火电企业取水量估算方法研究

何晓静，甘升伟，陈方，方红远

（1.扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州225009；2.太湖流域水文水资源监测中心，江苏无锡214024）

火电企业取水量估算方法研究

何晓静1，甘升伟2，陈方2，方红远1

（1.扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州225009；2.太湖流域水文水资源监测中心，江苏无锡214024）

火电企业是仅次于农业的主要用水行业，其取水量占全国总取水量的15%左右。由于火电企业用水类型复杂、水费计收标准不一，且取水水源水质差、取水量大，取水计量设施无定期检修，导致取水计量产生误差，因此有必要对火电企业取水量估算方法进行研究，以期加强企业用水管理和提高水费计收到位率。采用水泵运行时间和铭牌推算法、机组运行时间推算法等6种取水量估算方法，以典型火电企业为例，结合企业实际运行数据对总取水量、非直流冷却取水量进行估算，验证估算方法的适用性及合理性，并提出不同工况条件下火电企业总取水量、非直流冷却取水量估算方法的推荐方案，为进一步量化、完善火电企业取水许可监督管理制度提供依据。

火电企业；总取水量；非直流冷却取水量；估算方法；验证

1 引言

目前，国内外关于火电企业取水量估算方法的研究并非很深入，火电企业取水与用水评估方法研究依然比较薄弱。L Badr等通过总结、比较、分析美国以往关于热电厂用水方面的研究，得出直流式湿式循环冷却系统的用水情况数据开发较好但干式和混合式冷却系统的开发并不完善的结论[1]；Kit Ng等评估了不同的冷却技术和北安娜电站的运行策略，建议以现有的冷却水库——安娜湖建立一个核发电机组，以减少水量消耗和对湖泊温度、水位以及下泄流量的不利影响，并探讨了用于估算水量消耗以及湖泊水位和下泄流量对应关系的水热预算分析方法[2]；宋轩等分析了火电工业取用水的现状和特点，采用分段趋势法，以2000—2006年为实际值，预测2007—2010年的火电取用水定额，提出相应对策，可指导未来火电工业的节水减排[3]；李友辉等分析了火电厂现状用水定额，采用单位发电量取水量法对2020及2030年云南省滇中地区火电厂的用水量进行预测，并以单位装机容量取水量法进行复核[4]。韩买良介绍了火力发电厂水资源利用和水务管理情况，比较国内外的火电厂耗水指标，研究了水资源开发利用和电厂的节水技术及改进措施等[5，6]；郑新乾等为满足水利普查对河湖取水口取水量动态数据获取的要求，对不同取水计量方法进行研究，并针对不同取水计量设施的特点及适用条件，提出切实可行的计量方法供参考使用[7]；王晋萍等通过对水泵的配套功率、扬程、额定出水量、电度表情况等进行认真研究计算，探索出了济南黄河滩区扬水站取水量计算方法[8]；姜蓓蕾、张艳丽等提出在火电行业中宜采用装机取水量和单位发电取水量作为节水考核指标，并分析了我国火电行业的废水回收利用、提高循环水系统、除灰系统改进、海水冷却技术、水量计量和水质监测等节水措施[9-11]；左建兵等分析了北京市国华热电等5大电厂的发电量、产值变化、取水构成、用水效率、用水影响因素、已经采取的节水措施等[12]；沈旭等从水的物理化学特性出发，提出了一个有物理机制的火力发电厂用水效率评价新方法，并对该方法的可行性与准确性进行了评析[13]；黄子谦等分析了我国现行火电类建设项目用水效率的评价方法和评价指标的应用情况，并提出用水效率评价的新思路[14]；杨虹等结合火核电行业的分布特征和结构特点，应用DEA模型对我国各地区火核电用水特征进行了综合评价[15]。

为加强企业用水管理以及提高水费计收到位率，笔者通过分析火电企业水泵运行时间、机组运行时间、发电量、煤耗量等要素与取水量的相关关系，研究提出可供参考的取水量估算方法，并以典型火电企业为例，结合企业实际运行数据对总取水量、非直流冷却取水量进行估算，验证估算方法的适用性及合理性，建议不同工况条件下火电企业取水量估算方法的推荐方案，以便为进一步量化、完善火电企业取水许可监督管理制度提供依据。

2 常用的取水量估算方法及其适用条件

火电企业常用的取水量估算方法主要包括水泵运行时间和铭牌推算法、机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法、定额法、多元线性回归法6种方法，详见表1。

表1 火电企业常用的取水量估算方法

表1中，V为企业取水量（万m3）；η为水泵效率，一般取值范围为0.7～0.8；q为水泵额定流量（m3/h）；t为水泵时段运行时间（h）；t'为企业时段机组运行时间（h）；W为企业时段发电量（万kW·h）；m为企业时段煤耗量（t）；E为火电行业用水定额（m3/MW·h）；f为企业取水量与时段机组运行时间、发电量、煤耗量的函数关系；N为年内计算时段数；ε为相互独立且服从N（0，σ2）的随机变量；β0、β1、β2、…、βm为系数。

