水电站运行管理节能措施探析

随着能源结构调整与环境保护要求的不断提高，水电站作为可再生能源发电的主力军，承担着越来越重要的电力供应任务。节能措施的实施不 能降低水电站的运行成本，提高经济效益，还可延长设备使用寿命，减少维护费用，更重要的是能提高水资源的利用效率，实现水电站的可持续发展。因此，深入研究水电站运行管理的节能措施，对于推动水电行业的高质量发展具有重要的现实意义。

一、设备优化与节能改造

1.水轮机效率提升

水轮机作为水电站能量转换的核心设备，其运行效率直接决定了水能利用率的高低，现代水轮机设计理论不断发展，为老旧机组的改造提供了技术支撑。叶片型线的优化设计采用计算流体动力学技术，精确模拟水流在转轮内的流动特性，针对不同水头段的运行工况调整叶片进出口角度，减少脱流、涡流等水力损失现象的发生，改造后的转轮效率可提高 3%5%: ；转轮材料的升级选用抗空蚀性能更好的不锈钢材料，表面采用激光熔覆技术形成保护层，延长了转轮的使用寿命，减少了因空蚀造成的效率下降[1]；导叶与转轮的匹配优化需要精确调整导叶的开度曲线，确保不同负荷下水流进入转轮的角度最优，减少撞击损失；定期的维护检修工作包括转轮叶片的打磨抛光、止漏环间隙的调整、主轴密封的更换等，保持设备表面的光滑度，降低摩擦阻力，维持机组的高效运行状态。

2.发电机组节能升级

发电机组的节能升级重点关注电磁设计优化与损耗降低，新型高效发电机技术的应用为节能改造提供了多种选择。定子绕组的改造采用新型绝缘材料，提高绝缘等级的同时减薄绝缘厚度，增加导体截面积，降低铜损；磁极结构的优化设计改善磁场分布的均匀性，减少漏磁与附加损耗，采用分数槽绕组技术降低谐波含量；冷却系统的节能改造是降低辅助能耗的关键环节，空冷器的换热元件采用高效翅片管，增大换热面积的同时减少风阻，风机采用变频控制根据发电机温度自动调节转速，避免过度冷却造成的能量浪费；轴承润滑系统的优化选用低粘度合成润滑油，减少搅油损耗，推力轴承采用弹性金属塑料瓦，摩擦系数更低，发热量减少，相应的冷却需求也随之降低；发电机效率的提升还需要关注励磁系统的优化，采用静止励磁方式取代旋转励磁，消除了励磁机的机械损耗与维护工作量。

3.辅助设备节能控制

辅助设备虽然不直接参与能量转换，但其能耗总量不容忽视，精细化的节能控制能够显著降低厂用电率。调速器系统的优化着重提高调节精度与响应速度，采用电液伺服阀取代传统的机械液压阀，控制精度从 ,±0.5% 提高到 ±0.1% ，减少了频繁调节造成的能量损失；微机调速器的PID 参数需要根据水头变化、负荷特性进行自适应调整，避免过调与振荡；励磁系统的节能改造采用全控桥整流技术，功率因数接近1，减少了无功损耗，励磁变压器选用节能型干式变压器，空载损耗降低30%以上；油压装置的节能控制引入变频技术，油泵电机根据系统压力需求自动调节转速，取代传统的溢流调压方式，节电率达到 40%-60% ；压缩空气系统的优化包括空压机的变频改造、管网泄漏的治理、用气设备的合理配置等措施，制动系统与检修密封门的用气实行分压供给，避免高压气源的浪费[2]；技术供水系统的节能需要优化水泵配置，采用大小泵组合运行方式适应不同季节的冷却需求，滤水器实现自动反冲洗，减少人工操作的用水量。

二、技术升级与智能化应用

1.自动化控制系统优化

现代自动化控制技术的发展为水电站的智能化运行提供了强大支撑，控制系统的优化不仅提高了运行的安全性，更实现了节能运行的精准控制。智能监控系统的建设基于工业物联网技术，在关键设备上布置温度、振动、压力、流量等传感器，实时采集运行数据并传输至中央处理平台，数据采集频率从传统的分钟级提升到秒级甚至毫秒级，为精确分析设备状态提供了数据基础；大数据分析平台运用机器学习算法对海量运行数据进行挖掘，识别设备效率下降的早期征兆，预测最佳检修时机，避免设备带病运行造成的能量损失；智能AGC（自动发电控制）系统根据电网负荷需求、来水情况、机组效率特性等多维度信息，自动计算最优的机组组合与负荷分配方案，确保电站始终运行在高效区；故障诊断专家系统集成了水电站运行的专业知识与历史经验，能够快速定位故障原因并提供处理建议，减少了故障处理时间，降低了非计划停机损失；远程集控技术实现了多个电站的集中监控，共享运行经验与管理资源，降低了人力成本的同时提高了管理效率。

