“雙碳”背景下抽水蓄能電站監理特性及控制要點

2024-01-25 20:34:30童達

水利水電快報 2023年14期

童達

摘要：“雙碳”背景下，中國的抽水蓄能電站步入高速發展時期，抽水蓄能電站具有建設周期長、投資大、施工工藝復雜、環水保要求高、新技術應用多等特點。為解決抽水蓄能電站施工監理所面臨的目標控制和管理技術難點，系統分析了其施工監理的特性及施工準備期、土建施工期與機電安裝期等不同時期監理工作控制要點，總結道路施工規劃、地下房工程、輸水系統工程等監理控制經驗，不斷實現技術創新和管理創新，提高抽水蓄能電站的施工監理水平。

關鍵詞：抽水蓄能電站；施工監理；控制要點；雙碳

中圖法分類號：TV743

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S2.014

文章編號：1006-0081（2023）S2-0050-04

0 引言

截至2022年底，世界上已有超過40個國家和地區明確“碳中和”發展目標，占全球經濟總量90%的國家作出凈零承諾。目前，全球可再生能源裝機容量已達33.72億kW。2022年新增可再生能源裝機容量29 456萬kW，較2021年同期水平增長 3 047萬kW。其中，抽水蓄能電站作為儲能系統與可再生能源配合的典范，已進入高速發展時期。據統計，截至2021年底，抽水蓄能裝機規模占全球電力儲能項目總規模的80%以上，預計2030年全球抽水蓄能電站裝機容量將比現有規模增加50%以上。作為推動全球可再生能源發展的主要力量，截至2022年底，中國已建抽水蓄能裝機容量 4 699萬kW，同比增長25.8%，電力總裝機中占比1.8%，較上年裝機占比增加0.3%［1］。

根據國家發展改革委、國家能源局等9個部門聯合發布的《“十四五”可再生能源發展規劃》，國家能源局發布的《抽水蓄能中長期發展規劃（2021～2035 年）》，要求在“十四五”期間中國新增投產的抽水蓄能電站的裝機要超過以往50 a的總量，同時要求在“十五五”期間裝機總量再翻一番。隨著“碳達峰”“碳中和”目標的提出，中國抽水蓄能電站建設正步入高速發展時期。本文介紹了抽水蓄能電站監理投標文件編制過程，總結抽水蓄能電站施工監理的特性及控制要點，以期為抽水蓄能電站建設提供參考。

1 抽水蓄能電站建設特點

抽水蓄能電站具有抽水和發電的雙重功能，其水力機械多數采用可逆式水泵水輪機與發電電動機組。除機組外，在水工建筑方面也有其特殊性，很多抽蓄電站的上水庫全部采用開挖后填筑而成，防滲要求嚴格；上、下水庫連接路線長，開挖棄渣和環水保要求高；輸水系統為地下隧洞和壓力鋼管，豎井或斜井落差大，掘進緩慢且安全隱患多；地下廠房跨度大、邊墻高且洞室布置復雜。因此，抽水蓄能電站具有建設周期長、投資大、施工工藝復雜、環水保要求高、技術含量高等特點。中國抽水蓄能在建和擬建抽水蓄能電站裝機容量地區分統計見表1［2-3］。

2 抽水蓄能電站監理特性

2.1 組織機構復雜性

由于監理分標，無論是河床式水電站、壩后式水電站，還是引水式水電站，施工區域都相對集中，因此，現場監理機構通常采用直線-職能型組織結構形式，可以充分發揮該結構形式下高度集權指揮、人員責任清晰、指令下達迅速、維護成本低廉等優點。抽水蓄能電站上、下水庫高差大，連接線路長，再加之輸水系統和發電廠房均為地下式，施工管理呈現點多面廣線長的特點。當施工監理不分標時，直線-職能型組織結構將不適應現場管理所需。

2.2 人員專業多樣性

抽水蓄能電站施工監理通常對監理工程師的專業要求較高。除滿足常規的水工、測量、試驗檢測、安全、環水保、金結、水機、電氣、造價、信息等專業要求外，一般還需要配置審圖、爆破、公路（橋梁）、房建等方面的專業工程師。同時，部分專業監理工程師除要求具有監理工程師資格證以外，還需要持有專業資格證，如造價、爆破、測量、試驗、安全等資格證。

