低，理论上虽有相应规定，但实际上正吸出高程段尾水管的能量回收是很有限的，经常产生低水头机组的效率达不到，基本上都把尾水管的吸出高度计入设计水头。另外就是要购买效率高质量好的水轮机，虽好的厂家水轮机价格可能高10%，甚至20%，但水能转换效率可提高3%～5%，以HL220-WJ-50型水轮机工作在52m水头为例，效率差3%（好的水轮机效率可达89%，差的则达不到86%）也就是27kW， 发电装机的综合造价按5500元/kW计算，价值近15万元，而水轮机出厂价相差不到3万元，按机组年利用小时4000h计算，约1年就可收回增加的投资，质量好的水轮机使用寿命也长，维修费用少，影响发电少，效益明显。有的电站甚至购买旧水轮机使用，或老旧差的水轮机一直不进行更新改造，不仅经济上不合算，同时也浪费大量水能资源。
三、发电机选配与节能
从现代小型同步发电机励磁类型和制造使用情况看，无刷励磁的发电机效率较高，可控硅整流次之，机械励磁和电抗分流励磁较差。无刷励磁发电机的主励磁电流回路最短，损耗最少，其他回路损耗更微小，目前主要使用在12极100～630kW以下小型发电机，一些低转速的和800～2000kW高压机组较少选用，主要是旋转整流二极管容量（现已有很多大电流整流元件可供选配）、励磁电流观测和停机灭磁等问题，其实对小机组励磁电流观测（可在交流励磁机调节电流和并网功率因数加以间接测控）和灭磁（非电机内部短路停机灭磁无大作用，内部短路机率极少，慢速灭磁也不会造成严重后果）不是很必要，转速低的电机可通过增加交流励磁机定子磁极的对数解决，该励磁方式可使整机发电效率提高约1%，价格便宜，运行可靠，占地也少，值得广泛采用。可控硅励磁主要在极低转速和较大容量同步发电机使用，机械励磁和电抗分流励磁最好不用，小容量（500kW以下）发电机组最好使用异步发电机，综合效率可提高1%～2%。
容量选配也是小型发电机节能的一个主要措施，以前生产的微小型同步发电机，额定功率因数满载的励磁损耗功率约占标称额定功率的2.5%，发电机定子铁芯损耗一般在2.0%，定子线圈功率损耗一般在5.0%，现在生产的同步发电机一般分别相应减少为2.0%、1.5%、4.0%，但电机的综合发电效率一般也只有92.5%左右（容量较小的只有90%左右，容量较大的一般可达95%）。从节能的角度讲，负荷率控制在80%较好，综合考虑节能和造价，一般负荷率控制在90%～95%为好，特别是利用小时较高的机组，应尽量不要满负荷甚至超负荷长期运行，也不要低于30%负荷运行。当<
关键词 设计选型 优化运行 功率因数
随着社会对能源需求的不断增长，建设节能型社会已提到重要战略高度，我国的能源政策是“开发与节约并重”，政府部门带头垂范，从节约一吨水、一度电做起，引导社会各方面各阶层做好节能工作。电力是能源战略的重要组成部分，如何节电、节能已成为举国上下关注的焦点,本文就小水电设计选型和运行中有关如何提高水能转换效率、发电效率及减少输变电损耗、修订并网功率因数考核标准等方面做出论述介绍，供有关行业参考。
一、提高水工设施能效
低水头大流量的河床式、坝后式水电站，应减少进水口和拦污栅水头损失，进水口应力求顺畅，拦污栅应采用宽面布置，不要太密，尾水渠要尽量宽深，调节水库应充分注意保持高水位运行。中高水头的引水式水电站，尽量采用有压引水，力求采用优化调节运行，压力管道截面要从节能降耗方面比较确定，特别是较长的管道，以等径变管厚为宜。如某电站设计水头220m，有压引水钢管长760m，额定引用流量0.63m3/s，在初步设计时选择下段管径为0.5m，厚度为10mm，上段管径为0.6m，厚度为6mm，计算重量为82t，计算水头损失为11.4m，最大损失功率55kW，年平均损失电能15万kW・h，施工时采用上下段管径均为0.63m，厚度为5-6-8-10mm，计算重量为86.5t，计算水头损失减少为6m，最大损失功率为30kW，年平均损失电能为8万kW・h，增加4.5t的钢管，年减少电能损失7万kW・h，一年半就可收回投资。
