我國(guó)農(nóng)村小水電工程整體水平近些年有了質(zhì)的飛躍，但是發(fā)電效率效率不高是一個(gè)制約農(nóng)村小水電工程發(fā)展的絆腳石，本文就針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了農(nóng)村小水電工程利用水輪機(jī)提高水電站發(fā)電效率的措施。

　　《中國(guó)農(nóng)村水利水電》為水利電力專業(yè)技術(shù)刊物。宣傳國(guó)家有關(guān)農(nóng)村水利水電工作的方針政策，總結(jié)推廣我國(guó)農(nóng)村水利水電建設(shè)及管理經(jīng)驗(yàn)，交流科研成果，溝通信息，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化服務(wù)。主要內(nèi)容和欄目：水資源利用、灌水技術(shù)、輸水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水、灌溉制度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、灌溉設(shè)備、灌溉自動(dòng)化、節(jié)水與生態(tài)、工作經(jīng)驗(yàn)、工程管理等。讀者對(duì)象為從事節(jié)水灌溉行業(yè)的水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、機(jī)械及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員、管理人員。

　　《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃的建議》中，提出在保護(hù)生態(tài)的前提下積極發(fā)展水電，標(biāo)志著我國(guó)的水電開發(fā)已經(jīng)完全進(jìn)入生態(tài)制約階段。本文首先分析了小水電工程中的水輪機(jī)和發(fā)電效率的關(guān)系，論述了影響小水電工程中水輪機(jī)發(fā)電效果的因素。

　　水電作為清潔和可再生能源，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著積極的作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)2010我國(guó)水電裝機(jī)占電力總裝機(jī)的22.3%【1】。。黨的十八大報(bào)告提出要“支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國(guó)家能源安全”，可見，積極發(fā)展水電有著十分重要的戰(zhàn)略意義。農(nóng)村小水電作為水電的重要組成部分，經(jīng)過(guò)幾十年的艱苦奮斗，取得了很大成就，截至2010年小水電裝機(jī)5840萬(wàn)Kw,占全國(guó)水電總裝機(jī)27%以上【1】。隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的不斷發(fā)展，人民群眾生活水平和生活質(zhì)量的不斷提高以及我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的完善，為農(nóng)村小水電的發(fā)展提供了廣闊的空間【2-3】。但是當(dāng)前農(nóng)村小水電工程開發(fā)中的發(fā)電效果不高與發(fā)電成本過(guò)高等問(wèn)題還仍然存在【4】。提高小水電站的發(fā)電效率、增強(qiáng)水電站的發(fā)電能力，作為十二五小水電發(fā)展的重點(diǎn)列入國(guó)家水電發(fā)展規(guī)劃。本文為此以水電站水輪發(fā)電機(jī)組效率為主要內(nèi)容，探討農(nóng)村小水電工程的開發(fā)與提高發(fā)電效率的措施。

　　1、 小水電工程中的水輪機(jī)和發(fā)電效率的關(guān)系

　　水輪機(jī)的效率由水力效率、容積效率和機(jī)械效率三部分組成，對(duì)運(yùn)行中的水電站，要提高機(jī)械效率，則須保證機(jī)組的油封和軸承等的良好運(yùn)行;要提高容積效率，則必須保證轉(zhuǎn)輪間隙正常和止漏裝置良好;而要提高水力效率，則應(yīng)盡可能減少蝸殼進(jìn)口經(jīng)轉(zhuǎn)輪至尾水管出口整個(gè)流程的沿程水頭損失和局部損失，減少汽蝕和泥沙磨損，使水輪機(jī)的運(yùn)行工況盡可能符合設(shè)計(jì)工況【5】。同時(shí)水輪機(jī)效率是產(chǎn)生的機(jī)械能和水的勢(shì)能之比。同樣發(fā)電機(jī)效率是所產(chǎn)生的電能和機(jī)械能之比。水輪機(jī)效率通常表示為有效水頭和流量的函數(shù)，通常稱為效率曲線。當(dāng)流量增加時(shí)，水輪機(jī)的出力和效率也相應(yīng)增加，直到效率達(dá)到最大值，然后開始下降。為避免振動(dòng)和空化，對(duì)于每個(gè)有效水頭，限定允許的流量變化范圍。因此提高水輪機(jī)的水力效率是提高水輪機(jī)組效率的主要因素，也是提高整個(gè)水電站效率的主要途徑。應(yīng)盡可能保證機(jī)組在高效率區(qū)運(yùn)行，從而提高電站的經(jīng)濟(jì)效益【6】。