3 实例分析

笔者以镇江市某火电厂为例，该火电厂共4台水泵（1、2、3、4#）及2台机组（5、6#），总装机容量为2×630 MW，且具有较好的基础资料条件。结合火电厂2015年的实际运行数据，采用上述估算方法分别对该火电厂的总取水量、非直流冷却取水量进行估算，通过点绘取水量估算值与实测值，绘制出两者与时间的关系曲线，并分析两者的拟合程度以及可能产生偏差的原因，验证估算方法的适用性及合理性。

3.1 总取水量估算

采用水泵运行时间和铭牌推算法、机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法、多元线性回归法5种方法分别对该火电厂的总取水量进行估算，详见表2。

表2 火电厂总取水量估算值与实测值汇总万m3

由表2可知，采用水泵运行时间和铭牌推算法以及多元线性回归法估算的火电厂总取水量与实测值拟合程度较好，估算误差相对较小；采用相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）估算的火电厂总取水量与实测值的总体变化趋势一致，但1—3月因该方法本身的缺陷，导致前3个月的估算误差达±44%以上，此外，个别月份因调停检修以及火电厂外供蒸汽等问题估算误差相对较大。火电厂总取水量估算值与实测值的关系曲线，如图1所示。

图1 总取水量估算值与实测值的曲线

若延长统计时段，采用3、6、9个月滑动平均对火电厂总取水量的平均相对误差进行分析，由表3可知，采用上述水量估算方法估算的总取水量，3个月的运行周期即可满足精度要求。经分析，无论在何种工况条件下，水泵运行时间和铭牌推算法、相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）、定额法、多元线性回归法均可用来估算火电厂的总取水量。其中，采用水泵运行时间和铭牌推算法可快速、简便地估算出火电厂的总取水量，且3个月及以上运行周期的平均相对误差控制在±1.5%以内，计算精度较高，但该方法仅适用于具有额定功率的传统水泵，不适用于新型的变频水泵；采用相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）可简便地估算出火电厂的总取水量，3个月及以上运行周期的平均相对误差控制在± 2.3%以内，但需注意将火电厂所消耗的煤换算成标准煤，并详细记录机组的启停时间，工作量较大；采用多元线性回归法可准确地估算出火电厂的总取水量，3个月及以上运行周期的平均相对误差控制在± 0.8%以内，计算精度高，但所需的资料系列较长，计算相对复杂，且技术要求高，实用性方面的推广有一定难度。

表3 火电厂取水量平均相对误差汇总%

3.2 非直流冷却取水量估算

由于火电厂用水类型不同，其水费计收标准也不同，因此除总取水量外，还应估算火电厂的非直流冷却取水量，以期提高水费计收到位率。火电厂的非直流冷却取水量可采用机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法、定额法、多元线性回归法5种方法进行估算，详见表4。

表4 火电厂非直流冷却取水量估算值与实测值汇总万m3

由表4可知，采用相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）估算的火电厂非直流冷却取水量与实测值的总体变化趋势一致，但1—4月因该方法本身的缺陷，导致前4个月的估算误差偏大，最大平均相对误差达-73.6%；因火电行业定额标准为最大限额，采用定额法估算的火电厂非直流冷却取水量与实测值的拟合程度较差，因此不推荐火电厂采用该方法来估算非直流冷却取水量；采用多元线性回归法估算的火电厂非直流冷却取水量与实测值的拟合程度尚可，但个别月份因火电厂用水工艺以及节水水平等问题，估算误差相对较大。火电厂非直流冷却取水量估算值与实测值的关系曲线，如图2所示。

若延长统计时段，采用3、6、9个月滑动平均对火电厂非直流冷却取水量的平均相对误差进行分析，由表3可知，采用上述水量估算方法估算的非直流冷却取水量，3个月的运行周期即可满足精度要求。经分析，无论在何种工况条件下，定额法、多元线性回归法均可用来估算火电厂的非直流冷却取水量。其中，采用定额法可快速地估算出火电厂的非直流冷却取水量，但因火电行业定额标准为最大限额，3个月及以上运行周期的平均相对误差也相对较大，且计算前应扣除火电厂的外供蒸汽量；采用多元线性回归法可准确地估算出火电厂的非直流冷却取水量，3个月及以上运行周期的平均相对误差控制在±3.9%以内，计算精度相对较高，但所需的资料系列较长，计算相对复杂。由于火电厂所涉及的用水部门、用水工艺较多，影响非直流冷却取水量的因素也相对复杂，因此在火电厂正常运行状态下，采用相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）估算的火电厂非直流冷却取水量相对比较准确，但在非正常运行状态下，不宜采用该方法来估算火电厂的非直流冷却取水量。

