浅析抽水蓄能电站GIS选址与设备安装

张德强

（内蒙古电力（集团）有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010070）

能源发展战略背景下，如何助推实现“双碳”目标构建新能源配置体系，优化能源结构转型受到了广泛关注。水电在能源结构转型中扮演着重要角色，抽水蓄能可以将能量（主要是电能）存储起来转换成更便利的形式，在电网峰谷调节或者是事故时期按需调用。伴随着新能源发电技术的不断推行，抽水蓄能电站的储能转换能力使其成为能源结构中的关键一环，以起到增加新能源功能结构的灵活性运用作用，使得新的能源体系能够适应社会生产实际。

抽水蓄能电站又被称为蓄能式水电站，能够利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，通过此种运转方式实现对电能的可持续性储存。随着当前社会相关行业科学技术的不断进步和新型能源的大规模开发利用，抽水蓄能电站的各项基本运行配置也实现了优化升级，与过去不同的是，其水电站的构建侧重点由单一型的用电负荷中心向能源基地、送出端和落地端等多方向转换。抽水蓄能电站具有可靠、经济、使用周期长、容量大和相关技术成熟等特点，是新能源发展的重要组成部分，与此同时，对其进行运行管理也要遵循科学有效的指导，利用技术先进的计算机监控系统对蓄能水电站进行监管，不仅能够实现高水平、高质量的管理还能够发挥水电站的综合效益。在社会能源结构转型发展中，应以电力需求为导向，加快抽水蓄能电站的开发建设。抽水蓄能电站建设必须要遵循科学规划，合理布局的基础原则，要充分考虑选址的安全性、经济性与环境的适配性，除此之外，提升机组设备制造水平、安装水平也是极为重要的。

1 抽水蓄能电站GIS选址的应用探索

1.1 抽水蓄能电站建设地理要素

抽水蓄能技术是一种实现水能与电能相互转换的清洁能源蓄能技术，在用电低谷时期将电能转化成水势能，用电高峰期再将储蓄的水势能转化成电能。抽水蓄能电站建设的选址工作至关重要，影响其建设的主要地理要素包括：电站距离水源的距离、地貌地形因素、土壤岩性以及建设地块的土地利用类型、电网负荷、电源提供等经济性要素。在前期设计过程中，各自考察的要点具体包括：电站距离水源的距离：需要综合考虑水源区的降水量、蒸发量、河道泄洪条件、土壤下渗率等水资源条件；地貌地形因素：水势、高程差、地形起伏、避开不稳定复杂地貌；土壤岩性：研坝稳定性高、土壤保水性优良；电网负荷：局部用电需求与电力网络输送目标；电源提供：电源提供地与消费地区的距离、节点条件等。

1.2 GIS技术辅助抽水蓄能电站选址优势

抽水蓄能电站大多分布在地形复杂、交通不便利、现场勘探难度较大的偏远山区或者峡谷。利用GIS技术辅助抽水蓄能电站的选址能够有效提升选址的效率和科学性，其技术优势体现在以下几个方面。

一是可以实现对土地资源高效调查。相比人工传统土地资源调查速度慢、周期长的劣势，利用GIS能够在土地详查过程中，实现快速、高效的调查工作。一方面，GIS可视化能够实现对建设地区地貌地形的完整测量；另一方面，GIS技术可以直观地将调查结果转换成图像形式，方便选址设计对地貌地形进行科学的分析，充分考虑到地形地貌的复杂性，有效提升决策精准度。

二是可以实现GIS建模，准确反映地形细部变化，计算精确度高，模型建立逼真，能实现基于三维空间分析的智能化选线。

1.3 GIS技术辅助抽水蓄能电站应用

GIS技术辅助抽水蓄能电站选址工作首要任务是进行详细的需求分析。对其需求分析的内容应从三个方面出发：一是明确需求目标，对选址目的进行精细化分层，抽水蓄能电站选址最优化必须要同时满足供电蓄能需求、生态需求以及经济需求等三个主要目标，这种目标的达成必须是相互融合，而不是互斥的；二是要明确选址系统需要具备的功能，选址模型需要能够模拟还原实现各种角度下的图像、数据转化，实现可视化与数据化；三是要明确所需要的人力物力、资源设备等，以便工作顺利开展。