　　2、影響小水電工程中水輪機(jī)發(fā)電效果的因素

　　改造升級(jí)老水電站、提高發(fā)電效率是十二五小水電發(fā)展的重點(diǎn)之一。影響水輪發(fā)電機(jī)組效率的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面，水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)裝置的影響。半交叉?zhèn)鲃?dòng)比平行傳動(dòng)效率差，平皮帶傳動(dòng)比三角皮帶傳動(dòng)效率差，效率最高的為直聯(lián)運(yùn)行。在水頭一定、流量一定的情況下，應(yīng)盡量避免在機(jī)組額定輸出的40%以下運(yùn)行，當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組都在半負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，應(yīng)停一臺(tái)機(jī)組，讓另一臺(tái)機(jī)組在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。應(yīng)注意機(jī)組的溫升，發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子及其勵(lì)磁裝置的溫度過(guò)高，將影響發(fā)電機(jī)的效率【7】。

　　3、 農(nóng)村小水電工程利用水輪機(jī)提高水電站發(fā)電效率的措施

　　3.1 優(yōu)化水輪機(jī)組

　　水輪機(jī)定子部份：拆除發(fā)電機(jī)定子線棒、鐵芯壓板、壓指、定子鐵芯拉伸螺桿、舊鐵芯沖片、舊固定片，清理機(jī)座;按《定子鐵芯裝壓規(guī)程》掛裝定位筋、鐵芯疊片。鐵芯疊片過(guò)程中進(jìn)行分段預(yù)壓、整體熱壓，鐵芯疊片完成后按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)：按GB8564.88標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鐵損試驗(yàn)合格;端箍安裝，按《定子工地下線工藝守則》安裝定子上下層線棒，槽電位處理，打槽楔。水輪機(jī)參數(shù)測(cè)試：空載、短路、效率、溫升、通風(fēng)等各項(xiàng)性能試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣處理：轉(zhuǎn)子磁極全部拔除，磁極表面清洗，縫隙封堵;轉(zhuǎn)子磁軛通風(fēng)溝除塵清洗;轉(zhuǎn)子磁極鍵部份更換;轉(zhuǎn)子測(cè)圓并處理圓度;發(fā)電機(jī)通風(fēng)改造;拆除原機(jī)上下風(fēng)扇和相應(yīng)的水平和立式擋風(fēng)板，簡(jiǎn)化風(fēng)路結(jié)構(gòu);在轉(zhuǎn)子磁極上下端利用原機(jī)把合風(fēng)扇的螺桿，把合一圈高強(qiáng)度玻璃鋼旋轉(zhuǎn)風(fēng)斗，增強(qiáng)定轉(zhuǎn)子氣隙壓頭，提高定子有效段風(fēng)量;封堵定子上下端線圈根部區(qū)域，強(qiáng)化上下齒壓板區(qū)域的散熱等

