離心泵反向運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電的概念早在多年前就已被泵制造商所接受，可是在那些無(wú)實(shí)力購(gòu)買水輪機(jī)的地區(qū)，供水行業(yè)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用這個(gè)概念的程度還很有限。作為一種有效的發(fā)電手段，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)能源再利用和節(jié)能，供水行業(yè)、小型水電廠經(jīng)營(yíng)者及泵制造商并沒(méi)有對(duì)“用作水輪機(jī)的泵（PaT）”置之不理。在節(jié)能減耗成為當(dāng)務(wù)之急的全球經(jīng)濟(jì)大環(huán)境下，PaT開(kāi)始引起人們的高度關(guān)注。

　　KSB是活躍于PaT應(yīng)用領(lǐng)域的公司之一，已經(jīng)在全球幾個(gè)地區(qū)為客戶提供了眾多成功的解決方案。

　　KSB小型水電部門的高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理Sander Klos說(shuō)：“我們?cè)谶^(guò)去的幾年一直為客戶提供蝸殼泵和節(jié)段式多級(jí)泵用作水輪機(jī)，主要針對(duì)的是小型水電市場(chǎng)，一般輸出電力在100kW以下。如果他們?nèi)ゲ少?gòu)傳統(tǒng)的水電設(shè)備，不但初期投資高，而且回收期可能會(huì)長(zhǎng)達(dá)15年之久。不過(guò)，如果采用我們的PaT方案，這一周期可縮短到3年。此外還有一個(gè)好處，就是泵的操作不像水輪機(jī)那么復(fù)雜。

圖1. 在一個(gè)泵站內(nèi)，KSB的Etanorm泵被用作水輪機(jī)

　　他還補(bǔ)充說(shuō)，對(duì)于水力供給相對(duì)穩(wěn)定，但電力供給狀況不可靠甚至根本沒(méi)有電力供給的場(chǎng)合，PaT恰好是一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的發(fā)電手段。不僅如此，PaT在具備可靠電力供給的地方也同樣有其用武之地。

　　目前KSB正向大型供水基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域進(jìn)軍，而這些領(lǐng)域采用的主要是傳統(tǒng)的水輪機(jī)。使用PaT不但縮減了泵站的總運(yùn)營(yíng)成本，而且還可以將產(chǎn)生的電并入國(guó)家電網(wǎng)。

　　水行業(yè)用戶最初只是想了解 “倘若泵停機(jī)然后反向運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生怎樣的影響”，后來(lái)這竟成為探求PaT應(yīng)用的初衷。KSB提出了這一想法，因此其水力工程部門就此展開(kāi)了分析和計(jì)算，試圖得出泵以水輪機(jī)模式反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的性能曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將泵用作水輪機(jī)來(lái)運(yùn)行的性能非常之好，因?yàn)槠淠茉串a(chǎn)出高于原來(lái)運(yùn)行所需要的能源投入。

　　從水力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，PaT模式下所能處理的水量高于泵以傳統(tǒng)模式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的水量。水量較高也就意味著能源產(chǎn)出值較高。另外的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，用作水輪機(jī)的水泵比傳統(tǒng)模式下的效率更高。節(jié)段式多級(jí)泵和蝸殼泵的應(yīng)用范圍如圖2所示。

圖2. 節(jié)段式多級(jí)泵和蝸殼泵作為水輪機(jī)的應(yīng)用范圍

經(jīng)濟(jì)的電力

　　當(dāng)泵反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有多種方式利用軸的扭矩。如果與發(fā)電機(jī)相聯(lián)，決定轉(zhuǎn)速的是電源頻率。所以如果發(fā)電頻率是50 Hz，用作水輪機(jī)的泵必須在1515 rpm的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)（有一些過(guò)快）。如果結(jié)合變頻器和適宜的電源饋電電路可大大提高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍，又無(wú)需增加很多的設(shè)備投資。因此顯而易見(jiàn)，即使與高效的傳統(tǒng)水輪機(jī)比較，PaT仍是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)電手段。

　　另一種方法是將PaT直接和驅(qū)動(dòng)設(shè)備相連，比方說(shuō)另一臺(tái)未配備恒速電機(jī)或發(fā)電機(jī)的泵。KSB已經(jīng)在全球許多地區(qū)成功應(yīng)用了這種機(jī)械連接方案，它適用于那些有足夠的水能可以驅(qū)動(dòng)PaT，卻沒(méi)有電力來(lái)運(yùn)行輸水泵的場(chǎng)合。

　　為使這種配置高效工作，PaT和泵在軸的兩端必須具備“相同的輸出功率”，也就是說(shuō)它們必須通過(guò)聯(lián)軸器或齒輪箱緊密相連。若PaT強(qiáng)度不足，與之相連的泵就不能產(chǎn)生較高的排放壓頭。反之，如果強(qiáng)度過(guò)大，PaT則會(huì)浪費(fèi)能耗或使泵過(guò)載。

圖3. 用作水輪機(jī)的Etanorm泵剖面圖：當(dāng)水流從出水口流向吸入口時(shí)，葉輪反向旋轉(zhuǎn)。若壓頭足夠克服葉輪和泵軸的啟動(dòng)扭矩，這個(gè)扭矩就可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)

　　KSB在全世界供水行業(yè)的各領(lǐng)域都已嶄露頭角，因而其產(chǎn)品也經(jīng)過(guò)了多年的實(shí)踐考驗(yàn)。憑借這些產(chǎn)品系列及其運(yùn)行能力，KSB專門成立了一個(gè)業(yè)務(wù)部門，致力于單級(jí)和多級(jí)PaT模塊的設(shè)計(jì)。

　　多級(jí)PaT運(yùn)行性能的優(yōu)劣與當(dāng)?shù)毓┧疇顩r的穩(wěn)定性密切相關(guān)。與傳統(tǒng)水輪機(jī)不同，PaT不具備可調(diào)節(jié)的導(dǎo)流葉輪來(lái)適應(yīng)不穩(wěn)定的供水，這也是它們的不足。不過(guò)，通過(guò)使用不同尺寸的設(shè)備來(lái)合理分配總水量，這個(gè)難題就可迎刃而解。

　　KSB表示，同時(shí)運(yùn)行幾個(gè)單元只需極少的控制。此外，雖然PaT這種配置相比單個(gè)水輪機(jī)在投資成本上占了下風(fēng)，但其在技術(shù)方面卻有著過(guò)人之處。簡(jiǎn)言之，在運(yùn)行和維護(hù)的簡(jiǎn)易程度上，泵比傳統(tǒng)水輪機(jī)更勝一籌。