淺析抽水蓄能電站GIS選址與設(shè)備安裝

張德強

（內(nèi)蒙古電力（集團）有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

能源發(fā)展戰(zhàn)略背景下，如何助推實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)構(gòu)建新能源配置體系，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型受到了廣泛關(guān)注。水電在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中扮演著重要角色，抽水蓄能可以將能量（主要是電能）存儲起來轉(zhuǎn)換成更便利的形式，在電網(wǎng)峰谷調(diào)節(jié)或者是事故時期按需調(diào)用。伴隨著新能源發(fā)電技術(shù)的不斷推行，抽水蓄能電站的儲能轉(zhuǎn)換能力使其成為能源結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵一環(huán)，以起到增加新能源功能結(jié)構(gòu)的靈活性運用作用，使得新的能源體系能夠適應(yīng)社會生產(chǎn)實際。

抽水蓄能電站又被稱為蓄能式水電站，能夠利用電力負(fù)荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負(fù)荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電的水電站，通過此種運轉(zhuǎn)方式實現(xiàn)對電能的可持續(xù)性儲存。隨著當(dāng)前社會相關(guān)行業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷進步和新型能源的大規(guī)模開發(fā)利用，抽水蓄能電站的各項基本運行配置也實現(xiàn)了優(yōu)化升級，與過去不同的是，其水電站的構(gòu)建側(cè)重點由單一型的用電負(fù)荷中心向能源基地、送出端和落地端等多方向轉(zhuǎn)換。抽水蓄能電站具有可靠、經(jīng)濟、使用周期長、容量大和相關(guān)技術(shù)成熟等特點，是新能源發(fā)展的重要組成部分，與此同時，對其進行運行管理也要遵循科學(xué)有效的指導(dǎo)，利用技術(shù)先進的計算機監(jiān)控系統(tǒng)對蓄能水電站進行監(jiān)管，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高水平、高質(zhì)量的管理還能夠發(fā)揮水電站的綜合效益。在社會能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型發(fā)展中，應(yīng)以電力需求為導(dǎo)向，加快抽水蓄能電站的開發(fā)建設(shè)。抽水蓄能電站建設(shè)必須要遵循科學(xué)規(guī)劃，合理布局的基礎(chǔ)原則，要充分考慮選址的安全性、經(jīng)濟性與環(huán)境的適配性，除此之外，提升機組設(shè)備制造水平、安裝水平也是極為重要的。

1 抽水蓄能電站GIS選址的應(yīng)用探索

1.1 抽水蓄能電站建設(shè)地理要素

抽水蓄能技術(shù)是一種實現(xiàn)水能與電能相互轉(zhuǎn)換的清潔能源蓄能技術(shù)，在用電低谷時期將電能轉(zhuǎn)化成水勢能，用電高峰期再將儲蓄的水勢能轉(zhuǎn)化成電能。抽水蓄能電站建設(shè)的選址工作至關(guān)重要，影響其建設(shè)的主要地理要素包括：電站距離水源的距離、地貌地形因素、土壤巖性以及建設(shè)地塊的土地利用類型、電網(wǎng)負(fù)荷、電源提供等經(jīng)濟性要素。在前期設(shè)計過程中，各自考察的要點具體包括：電站距離水源的距離：需要綜合考慮水源區(qū)的降水量、蒸發(fā)量、河道泄洪條件、土壤下滲率等水資源條件；地貌地形因素：水勢、高程差、地形起伏、避開不穩(wěn)定復(fù)雜地貌；土壤巖性：研壩穩(wěn)定性高、土壤保水性優(yōu)良；電網(wǎng)負(fù)荷：局部用電需求與電力網(wǎng)絡(luò)輸送目標(biāo)；電源提供：電源提供地與消費地區(qū)的距離、節(jié)點條件等。

1.2 GIS技術(shù)輔助抽水蓄能電站選址優(yōu)勢

抽水蓄能電站大多分布在地形復(fù)雜、交通不便利、現(xiàn)場勘探難度較大的偏遠(yuǎn)山區(qū)或者峽谷。利用GIS技術(shù)輔助抽水蓄能電站的選址能夠有效提升選址的效率和科學(xué)性，其技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。

一是可以實現(xiàn)對土地資源高效調(diào)查。相比人工傳統(tǒng)土地資源調(diào)查速度慢、周期長的劣勢，利用GIS能夠在土地詳查過程中，實現(xiàn)快速、高效的調(diào)查工作。一方面，GIS可視化能夠?qū)崿F(xiàn)對建設(shè)地區(qū)地貌地形的完整測量；另一方面，GIS技術(shù)可以直觀地將調(diào)查結(jié)果轉(zhuǎn)換成圖像形式，方便選址設(shè)計對地貌地形進行科學(xué)的分析，充分考慮到地形地貌的復(fù)雜性，有效提升決策精準(zhǔn)度。

二是可以實現(xiàn)GIS建模，準(zhǔn)確反映地形細(xì)部變化，計算精確度高，模型建立逼真，能實現(xiàn)基于三維空間分析的智能化選線。

1.3 GIS技術(shù)輔助抽水蓄能電站應(yīng)用

GIS技術(shù)輔助抽水蓄能電站選址工作首要任務(wù)是進行詳細(xì)的需求分析。對其需求分析的內(nèi)容應(yīng)從三個方面出發(fā)：一是明確需求目標(biāo)，對選址目的進行精細(xì)化分層，抽水蓄能電站選址最優(yōu)化必須要同時滿足供電蓄能需求、生態(tài)需求以及經(jīng)濟需求等三個主要目標(biāo)，這種目標(biāo)的達(dá)成必須是相互融合，而不是互斥的；二是要明確選址系統(tǒng)需要具備的功能，選址模型需要能夠模擬還原實現(xiàn)各種角度下的圖像、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)可視化與數(shù)據(jù)化；三是要明確所需要的人力物力、資源設(shè)備等，以便工作順利開展。