2.水能资源高效利用技术

水能资源的高效利用是水电站节能的根本所在，需要从水库调度、机组运行、生态保护等多个角度进行优化。水库优化调度技术基于水文预报、负荷预测、电价机制等信息，建立多目标优化模型，在保证防洪安全的前提下最大化发电效益，中长期调度考虑季节性来水变化，合理安排水库消落计划，短期调度则根据日负荷曲线优化机组启停与出力分配；梯级水库的联合调度更是将上下游电站作为整体考虑，上游电站的发电尾水成为下游电站的来水，联合调度能够提高整个梯级的水能利用率 5%-10%. ；变速机组技术的应用突破了传统同步机组的转速限制，机组可以根据水头变化调整转速，始终保持在最高效率点运行，特别适合水头变幅较大的电站；生态流量的智能控制既要满足下游生态需水要求，又要最大限度地减少弃水损失，采用分层取水技术可以调节下泄水温，小机组专门用于生态流量发电，将生态约束转化为发电效益；水工建筑物的渗漏治理也是提高水资源利用率的重要方面，采用化学灌浆、土工膜防渗等技术减少大坝、隧洞的渗漏损失。

3.余热回收与综合利用

水电站运行过程中产生的余热资源如果能够有效回收利用，不仅可以提高能源利用效率，还能够创造额外的经济效益。发电机定子冷却水的余热回收是最直接的利用方式，冷却水出口温度通常在40-50℃，采用热泵技术可以将其提升至60-80℃用于厂区供暖或职工生活热水，一个装机容量100MW 的机组每年可回收热量相当于200 吨标准煤；变压器冷却油的余热利用需要考虑油温对绝缘性能的影响，在保证变压器安全运行的前提下，适当提高油温上限，增加可利用的热量；空压机的余热回收潜力巨大，压缩过程产生的热量占输入功率的80%以上，采用余热回收装置可以将压缩热用于干燥压缩空气或预热锅炉给水；轴承冷却水的余热虽然品位较低，但水量稳定，可以用于养殖、种植等低温用热场合[3]；厂房通风系统的热回收采用转轮式或板式换热器，将排风中的热量传递给新风，减少冬季采暖能耗；余热发电技术在大型水电站的应用前 ，利用有机朗肯循环可以将低品位余热转化为电能，虽然效率不高但投资回收期短；综合能源系统的构建将水电站的余热资源与周边用户的用能需求相匹配，形成冷热电三联供系统，实现能源的梯级利用。

三、管理策略与运行优化

1.优化运行调度方案

科学合理的运行调度方案是实现水电站节能运行的重要保障，需要综合考虑技术、经济、安全等多方面因素。负荷优化分配的核心是确定机组的最优运行台数与负荷分配比例，基于机组效率特性曲线与水头变化规律，建立动态规划模型求解最优解，当总负荷较低时，集中一台或少数几台机组在高效区运行比多台机组低负荷运行更加节能；机组启停优化需要权衡启停损耗与运行效率，频繁启停不仅增加设备磨损还会造成能量损失，因此要制定合理的启停判据，设置负荷缓冲区间避免机组在临界负荷附近反复启停；峰谷电价机制下的调度策略要充分利用电价差异，在保证电网安全的前提下，低谷时段降低出力甚至停机，将水能储存起来，高峰时段满负荷发电，以此获取更高的电价收益。

2.节能管理制度建设

完善的节能管理制度是推动节能 展的制度保障， 需要从组织体系、目标责任、考核激励等方面建立长效机制。节能组织 领导担任组长的节能工作领导小组，设立专门的节能管理部 成纵向到底、横向到边的管理网络；节能目标责任制的建立要 各班组甚至个人，签订节能责任书，定期考核完成情况；能源计量管 用能设备上安装计量仪表，建立能源管理信息系统，实现能耗数据的自动采集、统计、分析，为节能决策提供数据支撑。

3.设备维护与检修管理

预防性维护策略的实施改变了传统的事后维修模式，根据设备的运行时间、启停次数、运行工况等因素制定维护计划，定期更换易损件、添加润滑剂、清理污垢，将故障消除在萌芽状态；状态检修技术的应用基于设备的实际状态决定检修时机与内容，利用振动监测、油液分析、红外测温等检测手段评估设备健康状态，避免过度检修造成的资源浪费与不足检修导致的故障风险；检修质量管理体系的建立确保检修工作的规范化与标准化，制定详细的检修工艺卡片，明确检修步骤、技术要求、质量标准，实施检修全过程的质量控制[4]；检修工期的优化管理在保证检修质量的前提下缩短检修时间，采用并行作业、交叉作业等方式提高检修效率，减少机组停机损失。

结束语

水电站运行管理的节能工作是一项系统工程，需要技术创新与管理优化的双轮驱动。未来，随着人工智能、大数据、云计算等技术的深度融合应用，水电站的节能管理将更加智能化、精细化，为构建清洁低碳的能源体系作出更大贡献。各水电企业应当立足自身实际，因地制宜地选择节能措施，建立持续改进的节能管理机制，实现经济效益、社会效益与生态效益的协调统一，推动水电行业的高质量可持续发展。

参考文献

[1] 李彬,窦常和,王训,等.关于水电站运行管理节能措施分析及运用效果研究[J].Water Conservancy & ElectricPower Technology & Application, 2024, 6(1).

[2] 邓家平.水电站运行管理节能措施及运用效果分析[J].小水电, 2024(5):38-40.

[3] 秦蓉,李晓超.水电站经济运行与管理技术研究[J].价值工程, 2023, 42(5):20-22.

[4] 刘刚.基于生命周期评价的水力发电工程碳排放计算研究[D].江西理工大学,2024.

作者简介：胡东（1991.08-），男，汉族，内江，本科，工程师，主要研究方向：水电站运维管理。