基于本質(zhì)安全理論的抽水蓄能電站工程建設(shè)安全管理體系的應(yīng)用

蔡元啟 張?jiān)?/p>

摘要：抽水蓄能電站具有建設(shè)周期長(zhǎng)、投資規(guī)模大、工程難度高等突出特點(diǎn)，屬于資本密集型的大型基礎(chǔ)設(shè)施工程投資項(xiàng)目。對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈上下游和地方經(jīng)濟(jì)的突出拉動(dòng)作用讓抽水蓄能電站的復(fù)工復(fù)產(chǎn)受到特別的關(guān)注和期待。本文將基于安全理論重點(diǎn)分析抽水蓄能電站工程建設(shè)安全管理體系的應(yīng)用研究[1]。

關(guān)鍵詞：本質(zhì)安全理論;抽水蓄能電站;安全管理;策略

前言

在運(yùn)項(xiàng)目全面復(fù)工在加快特高壓等“新基建”建設(shè)進(jìn)度的大背景下，在國(guó)家電網(wǎng)構(gòu)建“能源互聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程中，抽水蓄能電站承擔(dān)著電網(wǎng)穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器和存儲(chǔ)器的重要功能。業(yè)內(nèi)專家估算，當(dāng)前120萬千瓦抽水蓄能電站投資規(guī)模約在70億元左右，工程建設(shè)可直接或間接拉動(dòng)設(shè)計(jì)咨詢、工程施工、工程機(jī)械、建筑材料、設(shè)備制造、工程勞務(wù)等多個(gè)上下游產(chǎn)業(yè)，對(duì)拉動(dòng)地方GDP增長(zhǎng)、增加地方稅收和就業(yè)、活躍地方消費(fèi)市場(chǎng)具有明顯作用。本文將結(jié)合海洋綜合能源來論述抽水蓄能電站工程建設(shè)安全管理體系的應(yīng)用研究。

一、海洋抽水蓄能電站建設(shè)的必要性

目前隨著水電工程開發(fā)越來越多，在陸地尋找合適的建設(shè)地址變得越來越困難。再加上征地拆遷成本的高漲，海洋抽水蓄能電站又具有靠近負(fù)荷中心的優(yōu)勢(shì)，把眼光投向海洋不可避免。海洋污染狀況及海洋污染治理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：2018年，我國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境狀況整體穩(wěn)中向好。監(jiān)測(cè)的194條入海河流斷面中，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面29個(gè)，占14.9%，局部海域污染嚴(yán)重，水體富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮時(shí)有發(fā)生。近海漁業(yè)過度捕撈，資源幾乎枯竭。

目前對(duì)海洋生態(tài)的治理，投放人工魚礁是重要手段之一。通過人工魚礁在海底形成上升流，促進(jìn)水體對(duì)流，將海底營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和海面溶解氧交換，讓植物和浮游生物生長(zhǎng)繁殖，形成人工生態(tài)，治理水體富營(yíng)養(yǎng)化和提供魚類棲息地，保育海洋資源，保護(hù)生態(tài)。海洋抽水蓄能電站經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，可在工程選址附近海底形成上升流，配合人工魚礁的投放，達(dá)到生態(tài)保護(hù)的目的。同時(shí)，工程下水庫(kù)水面平靜，海水流動(dòng)頻繁，十分有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展。

二、工程背景概況

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展及對(duì)供電質(zhì)量要求的提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水蓄能電站已從主要作為能量存儲(chǔ)的工具（調(diào)峰填谷）逐步發(fā)展成為主要用于電力系統(tǒng)靈活的動(dòng)態(tài)管理工具。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和人民生活水平的提高，用電側(cè)的要求在不斷提高;隨著風(fēng)電、太陽能發(fā)電及核電的發(fā)展，電源側(cè)的調(diào)控更加復(fù)雜，因此，電力系統(tǒng)對(duì)抽水蓄能電站在電網(wǎng)中所占比重的要求會(huì)更高。

抽水蓄能電站如何布局和規(guī)劃是一個(gè)需要全面和動(dòng)態(tài)研究的問題，其在電網(wǎng)中的合理比重，主要取決于電網(wǎng)負(fù)荷水平、負(fù)荷特性、電源組成以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等。日本是目前抽水蓄能電站發(fā)展最快、裝機(jī)容量最多的國(guó)家，其抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模始終根據(jù)電網(wǎng)總體經(jīng)濟(jì)最優(yōu)確定，占裝機(jī)總?cè)萘康谋壤惨恢北３衷?0%左右。日本學(xué)者曾用規(guī)劃論方法分析，認(rèn)為抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)中的比例在8%～14%比較合理。國(guó)內(nèi)有專家學(xué)者認(rèn)為，從我國(guó)目前的電源構(gòu)成和布局看，抽水蓄能電站的比重達(dá)到5%基本符合我國(guó)國(guó)情[2]。

根據(jù)對(duì)我國(guó)部分電網(wǎng)2020年及2030年電源優(yōu)化配置分析，在我國(guó)以火電為主的電網(wǎng)，抽水蓄能電站的合理規(guī)模應(yīng)在電力總裝機(jī)的6%～10%之間，而水電比重較大的電網(wǎng)，其合理規(guī)模應(yīng)在4%～7%之間。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展及對(duì)供電質(zhì)量要求的提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水蓄能電站已從主要作為能量存儲(chǔ)的工具（調(diào)峰填谷）逐步發(fā)展成為主要用于電力系統(tǒng)靈活的動(dòng)態(tài)管理工具。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和人民生活水平的提高，用電側(cè)的要求在不斷提高;隨著風(fēng)電、太陽能發(fā)電及核電的發(fā)展，電源側(cè)的調(diào)控更加復(fù)雜，因此，電力系統(tǒng)對(duì)抽水蓄能電站在電網(wǎng)中所占比重的要求會(huì)更高。