GIS 在抽水蓄能電站選址的規(guī)劃應(yīng)用過程為：按照抽水蓄能儲能需求設(shè)計量選定初步篩選——利用GIS在地圖上作業(yè)（重點考慮電網(wǎng)距離、典型條件、水源距離）——現(xiàn)場勘探——近期站址（考慮電網(wǎng)運行維護、設(shè)備安裝難度與蓄水儲能電站的經(jīng)濟性）。

抽水蓄能電站GIS選址技術(shù)流程為：（1）建立三維實景模型：按照實際拍攝情況選定成圖比例尺，構(gòu)建三維實景模型，并確保其精度滿足相關(guān)規(guī)范的要求。通過利用3ds Max建模軟件完成三維實體模型的搭建，接著采用Unity 3D 引擎進一步實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，最后在計算機平臺或者移動設(shè)備上給用戶實現(xiàn)高沉浸感的可視化學(xué)習(xí)體驗。（2）智能選線：利用三維實景模型，建立空間數(shù)據(jù)庫，并在此平臺上進行數(shù)據(jù)分析（地理信息包括有安全與建設(shè)成本、規(guī)避的因素及需要合理規(guī)劃的因素）；量化成本，確定經(jīng)濟目標(biāo)的適配；計算出最優(yōu)路徑。（3）人機交互：在三維實景模型下調(diào)整道路設(shè)計方案，最終優(yōu)選出最優(yōu)方案。GIS三維模型可對緩沖區(qū)進行分析，充分探究備選地址空間分布特征，明確相關(guān)的地貌地勢信息，避免無用投入，減少人力物力的浪費。

2 抽水蓄能電站設(shè)備安裝技術(shù)要點

抽水蓄能電站的機組設(shè)備對于電站的穩(wěn)定運行意義重大，機組設(shè)備安裝活動也是抽水蓄能電站建設(shè)活動中的重點。蓄能電站設(shè)備具有運行復(fù)雜、受力條件差的特點，其設(shè)計、制造、安裝與監(jiān)理的客觀要求極高，這些特點都直接決定了抽水蓄能電站機電設(shè)備安裝的難度較高。

根據(jù)抽水蓄能電站的基礎(chǔ)設(shè)計與規(guī)劃，其機組設(shè)備安裝有兩個重要內(nèi)容：一是蓄能機組轉(zhuǎn)輪尺寸較大，對水泵水輪機安裝過程中，需要結(jié)合水泵的氣蝕特性進行綜合考量選擇合理的安裝方式。吊裝過程中，應(yīng)注意設(shè)備上不能夠站人，設(shè)備下方應(yīng)該保持空曠，設(shè)備吊裝就位穩(wěn)固后，才能夠在上方作業(yè)，且應(yīng)該在高處設(shè)置穩(wěn)固的工作臺，應(yīng)有足夠的安全防護措施，作業(yè)人員必須要系安全帶；在對設(shè)備進行清掃時，應(yīng)杜絕火種進入且應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)場配備滅火器，清掃工作人員需要戴皮手套；在組合大瓣分件的工作中，需要注意人員與設(shè)備的相對隔開及安全，避免在合瓣操作中發(fā)生人員事故；在設(shè)備翻身時，應(yīng)當(dāng)予以墊層保護等；水輪機與水泵過水部分的封堵工作應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎，經(jīng)過多次確認(rèn)無人后才能夠?qū)嵤┓忾]，且需要檢查封閉完成度，確保正確完成封閉。二是發(fā)電機組設(shè)備安裝需要嚴(yán)格按照現(xiàn)場安裝施工設(shè)計進行操作，要做好充分地安裝施工現(xiàn)場準(zhǔn)備，確保所需工具齊全、場地干凈整潔，發(fā)電機組應(yīng)該在運輸和吊裝準(zhǔn)備中，做好預(yù)埋處理，離相封閉母線安裝過程中要根據(jù)現(xiàn)場施工各項參數(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整，母線焊接需要確保焊縫整齊、無污染物，母線安裝完畢后要對整套母線進行耐壓試驗，確保無擊穿；發(fā)電機短路安裝則需要使用高精度儀器來提升其安裝質(zhì)量；SFC及相關(guān)設(shè)備安裝重點控制在SFC設(shè)備就位之后的調(diào)整與固定、內(nèi)部電纜、母線鏈接、外部電纜敷設(shè)等，并做好各項調(diào)試檢查后再驗收。

展望未來，清潔能源發(fā)展已成必然。鑒于我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型需求，抽水蓄能電站建設(shè)工作至關(guān)重要，對于實現(xiàn)我國“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。將GIS 技術(shù)應(yīng)用在抽水蓄能電站選址工作中，未來伴隨著GIS技術(shù)的高精度、高數(shù)據(jù)集成發(fā)展趨勢，其可視化技術(shù)精度越高，甚至能夠取代更大范圍的人力勘察工作，將進一步提升抽水蓄能電站建設(shè)選址的適宜性、科學(xué)性，將同時有利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展與蓄能電站的經(jīng)濟性目標(biāo)達(dá)成。