GIS 在抽水蓄能电站选址的规划应用过程为：按照抽水蓄能储能需求设计量选定初步筛选——利用GIS在地图上作业（重点考虑电网距离、典型条件、水源距离）——现场勘探——近期站址（考虑电网运行维护、设备安装难度与蓄水储能电站的经济性）。

抽水蓄能电站GIS选址技术流程为：（1）建立三维实景模型：按照实际拍摄情况选定成图比例尺，构建三维实景模型，并确保其精度满足相关规范的要求。通过利用3ds Max建模软件完成三维实体模型的搭建，接着采用Unity 3D 引擎进一步实现系统的功能，最后在计算机平台或者移动设备上给用户实现高沉浸感的可视化学习体验。（2）智能选线：利用三维实景模型，建立空间数据库，并在此平台上进行数据分析（地理信息包括有安全与建设成本、规避的因素及需要合理规划的因素）；量化成本，确定经济目标的适配；计算出最优路径。（3）人机交互：在三维实景模型下调整道路设计方案，最终优选出最优方案。GIS三维模型可对缓冲区进行分析，充分探究备选地址空间分布特征，明确相关的地貌地势信息，避免无用投入，减少人力物力的浪费。

2 抽水蓄能电站设备安装技术要点

抽水蓄能电站的机组设备对于电站的稳定运行意义重大，机组设备安装活动也是抽水蓄能电站建设活动中的重点。蓄能电站设备具有运行复杂、受力条件差的特点，其设计、制造、安装与监理的客观要求极高，这些特点都直接决定了抽水蓄能电站机电设备安装的难度较高。

根据抽水蓄能电站的基础设计与规划，其机组设备安装有两个重要内容：一是蓄能机组转轮尺寸较大，对水泵水轮机安装过程中，需要结合水泵的气蚀特性进行综合考量选择合理的安装方式。吊装过程中，应注意设备上不能够站人，设备下方应该保持空旷，设备吊装就位稳固后，才能够在上方作业，且应该在高处设置稳固的工作台，应有足够的安全防护措施，作业人员必须要系安全带；在对设备进行清扫时，应杜绝火种进入且应当在现场配备灭火器，清扫工作人员需要戴皮手套；在组合大瓣分件的工作中，需要注意人员与设备的相对隔开及安全，避免在合瓣操作中发生人员事故；在设备翻身时，应当予以垫层保护等；水轮机与水泵过水部分的封堵工作应当小心谨慎，经过多次确认无人后才能够实施封闭，且需要检查封闭完成度，确保正确完成封闭。二是发电机组设备安装需要严格按照现场安装施工设计进行操作，要做好充分地安装施工现场准备，确保所需工具齐全、场地干净整洁，发电机组应该在运输和吊装准备中，做好预埋处理，离相封闭母线安装过程中要根据现场施工各项参数进行相应的调整，母线焊接需要确保焊缝整齐、无污染物，母线安装完毕后要对整套母线进行耐压试验，确保无击穿；发电机短路安装则需要使用高精度仪器来提升其安装质量；SFC及相关设备安装重点控制在SFC设备就位之后的调整与固定、内部电缆、母线链接、外部电缆敷设等，并做好各项调试检查后再验收。

展望未来，清洁能源发展已成必然。鉴于我国能源结构转型需求，抽水蓄能电站建设工作至关重要，对于实现我国“双碳”战略目标具有重要意义。将GIS 技术应用在抽水蓄能电站选址工作中，未来伴随着GIS技术的高精度、高数据集成发展趋势，其可视化技术精度越高，甚至能够取代更大范围的人力勘察工作，将进一步提升抽水蓄能电站建设选址的适宜性、科学性，将同时有利于生态环境的可持续发展与蓄能电站的经济性目标达成。