工程技術(shù)方面：目前在近海圍海造地已經(jīng)是低成本工程，在海水中使用的水電機(jī)組技術(shù)已經(jīng)十分成熟，海上大型風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在許多項(xiàng)目投入使用。目前正處在海上風(fēng)電發(fā)展的爆發(fā)期，建設(shè)配套的蓄能設(shè)施刻不容緩。海洋風(fēng)電方面：將海上風(fēng)電建設(shè)變?yōu)殛懙仫L(fēng)電建設(shè)，建設(shè)成本和維護(hù)成本都將大幅降低，而且海上風(fēng)電資源豐富，單位裝機(jī)發(fā)電時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)不變。加上就地調(diào)蓄電能，將直接推動(dòng)海上風(fēng)電項(xiàng)目落地。光伏方面：利用圍海土地布局光伏電站，減少用地成本。

環(huán)境方面：海洋抽水蓄能電站在作為一個(gè)能源設(shè)施的同時(shí)是一個(gè)海洋環(huán)境治理工程。工程建設(shè)可增加海洋灘涂和水面平靜的內(nèi)湖（低水庫(kù)）面積，低水庫(kù)水體交換頻繁，利于生物生長(zhǎng)繁殖，可提供生物多樣性新的載體。抽水過程可經(jīng)由專門的設(shè)計(jì)，將海水輸送到海底，形成上升流，促進(jìn)海洋生物的生長(zhǎng)，消除海洋污染。房地產(chǎn)價(jià)值：中心城市附近海上人工島，土地價(jià)值極高。國(guó)土防御：環(huán)形島內(nèi)湖（低水庫(kù)）及島岸可部署近海防御武器，將海防線外推[3]。

其建設(shè)規(guī)模：由于是低水頭水力發(fā)電，百萬千瓦裝機(jī)容量的電站需要數(shù)平方公里面積，千萬千瓦級(jí)的，需要數(shù)十平方公里面積。按目前抽水蓄能電站2萬5千元每千瓦的造價(jià)，百萬千瓦電站投資約250億。建設(shè)資金來源：目前抽水蓄能電站基本上是由電網(wǎng)投資，但綜合海洋能源中心由于是一次二次能源綜合項(xiàng)目，具備良好的投資回報(bào)，今后可以主要由社會(huì)投資。

三、工藝方案介紹

海洋綜合能源基地（抽水蓄能電站）項(xiàng)目的大致方案是：在水深10到50米的海域?qū)ふ液线m位置（電力負(fù)荷中心近海天然的海洋盆地），按低水頭水力發(fā)電站（落差60至100米）的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè);先圍出環(huán)形島大壩，最好利用天然地形，盡量減少建設(shè)規(guī)模。中間抽水，在島北部海域形成淺水區(qū);在中間海域抽沙挖土，擴(kuò)大落差，達(dá)到設(shè)計(jì)的落差要求。抽沙挖土吹填在環(huán)形島附近，加固大壩，并形成新的陸地;環(huán)形島外側(cè)建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，風(fēng)力發(fā)電不直接并網(wǎng)，用于抽水;環(huán)形島內(nèi)側(cè)吹填形成的灘涂上建設(shè)光伏電站，發(fā)電不直接并網(wǎng)，也用于抽水;安裝水力發(fā)電機(jī)組，接入電網(wǎng)。

施工及生產(chǎn)工藝方案的選擇大壩采用浮運(yùn)預(yù)制混凝土沉井，在設(shè)計(jì)位置沉放。沉放到位后用泥沙灌滿井筒。部分井筒不用泥沙充填，可用作淡水儲(chǔ)存空間。每個(gè)井筒依次相連，構(gòu)成大壩的主體結(jié)構(gòu)。水泵和水輪機(jī)發(fā)電機(jī)房也采用沉井施工，和大壩同時(shí)完工[4]。

四、結(jié)束語

抽水蓄能電站以水作為能量轉(zhuǎn)換載體，在工作時(shí)，通過提供系統(tǒng)儲(chǔ)能服務(wù)和多工況調(diào)度運(yùn)行，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、黑啟動(dòng)等任務(wù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分。我國(guó)從六十年代開始建設(shè)抽水蓄能電站，經(jīng)過50年的發(fā)展，抽水蓄能電站的總裝機(jī)容量、已運(yùn)行容量和在建容量均已經(jīng)超越日本、美國(guó)，躍居世界第一。我國(guó)截止到2017年底，全國(guó)已經(jīng)投入運(yùn)行的和在建的抽水蓄能電站裝機(jī)容量情況，從分析目前抽水蓄能電站在各地開發(fā)建設(shè)的差異角度提出未來我國(guó)抽水蓄能電站的建設(shè)不但要注重增速，更要關(guān)注布局的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]魏春雷.抽水蓄能工程建設(shè)集團(tuán)管理信息系統(tǒng)建設(shè)研究[D].華北電力大學(xué);華北電力大學(xué)（北京），2017.

[2]張健，張劍，俞曉東， 等.水電站輸水發(fā)電系統(tǒng)水力優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[Z].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)， 新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 河海大學(xué).2016.

[3]水電建設(shè)工程安全評(píng)價(jià)及安全“三同時(shí)”管理技術(shù)研究[Z].水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.2011.

[4]王偉超.抽水蓄能電站工程建設(shè)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系探究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2020，（6）：2707.