影响直接能耗的因素-供水泵站新技术的理论与实践

供水泵站工程中直接能耗分为必要的和不必要的两种能耗。所谓必要能耗就是将需要的水量抽到需要的高度所必需消耗的能源。而不必要的能耗则是将需要的水量抽到超过的高度或将过多的水量抽到需要的高度所额外消耗的能量。

供水泵站工程直接能耗的公式可用下式表示

式中　M净——净灌溉定额，m3/亩·年；

ω——年灌溉面积，亩；

H净——净扬程，m；

η装——工程的装置效率，%；

η渠——渠系水的利用系数，%；

γ——水的容重，103kg/m3。

从式（4-1）可以看出，一座工程的直接能耗，与其灌溉面积、灌溉定额、净扬程成正比，与其装置效率和渠系水的利用系数成反比。一般情况下，当扬程一定时，灌溉面积已确定，所以能耗的大小的主要制约因素，是灌溉定额、装置效率和渠系水的利用系数。

（一）扬程对能耗的影响

高扬程灌排的能耗均比较大，很多已成工程运行的资料（见表4-2）表明，扬程超过400m时，单位面积的耗电量均超过400kW·h/亩，扬程越大耗电量越大，每提1m3水量的耗电量一般为1.1～1.6kW·h。

表4-2　扬程与能耗的关系

例如：在式（4-1）中，设η渠、η装都等于0.55，则1m3 水量流到田间的耗电量与扬程之间的关系约为：

当H净＝111 （m）时，1m3 水量的耗电量为1kW·h，在此扬程下，每亩用水量400m3，生产粮食200kg，则1kW·h电能换来粮食1.5kg。

由此可见扬程在供水泵站工程的至关重要性，设计中应结合具体情况，在经济分析的前提下，合理确定，否则发生不必要的能耗。

（二）水的容重对能耗的影响

式（4-1）为在清水（密度1000kg/m3）前提下的换算或计算值。事实上，我国北方地区的供水泵站上，含沙量是引起能耗的又一因素。含沙量越大，机组流量越小，功率越大。表4-3 是含沙量对24SH—19 型泵参数的影响情况。

表4-3　含沙量对24SH—19型泵参数的影响情况表

含沙量与浑水容重的关系如下：

设每立方米浑水中的泥沙的重量为W 沙kg，清水重为W 水kg，则浑水的容重为(www.xing528.com)

若沉沙的容重为γ沙，则每立方米浑水中泥沙的体积为

每立方米浑水中清水的重量为

于是得浑水的容重为

根据含沙量W 沙和浑水容重γ浑，可以求得无因参数含沙率ρ值为

取γ沙＝2700kg/m3，γ水＝1000kg/m3，则

由以上公式可算出不同含沙量W 沙的浑水容重γ浑和含沙率ρ值，也可算得100m3 水提高100m时，不同浑水容重的耗电量，如表4-4所示。可以看出，当含沙量小于10kg/m3 浑水容重时，抽浑水的能耗与抽清水时的能耗相差很小，只有当含沙量大于10kg/m3时，浑水容重变大，相应的能耗也变大。

表4-4　不同含沙量W沙的浑水容重γ浑和含沙率ρ值

（三）装置效率对能耗的影响

装置效率对能耗的影响，常以提水每千吨米耗电多少度或多少千克燃料与装置效率的关系来表示。它是一条双曲线，随着装置效率的降低能耗越大。如电力抽水，装置效率从70%降至50%，下降20%，能源单耗从3.9kW·h/（kt·m）增加到5.6kW·h/（kt·m），即每千吨米耗电量增加了1.7kW·h。但装置效率从50%降至30%，同样下降20%，能源单耗却从5.6kW·h/kt·m，增加到9kW·h/kt·m，即每千吨米能耗电量增加了3.4kW·h。

表4-5 为常用水泵由于装置效率的提高，一个月内所节约的电量和电费电耗（电价按0.06 元/kW·h计）。

大量研究表明，为降低能耗，柴油机抽水装置的效率应不低于20%～30%，否则能源单耗将大幅度增加。

由此可见，供水泵站工程装置效率偏低，是不必要的能耗因素之一，应加强技术管理和节能问题的研究。

表4-5　单泵一个月的节约效果

（四）渠系水的利用系数对能耗的影响

众所周知，渠系水利用系数越小，水的利用率越低，耗费越大，机械提灌不必要的能耗提高，灌溉成本也越高。因此，机械提水灌溉工程，除努力提高装置效率降低单位能耗外，必须同时加强用水管理，提高水的利用率，以减少不必要的能耗。