图2 非直流冷却取水量估算值与实测值的曲线

4 取水量估算方法建议

为准确掌握火电企业的实际取水情况，笔者在典型火电企业取水量估算方法实用性分析的基础上，提出不同工况条件下火电企业取水量估算方法的推荐方案及建议方法，为加强企业用水管理、提高水费计收到位率提供依据。

（1）正常运行状态。当火电企业处于正常运行状态下，取水量与机组运行时间、发电量及煤耗量呈现较好的相关关系，且月际之间的变化趋势基本一致，因此可采用相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）、多元线性回归法来估算企业的总取水量、非直流冷却取水量，但多元线性回归法所需的资料系列较长，计算相对复杂。此外，采用水泵运行时间和铭牌推算法可较准确地估算出企业的总取水量，且估算误差相对较小，但该方法仅适用于具有额定功率的传统水泵，不适用于新型变频水泵；若扣除企业的外供蒸汽量，采用定额法可快速地估算出企业的非直流冷却取水量，但该方法无法用于估算企业的总取水量，具有一定的局限性。

（2）非正常运行状态。当火电企业处于非正常运行状态下，采用相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）来估算企业的总取水量相对比较准确，但因火电企业所涉及的用水部门、用水工艺较多，影响非直流冷却取水量的因素也相对复杂，因此不宜采用该方法来估算企业的非直流冷却取水量。此外，水泵运行时间和铭牌推算法、多元线性回归法均可准确估算出企业的总取水量。其中，采用水泵运行时间和铭牌推算法可较快速地估算出企业的总取水量，且与实测值拟合程度较好，但该方法仅适用于具有额定功率的传统水泵，不适用于新型变频水泵；而采用多元线性回归法可准确地估算出企业的总取水量，相关性较好，但计算较为复杂，该方法适用于管理水平较高、具有较长实际运行资料系列的火电企业。

5 结语

通过分析各估算方法的适用条件，并以实例验证估算方法的适用性及合理性，水泵运行时间和铭牌推算法、机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法、定额法、多元线性回归法等水量估算方法均可用于估算火电企业的取水量。其中，水泵运行时间和铭牌推算法可较快速、简便地估算火电企业总取水量，相关性较好；无论在何种工况条件下，火电企业的总取水量与机组运行时间、发电量、煤耗量呈现较好的相关关系，因此可采用相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）来估算企业的总取水量；影响非直流冷却取水量的因素相对比较复杂，在企业正常运行状态下，采用机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法、定额法、多元线性回归法来估算火电企业的非直流冷却取水量相对比较准确，但在企业非正常运行状态下，则不宜采用相关关系法（机组运行时间推算法、电量推算法、煤耗推算法）、定额法来估算企业的非直流冷却取水量，建议在对企业历史运行资料进行收集、整理和分析的基础上，采用多元线性回归法对火电企业的非直流冷却取水量进行估算。

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[7]郑乾新，吴春熠，刘锐.河湖取水口取水计量方法探讨[J].人民珠江，2011（6）：17-18，47.

[8]王晋萍，曾鹏，宮兴才，等.黄河滩区扬水站取水量计算方法初探[J].河南水利与南水北调，2009（5）：90-92.

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·环球水信息·

Research on Water Intake Estimation Method for the Thermal Power Enterprise

HE Xiao-jing1，GAN Sheng-wei2，CHEN Fang2，FANG Hong-yuan1
（1.School of Hydraulic，Energy and Power Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225009，China；2.Hydrology and Water Resources Monitoring Center of Taihu Basin，Wuxi 214024，China）

The thermal power enterprise is the main water-using industry next to agriculture，which water intake is about 15 percent of the total water intake in the whole country.Due to complex water-use type of the thermal power enterprise，various water fee collecting rules，and poor quality of water sources and large amounts of water withdrawal，lack of timely detecting water metering facilities，water metering and monitoring system data often can't accurately reflect the true wateruse situation of once-through thermal power enterprise，therefore，the research on water consumption estimation method for once-through thermal power enterprise has practical necessity.The present work discusses the several kinds of estimation methods for water use amount of once-through thermal power enterprise，such as pump running time and nameplate estimating method，unit running time estimating method，electric quantity estimating method，coal consumption estimating method，norm method，multiple linear regression method and so on.Taking the water use calculation of a practical thermal power plant as an example，the application procedures and applicable conditions are demonstrated for the proposed estimation method.According to the actual operation data of the thermal power plant，the total water consumption and water withdraw of non once-through cooling water system are estimated，and the applicability and rationality of estimation methods are verified.The recommended method is put forward for estimating total water consumption and water withdraw of non once-through cooling water system under different operation conditions of thermal power enterprises，to provide the basis for further improving licensing supervision and management system.

thermal power enterprise；water withdraw amount；water consumption of non once-through cooling water system；estimation method；verification

TV213.4；TV214

：A

：1004-7328（2017）01-0001-06

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.01.001

2016—11—18

国家自然科学基金项目（51379181）

何晓静（1991—），女，硕士研究生，研究方向为水资源规划及管理。