基于本質安全理論的抽水蓄能電站工程建設安全管理體系的應用

蔡元啟 張原銘

摘要：抽水蓄能電站具有建設周期長、投資規模大、工程難度高等突出特點，屬于資本密集型的大型基礎設施工程投資項目。對產業鏈上下游和地方經濟的突出拉動作用讓抽水蓄能電站的復工復產受到特別的關注和期待。本文將基于安全理論重點分析抽水蓄能電站工程建設安全管理體系的應用研究[1]。

關鍵詞：本質安全理論;抽水蓄能電站;安全管理;策略

前言

在運項目全面復工在加快特高壓等“新基建”建設進度的大背景下，在國家電網構建“能源互聯網”戰略目標實現過程中，抽水蓄能電站承擔著電網穩定器、調節器和存儲器的重要功能。業內專家估算，當前120萬千瓦抽水蓄能電站投資規模約在70億元左右，工程建設可直接或間接拉動設計咨詢、工程施工、工程機械、建筑材料、設備制造、工程勞務等多個上下游產業，對拉動地方GDP增長、增加地方稅收和就業、活躍地方消費市場具有明顯作用。本文將結合海洋綜合能源來論述抽水蓄能電站工程建設安全管理體系的應用研究。

一、海洋抽水蓄能電站建設的必要性

目前隨著水電工程開發越來越多，在陸地尋找合適的建設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荷中心的優勢，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的發展現狀：2018年，我國海洋生態環境狀況整體穩中向好。監測的194條入海河流斷面中，劣Ⅴ類水質斷面29個，占14.9%，局部海域污染嚴重，水體富營養化和赤潮時有發生。近海漁業過度捕撈，資源幾乎枯竭。

目前對海洋生態的治理，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，促進水體對流，將海底營養物質和海面溶解氧交換，讓植物和浮游生物生長繁殖，形成人工生態，治理水體富營養化和提供魚類棲息地，保育海洋資源，保護生態。海洋抽水蓄能電站經過合理設計，可在工程選址附近海底形成上升流，配合人工魚礁的投放，達到生態保護的目的。同時，工程下水庫水面平靜，海水流動頻繁，十分有利于水產養殖的發展。

二、工程背景概況

隨著經濟社會的發展及對供電質量要求的提高，經濟發達國家抽水蓄能電站已從主要作為能量存儲的工具（調峰填谷）逐步發展成為主要用于電力系統靈活的動態管理工具。隨著我國經濟社會發展、經濟結構調整和人民生活水平的提高，用電側的要求在不斷提高;隨著風電、太陽能發電及核電的發展，電源側的調控更加復雜，因此，電力系統對抽水蓄能電站在電網中所占比重的要求會更高。

抽水蓄能電站如何布局和規劃是一個需要全面和動態研究的問題，其在電網中的合理比重，主要取決于電網負荷水平、負荷特性、電源組成以及電力系統安全穩定運行等。日本是目前抽水蓄能電站發展最快、裝機容量最多的國家，其抽水蓄能電站建設規模始終根據電網總體經濟最優確定，占裝機總容量的比例也一直保持在10%左右。日本學者曾用規劃論方法分析，認為抽水蓄能機組在電網中的比例在8%～14%比較合理。國內有專家學者認為，從我國目前的電源構成和布局看，抽水蓄能電站的比重達到5%基本符合我國國情[2]。

根據對我國部分電網2020年及2030年電源優化配置分析，在我國以火電為主的電網，抽水蓄能電站的合理規模應在電力總裝機的6%～10%之間，而水電比重較大的電網，其合理規模應在4%～7%之間。隨著經濟社會的發展及對供電質量要求的提高，經濟發達國家抽水蓄能電站已從主要作為能量存儲的工具（調峰填谷）逐步發展成為主要用于電力系統靈活的動態管理工具。隨著我國經濟社會發展、經濟結構調整和人民生活水平的提高，用電側的要求在不斷提高;隨著風電、太陽能發電及核電的發展，電源側的調控更加復雜，因此，電力系統對抽水蓄能電站在電網中所占比重的要求會更高。

