基于本质安全理论的抽水蓄能电站工程建设安全管理体系的应用

蔡元启 张原铭

摘要：抽水蓄能电站具有建设周期长、投资规模大、工程难度高等突出特点，属于资本密集型的大型基础设施工程投资项目。对产业链上下游和地方经济的突出拉动作用让抽水蓄能电站的复工复产受到特别的关注和期待。本文将基于安全理论重点分析抽水蓄能电站工程建设安全管理体系的应用研究[1]。

关键词：本质安全理论;抽水蓄能电站;安全管理;策略

前言

在运项目全面复工在加快特高压等“新基建”建设进度的大背景下，在国家电网构建“能源互联网”战略目标实现过程中，抽水蓄能电站承担着电网稳定器、调节器和存储器的重要功能。业内专家估算，当前120万千瓦抽水蓄能电站投资规模约在70亿元左右，工程建设可直接或间接拉动设计咨询、工程施工、工程机械、建筑材料、设备制造、工程劳务等多个上下游产业，对拉动地方GDP增长、增加地方税收和就业、活跃地方消费市场具有明显作用。本文将结合海洋综合能源来论述抽水蓄能电站工程建设安全管理体系的应用研究。

一、海洋抽水蓄能电站建设的必要性

目前随着水电工程开发越来越多，在陆地寻找合适的建设地址变得越来越困难。再加上征地拆迁成本的高涨，海洋抽水蓄能电站又具有靠近负荷中心的优势，把眼光投向海洋不可避免。海洋污染状况及海洋污染治理技术的发展现状：2018年，我国海洋生态环境状况整体稳中向好。监测的194条入海河流断面中，劣Ⅴ类水质断面29个，占14.9%，局部海域污染严重，水体富营养化和赤潮时有发生。近海渔业过度捕捞，资源几乎枯竭。

目前对海洋生态的治理，投放人工鱼礁是重要手段之一。通过人工鱼礁在海底形成上升流，促进水体对流，将海底营养物质和海面溶解氧交换，让植物和浮游生物生长繁殖，形成人工生态，治理水体富营养化和提供鱼类栖息地，保育海洋资源，保护生态。海洋抽水蓄能电站经过合理设计，可在工程选址附近海底形成上升流，配合人工鱼礁的投放，达到生态保护的目的。同时，工程下水库水面平静，海水流动频繁，十分有利于水产养殖的发展。

二、工程背景概况

随着经济社会的发展及对供电质量要求的提高，经济发达国家抽水蓄能电站已从主要作为能量存储的工具（调峰填谷）逐步发展成为主要用于电力系统灵活的动态管理工具。随着我国经济社会发展、经济结构调整和人民生活水平的提高，用电侧的要求在不断提高;随着风电、太阳能发电及核电的发展，电源侧的调控更加复杂，因此，电力系统对抽水蓄能电站在电网中所占比重的要求会更高。

抽水蓄能电站如何布局和规划是一个需要全面和动态研究的问题，其在电网中的合理比重，主要取决于电网负荷水平、负荷特性、电源组成以及电力系统安全稳定运行等。日本是目前抽水蓄能电站发展最快、装机容量最多的国家，其抽水蓄能电站建设规模始终根据电网总体经济最优确定，占装机总容量的比例也一直保持在10%左右。日本学者曾用规划论方法分析，认为抽水蓄能机组在电网中的比例在8%～14%比较合理。国内有专家学者认为，从我国目前的电源构成和布局看，抽水蓄能电站的比重达到5%基本符合我国国情[2]。

根据对我国部分电网2020年及2030年电源优化配置分析，在我国以火电为主的电网，抽水蓄能电站的合理规模应在电力总装机的6%～10%之间，而水电比重较大的电网，其合理规模应在4%～7%之间。随着经济社会的发展及对供电质量要求的提高，经济发达国家抽水蓄能电站已从主要作为能量存储的工具（调峰填谷）逐步发展成为主要用于电力系统灵活的动态管理工具。随着我国经济社会发展、经济结构调整和人民生活水平的提高，用电侧的要求在不断提高;随着风电、太阳能发电及核电的发展，电源侧的调控更加复杂，因此，电力系统对抽水蓄能电站在电网中所占比重的要求会更高。