2.3 目標控制全面性

與常規的水電站建設相比，抽水蓄能電站施工監理的目標控制涵蓋內容更多、更廣。國網新源控股有限公司通過水電工程建設與運營管理實踐經驗，提出了抽水蓄能電站建設立足“設計、施工、設備制造”3個主戰場，抓好“5+1”（安全、質量、進度、造價、技術+綜合管理）全新的工程基建管理理念［4］。同時，各目標的控制標準（目標值）設定也更高，如質量控制目標不局限于建設合格或優良工程，往往還增加如工程建設標準強制性條文執行率達100%、施工工藝標準化執行率達100%、質量通病防治率達100%等新的控制目標，并要求確保工程項目獲批國家電網公司優質工程和中國電力優質工程，力爭獲得國家優質工程等；投資控制目標除要求控制工程總造價不突破工程預算價格，還增加工程年度投資計劃完成率達100%，工程計量、工程變更及工程索賠等審核額與項目法人審定后實際結算額吻合率需達90%以上等新的控制目標。更多控制目標、更高控制要求是抽水蓄能電站施工監理的突出特點。

2.4 管理技術創新性

中國抽水蓄能電站建設雖然起步較晚，但有以往大規模常規水電建設所積累的經驗，加上近十幾年來引進的國外先進技術和管理經驗，使中國抽水蓄能電站有較高的起點。其中，可逆式水泵水輪機組的最大揚程、單機裝機容量［5-6］、上水庫全庫瀝青混凝土面板防滲技術等［7］，均處于世界領先水平。同時，一大批建筑行業的中字頭央企，及世界500強企業進軍抽水蓄能電站，帶來了大量自主研發的新技術、新工法、新設備等，也創新了一些管理模式和制度，如大壩碾壓編碼數控技術［8］、洞室開挖雙聚能預裂與光面爆技術［9］、巖壁吊車梁雙控法光面爆破技術［10］、BIM現代數字模擬技術、數字智慧管理系統、調速系統和勵磁系統的智能化［11］等。面對施工單位技術、管理方面的創新和設備數字化、智能化，監理單位也必須與時俱進，熟悉和掌握先進設備和前沿技術，創新管理模式，并定期對監理人員開展針對性指導、培訓，提供更好的施工監理服務。

3 監理工作控制要點

3.1 施工準備期控制要點

3.1.1 施工道路規劃與布置

抽水蓄能電站的臨建施工項目點多面廣，合理的施工道路布置和施工組織安排是確保上、下庫大壩工程如期完工的關鍵。因此，應認真研究分析工程項目施工布置的特點，嚴格審查施工組織設計中臨時施工道路布置的合理性，合理安排各施工工區的施工順序，積極預防施工道路堵塞影響施工進度。

3.1.2 料（渣）場規劃與布置

抽水蓄能電站土石方挖填量大、工程占地多，備料場、棄渣場的布置與管理是環保、水保控制的重點。因此，工程建設過程中需做好環保水保規劃和實施工作。在滿足施工需求的前提下，盡量利用荒地、棄渣場作為施工場地，盡可能少占林地，減少水保環保方面的壓力。為此，施工區布置應盡可能創造封閉式管理的條件。

3.2 土建施工期控制要點

3.2.1 上、下水庫工程

（1）下水庫導流洞貫通和具備通水條件是順利實施下水庫大壩填筑的前提，影響水庫工程按期完工和輸水系統充水調試。監理機構應重點關注導流洞施工進度，進行動態監控，及時采取進度糾偏措施予以干預。

（2）碾壓工藝試驗是上、下水庫壩體填筑前最為重要的技術參數論證工作，也是確定大壩能否順利填筑及確保大壩填筑質量的重要環節。在填筑施工開始前，通過試驗，完成分區各種填筑料的填筑碾壓試驗，復核設計確定的有關技術指標，確定合適碾壓方式、碾壓設備及其運行參數，如碾壓分層厚度、碾壓遍數、最優含水率等，提出有關質量控制的技術要求和檢驗方法，制定施工技術措施，作為施工過程中控制施工的重要依據。

（3）抽水蓄能電站上、下水庫通常采用防滲心墻堆石壩或鋼筋混凝土面板堆石壩。堆石壩質量控制的要點是防止滲漏和后期產生大的沉降。為此，需高度重視上、下水庫心墻防滲體填筑，或面板趾板基礎開挖、趾板混凝土澆筑及上、下庫基礎防滲處理和堆石料的填筑。

3.2.2 地下廠房工程

（1）抽水蓄能電站地下廠房系統的洞室多、規模大，各洞室在平面和立體上互相交匯，形成了復雜的空間洞室群。如何合理地安排施工通道至關重要，既要滿足施工總進度、發電工期的要求，又要考慮與其他洞室的施工協調及有利于洞室的穩定。因此，廠房系統施工通道布置的合理性是確保廠房系統按期完工的關鍵，也是進度控制的要點。