　　3.2 優(yōu)化運(yùn)行過(guò)程

　　農(nóng)村小水電工程要在滿足水庫(kù)防汛抗洪、安全度汛的前提下，服從電力系統(tǒng)容量平衡和調(diào)度命令，兼顧綜合利用的要求，按水電站發(fā)電量最大化、耗水量最小化為基本準(zhǔn)則。短期優(yōu)化運(yùn)行應(yīng)以長(zhǎng)期優(yōu)化運(yùn)行方案為依據(jù)，要充分發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能，提高電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力。站內(nèi)優(yōu)化運(yùn)行要按照水輪機(jī)組間最優(yōu)負(fù)荷分配的方法，要結(jié)合機(jī)組原型效率特性曲線，采用等微增率法或動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，進(jìn)行最優(yōu)負(fù)荷分配。站外優(yōu)化應(yīng)遵守電網(wǎng)電壓(或無(wú)功)考核要求，在高水頭、大雨情時(shí)盡量按高功率角狀態(tài)下運(yùn)行，少發(fā)無(wú)功、多發(fā)有功。

　　3.3 監(jiān)測(cè)運(yùn)行效率

　　我國(guó)農(nóng)村小水電很多，而在這些電站中，設(shè)備老化、技術(shù)落后、效率低下的占了很大的比重，所以對(duì)老電站進(jìn)行效率實(shí)測(cè)，進(jìn)行挖潛改造，是提高水電站經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。利用計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行，對(duì)提高水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率、降低運(yùn)行成本、減少運(yùn)行故障等具有重要意義。有學(xué)者介紹了一種新型的小型水輪發(fā)電機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)。其系統(tǒng)是在吸取有關(guān)開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)基礎(chǔ)上，采用較新的元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循軟件工程的基本原理。合理進(jìn)行模塊分割、功能劃分，強(qiáng)化人機(jī)界面的交互性，突出考慮了可維護(hù)性。是新型的小型水輪發(fā)電機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)，也是新型嵌入式DSP的應(yīng)用系統(tǒng)。在體系結(jié)構(gòu)方面，根據(jù)相關(guān)國(guó)內(nèi)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，確定了以DSP系統(tǒng)為前臺(tái)數(shù)據(jù)和動(dòng)作執(zhí)行控制單元，PC機(jī)為運(yùn)算、操作、管理主體，不參與DSP系統(tǒng)內(nèi)部的操作和數(shù)據(jù)處理，僅在需要數(shù)據(jù)時(shí)選通DSP系統(tǒng)，使得系統(tǒng)模塊化程度較高，符合當(dāng)前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“封裝”的思想，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于系統(tǒng)維護(hù)，也使得該系統(tǒng)可以適用于不同的水力發(fā)電廠的改造。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮到實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，采用有效的軟件設(shè)計(jì)方法，確保了數(shù)據(jù)采集、通信、控制的實(shí)時(shí)性。實(shí)際運(yùn)行效果表明，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，受到用戶好評(píng)。同時(shí)軟件的用戶控件方式設(shè)計(jì)，為不同水力發(fā)電廠的使用提供了設(shè)置上的方便，有利于推廣應(yīng)用及軟件升級(jí)。

　　總之，水電工程開發(fā)與提高發(fā)電效率，不僅對(duì)農(nóng)村小型水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有意義，而且對(duì)農(nóng)田大面積灌溉運(yùn)行都將起到良好的作用。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，農(nóng)村小水電工程開發(fā)與提高發(fā)電效率必將得到進(jìn)一步發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 國(guó)家能源局，水電發(fā)展十二五規(guī)劃， 2012年

　　[2]湯楚宙，蘇愛(ài)華，謝方平，等.湖南省可再生能源開發(fā)利用及發(fā)展對(duì)策[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，31(6)：98-102.

　　[3]李海紅.水電廠中水輪發(fā)電機(jī)組的效率監(jiān)測(cè)[J].青海電力，2012，3(10)：32-33.

　　[4]王宜懷.小型水輪發(fā)電機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2009，8(10)：99-100.

　　[5]周偉彬.瑞蛘水電站機(jī)組效率測(cè)試及改進(jìn)措施[J].小水電，2009，2(11)：44-45.

　　[6]劉林潔.科學(xué)的項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2009，11(8)：58-60.

　　[7]劉興儀.水利水電工程設(shè)計(jì)管理工作淺談[J].四川水利水電，2012，8(2)：99-101.