工程技术方面：目前在近海围海造地已经是低成本工程，在海水中使用的水电机组技术已经十分成熟，海上大型风电机组已经在许多项目投入使用。目前正处在海上风电发展的爆发期，建设配套的蓄能设施刻不容缓。海洋风电方面：将海上风电建设变为陆地风电建设，建设成本和维护成本都将大幅降低，而且海上风电资源丰富，单位装机发电时间长的优势不变。加上就地调蓄电能，将直接推动海上风电项目落地。光伏方面：利用围海土地布局光伏电站，减少用地成本。

环境方面：海洋抽水蓄能电站在作为一个能源设施的同时是一个海洋环境治理工程。工程建设可增加海洋滩涂和水面平静的内湖（低水库）面积，低水库水体交换频繁，利于生物生长繁殖，可提供生物多样性新的载体。抽水过程可经由专门的设计，将海水输送到海底，形成上升流，促进海洋生物的生长，消除海洋污染。房地产价值：中心城市附近海上人工岛，土地价值极高。国土防御：环形岛内湖（低水库）及岛岸可部署近海防御武器，将海防线外推[3]。

其建设规模：由于是低水头水力发电，百万千瓦装机容量的电站需要数平方公里面积，千万千瓦级的，需要数十平方公里面积。按目前抽水蓄能电站2万5千元每千瓦的造价，百万千瓦电站投資约250亿。建设资金来源：目前抽水蓄能电站基本上是由电网投资，但综合海洋能源中心由于是一次二次能源综合项目，具备良好的投资回报，今后可以主要由社会投资。

三、工艺方案介绍

海洋综合能源基地（抽水蓄能电站）项目的大致方案是：在水深10到50米的海域寻找合适位置（电力负荷中心近海天然的海洋盆地），按低水头水力发电站（落差60至100米）的标准建设;先围出环形岛大坝，最好利用天然地形，尽量减少建设规模。中间抽水，在岛北部海域形成浅水区;在中间海域抽沙挖土，扩大落差，达到设计的落差要求。抽沙挖土吹填在环形岛附近，加固大坝，并形成新的陆地;环形岛外侧建设风力发电场，风力发电不直接并网，用于抽水;环形岛内侧吹填形成的滩涂上建设光伏电站，发电不直接并网，也用于抽水;安装水力发电机组，接入电网。

施工及生产工艺方案的选择大坝采用浮运预制混凝土沉井，在设计位置沉放。沉放到位后用泥沙灌满井筒。部分井筒不用泥沙充填，可用作淡水储存空间。每个井筒依次相连，构成大坝的主体结构。水泵和水轮机发电机房也采用沉井施工，和大坝同时完工[4]。

四、结束语

抽水蓄能电站以水作为能量转换载体，在工作时，通过提供系统储能服务和多工况调度运行，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相、事故备用、黑启动等任务，已经成为现代电力系统不可或缺的重要组成部分。我国从六十年代开始建设抽水蓄能电站，经过50年的发展，抽水蓄能电站的总装机容量、已运行容量和在建容量均已经超越日本、美国，跃居世界第一。我国截止到2017年底，全国已经投入运行的和在建的抽水蓄能电站装机容量情况，从分析目前抽水蓄能电站在各地开发建设的差异角度提出未来我国抽水蓄能电站的建设不但要注重增速，更要关注布局的优化。

参考文献

[1]魏春雷.抽水蓄能工程建设集团管理信息系统建设研究[D].华北电力大学;华北电力大学（北京），2017.

[2]张健，张剑，俞晓东， 等.水电站输水发电系统水力优化设计与运行控制关键技术研究及应用[Z].新疆农业大学， 新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院， 河海大学.2016.

[3]水电建设工程安全评价及安全“三同时”管理技术研究[Z].水利部水利水电规划设计总院.2011.

[4]王伟超.抽水蓄能电站工程建设的安全风险管理体系探究[J].建筑工程技术与设计，2020，（6）：2707.