（2）地下廠房的主副廠房洞、主變洞開挖尺寸和跨度較大，施工難度大。主廠房的頂拱和上下游高邊墻開挖、噴錨支護、變形觀測和穩定等都值得高度重視，對錨桿的施工，平面、立面位置、傾角等都有嚴格要求。廠房上、下游高邊墻上的多層多部位開孔時，會遇到各類不利地質結構。因此，在施工過程中必須加強施工控制，精心操作，并不斷總結經驗，采用針對性強、行之有效的施工方法。監理工程師應配合施工單位，加強原型觀測和地質預測預報工作，通過開挖爆破試驗不斷調整優化爆破參數和方案；采用邊墻預裂中間拉槽，控制單響藥量和總裝藥量，加強測量、設立鉆孔樣架，最大限度地減少超欠挖以及對高邊墻不利的爆破振動影響；采取先鎖口再進洞、開挖一段支護一段等施工技術手段解決頂拱成型不穩定、高邊墻中開洞及交叉洞段的施工難題；合理應用光面爆破、預裂爆破等控制爆破技術，確保開挖輪廓符合設計要求，保證洞室開挖質量和穩定。

（3）主廠房巖錨梁是橋式起重機的承載構件，其施工質量直接關系橋機的運行安全，關系到整個廠房系統的穩定運行。盡管巖錨梁巖臺開挖和澆筑成型技術已成熟，但如何根據不同抽水蓄能電站廠房開挖揭露的地質情況，選擇合理、科學的開挖和澆筑方案，確保巖臺開挖、錨桿注漿密實和混凝土澆筑質量是工程控制的重難點。

（4）機墩、蝸殼、尾水管部位混凝土是廠房土建工程的核心部位，施工難度在于體型復雜、鋼筋不規則而又密集、機電預埋管路埋件多、二期混凝土要求精度高，澆筑工作面狹窄、土建與機電安裝平行作業干擾大、施工工序銜接復雜，而且許多地方施工人員無法進去振搗。因此，為保證蝸殼二期混凝土的施工質量，必須使設計與施工有效結合，對施工重難點進行仔細研究，在施工前針對這些重難點提出合理的施工方案［12］。

3.2.3 輸水系統工程

（1）輸水系統洞線長、高差大，其開挖、運輸、出渣、混凝土澆筑施工和通風散煙、有害氣體排出等安全施工控制都有一定的挑戰性，應引起高度重視。豎（斜）井開挖施工歷來是水電工程項目地下工程施工的難題，存在著安全風險大、文明施工環境差、施工速度慢的不足。

（2）豎（斜）井的導井施工以及壓力鋼管安裝是輸水系統施工中技術最復雜、施工難度最大的項目。應加強測量和地質工作，嚴格控制斜井的傾斜度和光面爆破質量，提高開挖質量。把好開挖支護措施審查關。高壓鋼岔管段宜采用小藥量、弱爆破、短進尺、多循環的方式進行開挖，保證開挖成型質量；減少超挖，控制欠挖；交叉洞口及時鎖口，確保安全。

（3）高壓鋼岔管原材料檢測、工廠預裝、現場組裝與焊接、焊縫無損探傷檢測及水壓試驗是引水壓力鋼管安裝質量控制的重點［13］。監理工程師應檢查鋼岔管焊工及檢測人員的資質，凡參加鋼岔管焊接的焊工，均應按有關規定通過考試，并取得相應的合格證。對焊接工序進行跟蹤檢查，必要時進行旁站，確保焊接質量。

3.3 機電安裝期控制要點

3.3.1 機電埋件設備安裝

（1）水輪發電機埋件安裝需重點控制管件原材和制作質量、管道接口焊接質量、管道壓力試驗等。管道壓力試驗是埋管安裝質量控制的關鍵，在電網系統“WHS”質量控制體系中，一般稱為質量控制的S點（旁站監理控制點）。為了杜絕發生錯、漏埋現象，采取機電與土建交面簽證制度，經監理復查合格后方可澆筑混凝土。

（2）電氣預埋件安裝主要控制點首先是埋件定位尺寸準確、定位固定牢靠；埋件的安裝高程和材質型號應符合設計圖紙或相關規范要求；為防止出現錯埋或漏埋現象，應由土建和機電工程師聯合驗收，共同認證后方可澆筑二期混凝土。其次，檢查接地線材料型號、規格、材質是否符合施工圖紙，檢查接地搭接焊、跨過土建伸縮縫或沉降縫的處理、其他結構金屬件搭接地是否滿足設計圖紙要求。最后，按照設備廠家和設計圖紙的要求對接地體予以固定［14］。