工程技術方面：目前在近海圍海造地已經是低成本工程，在海水中使用的水電機組技術已經十分成熟，海上大型風電機組已經在許多項目投入使用。目前正處在海上風電發展的爆發期，建設配套的蓄能設施刻不容緩。海洋風電方面：將海上風電建設變為陸地風電建設，建設成本和維護成本都將大幅降低，而且海上風電資源豐富，單位裝機發電時間長的優勢不變。加上就地調蓄電能，將直接推動海上風電項目落地。光伏方面：利用圍海土地布局光伏電站，減少用地成本。

環境方面：海洋抽水蓄能電站在作為一個能源設施的同時是一個海洋環境治理工程。工程建設可增加海洋灘涂和水面平靜的內湖（低水庫）面積，低水庫水體交換頻繁，利于生物生長繁殖，可提供生物多樣性新的載體。抽水過程可經由專門的設計，將海水輸送到海底，形成上升流，促進海洋生物的生長，消除海洋污染。房地產價值：中心城市附近海上人工島，土地價值極高。國土防御：環形島內湖（低水庫）及島岸可部署近海防御武器，將海防線外推[3]。

其建設規模：由于是低水頭水力發電，百萬千瓦裝機容量的電站需要數平方公里面積，千萬千瓦級的，需要數十平方公里面積。按目前抽水蓄能電站2萬5千元每千瓦的造價，百萬千瓦電站投資約250億。建設資金來源：目前抽水蓄能電站基本上是由電網投資，但綜合海洋能源中心由于是一次二次能源綜合項目，具備良好的投資回報，今后可以主要由社會投資。

三、工藝方案介紹

海洋綜合能源基地（抽水蓄能電站）項目的大致方案是：在水深10到50米的海域尋找合適位置（電力負荷中心近海天然的海洋盆地），按低水頭水力發電站（落差60至100米）的標準建設;先圍出環形島大壩，最好利用天然地形，盡量減少建設規模。中間抽水，在島北部海域形成淺水區;在中間海域抽沙挖土，擴大落差，達到設計的落差要求。抽沙挖土吹填在環形島附近，加固大壩，并形成新的陸地;環形島外側建設風力發電場，風力發電不直接并網，用于抽水;環形島內側吹填形成的灘涂上建設光伏電站，發電不直接并網，也用于抽水;安裝水力發電機組，接入電網。

施工及生產工藝方案的選擇大壩采用浮運預制混凝土沉井，在設計位置沉放。沉放到位后用泥沙灌滿井筒。部分井筒不用泥沙充填，可用作淡水儲存空間。每個井筒依次相連，構成大壩的主體結構。水泵和水輪機發電機房也采用沉井施工，和大壩同時完工[4]。

四、結束語

抽水蓄能電站以水作為能量轉換載體，在工作時，通過提供系統儲能服務和多工況調度運行，在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相、事故備用、黑啟動等任務，已經成為現代電力系統不可或缺的重要組成部分。我國從六十年代開始建設抽水蓄能電站，經過50年的發展，抽水蓄能電站的總裝機容量、已運行容量和在建容量均已經超越日本、美國，躍居世界第一。我國截止到2017年底，全國已經投入運行的和在建的抽水蓄能電站裝機容量情況，從分析目前抽水蓄能電站在各地開發建設的差異角度提出未來我國抽水蓄能電站的建設不但要注重增速，更要關注布局的優化。

參考文獻

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

[2]張健，張劍，俞曉東， 等.水電站輸水發電系統水力優化設計與運行控制關鍵技術研究及應用[Z].新疆農業大學， 新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院， 河海大學.2016.

[3]水電建設工程安全評價及安全“三同時”管理技術研究[Z].水利部水利水電規劃設計總院.2011.

[4]王偉超.抽水蓄能電站工程建設的安全風險管理體系探究[J].建筑工程技術與設計，2020，（6）：2707.