二、水轮机选型与节能
水轮机的节能，最大方面是注重转轮的最高效率和实际运行区的效率，现在水轮机转轮的品种和规格很多，可以通过选择转轮型号和直径，使水轮机在最优工况运行，还可以在一个电站内选择不同型号和直径的转轮，甚至可选用不同类型的水轮机，如径流引水式中水头水电站，采用斜击式与混流式水轮机混用，以保证兼顾流量变化的运行工况外仍具有较高的效率，而以前不注意能效，都按电站同一种转轮考虑，台数也尽量少选，更不考虑使用两种类型水轮机。小水电的水轮机如能满足并网运行时的稳定性，就不宜配飞轮，而应尽可能用两支点形式，效率至少可提高1%。低水头机组的安装吸出高程应尽量低，理论上虽有相应规定，但实际上正吸出高程段尾水管的能量回收是很有限的，经常产生低水头机组的效率达不到，基本上都把尾水管的吸出高度计入设计水头。另外就是要购买效率高质量好的水轮机，虽好的厂家水轮机价格可能高10%，甚至20%，但水能转换效率可提高3%～5%，以HL220-WJ-50型水轮机工作在52m水头为例，效率差3%（好的水轮机效率可达89%，差的则达不到86%）也就是27kW， 发电装机的综合造价按5500元/kW计算，价值近15万元，而水轮机出厂价相差不到3万元，按机组年利用小时4000h计算，约1年就可收回增加的投资，质量好的水轮机使用寿命也长，维修费用少，影响发电少，效益明显。有的电站甚至购买旧水轮机使用，或老旧差的水轮机一直不进行更新改造，不仅经济上不合算，同时也浪费大量水能资源。
三、发电机选配与节能
从现代小型同步发电机励磁类型和制造使用情况看，无刷励磁的发电机效率较高，可控硅整流次之，机械励磁和电抗分流励磁较差。无刷励磁发电机的主励磁电流回路最短，损耗最少，其他回路损耗更微小，目前主要使用在12极100～630kW以下小型发电机，一些低转速的和800～2000kW高压机组较少选用，主要是旋转整流二极管容量（现已有很多大电流整流元件可供选配）、励磁电流观测和停机灭磁等问题，其实对小机组励磁电流观测（可在交流励磁机调节电流和并网功率因数加以间接测控）和灭磁（非电机内部短路停机灭磁无大作用，内部短路机率极少，慢速灭磁也不会造成严重后果）不是很必要，转速低的电机可通过增加交流励磁机定子磁极的对数解决，该励磁方式可使整机发电效率提高约1%，价格便宜，运行可靠，占地也少，值得广泛采用。可控硅励磁主要在极低转速和较大容量同步发电机使用，机械励磁和电抗分流励磁最好不用，小容量（500kW以下）发电机组最好使用异步发电机，综合效率可提高1%～2%。
容量选配也是小型发电机节能的一个主要措施，以前生产的微小型同步发电机，额定功率因数满载的励磁损耗功率约占标称额定功率的2.5%，发电机定子铁芯损耗一般在2.0%，定子线圈功率损耗一般在5.0%，现在生产的同步发电机一般分别相应减少为2.0%、1.5%、4.0%，但电机的综合发电效率一般也只有92.5%左右（容量较小的只有90%左右，容量较大的一般可达95%）。从节能的角度讲，负荷率控制在80%较好，综合考虑节能和造价，一般负荷率控制在90%～95%为好，特别是利用小时较高的机组，应尽量不要满负荷甚至超负荷长期运行，也不要低于30%负荷运行。当<
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