3.3.2 機組設備安裝

（1）蝸殼和座環中心、水平、高程、圓度的調整以及組合縫的焊接安裝質量至關重要。為確保焊接質量，要求安裝單位根據廠家提供的焊接工藝進行生產性焊接試驗，以檢驗焊接接頭的力學性能，驗證該工藝用于生產實踐的可行性和有效性。確定座環加工基準點，以固定導葉平均中心線高程作為基準點；加工時需特別注重檢查上、下環板的平行度、環板周向及徑向水平；加工磨削時應循序漸進［15］。

（2）首臺機組要求在工廠內進行預組裝，后續機組采用假底環在工廠預裝，以此取消了導水機構在現場預組裝的傳統步驟，大大縮短了導水機構在現場安裝調整的工期，導水機構應考慮出廠前盡量在廠內預組裝。

（3）定子、轉子的組裝及電氣試驗檢查、推力軸承安裝及受力調整、機組軸線檢查及調整是發電電動機安裝控制的重點和難點。定子現場組裝時，為保證質量，應臨時搭建全密閉防護棚，并設有通風措施，以解決溫度、濕度、粉塵等所帶來的影響。轉子組裝時應重視磁軛熱打鍵、疊片過程中經常發生的鐵片與瓶狀軸主鍵卡阻、磁極墊條卡塞、磁軛壓板壓緊螺桿螺母固定等問題。

3.3.3 電氣設備安裝

（1）高壓電纜粗而重，施工安裝有一定難度，特別是高差較大時更為困難，為了保證施工質量，應選用有安裝經驗的施工隊伍，采用成熟的敷設方法。高壓電纜頭的制作也很關鍵，一般應由制造供貨商派人現場制作或派有經驗的督導人員來現場指導。

（2） GIS設備安裝質量要求很高，安裝前對到貨的所有設備進行全面、細致的外觀檢查，保證設備完好無損傷；對開關場的地坪做精確測量和放點，土建施工的高程誤差最大不超過20 mm。安裝高程、水平度、垂直度達到規范和廠家要求。對對接件進行嚴格檢查，保證對接面清潔、無氧化膜，并保證對接精度，同時要求安裝環境清潔度和濕度達到規范和廠家的要求［15］。

4 結語

在“雙碳”政策實施背景下，中國抽水蓄能電站的建設規模和施工技術已達到世界先進水平。抽水蓄能電站施工工藝復雜、技術含量高的特點決定了其施工監理有著與常規水電站監理明顯不同的特性。因此，現場監理機構在工程實踐中，應針對其特性，建立適宜的組織機構，派遣符合現場需要的高素質專業人員，科學編制不同施工項目的控制要點并組織實施，及時總結經驗，不斷實現技術創新和管理創新，以提升抽水蓄能電站的施工監理水平。

參考文獻：

［1］韓冬，趙增海，嚴秉忠，等.2021年中國抽水蓄能發展現狀與展望［J］.水力發電，2022，48（5）：1-4，104.

趙增海.抽水蓄能電站發展形勢與展望［C］∥水電水利規劃設計總院，中國水力發電工程學會抽水蓄能行業分會，2023國際水電發展大會，2023.

［2］李曦.國家發改委等九部門：印發《“十四五”可再生能源發展規劃》［J］.中國設備工程，2022（13）：1.

［3］國家能源局.抽水蓄能中長期發展規劃（2021～2035年）［R］.北京：國家能源局，2021.

［4］韓小鳴，茹松楠，馬蕭蕭.國網新源公司抽水蓄能電站建設期工程設計管理機制［C］∥中國水力發電工程學會電網調峰與抽水蓄能專業委員會.抽水蓄能電站工程建設文集（2019）.北京：中國電力出版社，2019：26-29.

［5］羅紹基.我國抽水蓄能電站建設［J］.水力發電，1999，4（21）：4-9.

［6］任海波，余波，王奎，等.“雙碳”背景下抽水蓄能電站的發展與展望［J］.內蒙古電力技術，2022，40（3）：25-30.

［7］彭潛，顧志堅，陳弘昊，等.大型抽水蓄能電站機組國產化關鍵技術研究與工程應用［J］.水力發電，2021，47（2）：9-13.

［8］王櫻畯，趙琳，雷顯陽.某抽水蓄能電站高面板堆石壩壩體分區優化［J］.水利水電科技進展，2021，41（5）：47-52.

［9］馮光學，李偉.雙聚能預裂爆破在格里橋大壩壩肩開挖中的應用［J］.水電站設計，2010，26（4）：96-98.

［10］劉蕊，余健.清原抽水蓄能電站廠房巖壁吊車梁開挖質量控制技術［J］.東北水利水電，2021，39（9）：19-21，53，71