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      基于本質(zhì)安全理論的抽水蓄能電站工程建設(shè)安全管理體系的應(yīng)用

      2020-11-16 13:31:37蔡元啟張?jiān)?/span>
      關(guān)鍵詞:抽水蓄能電站安全管理策略

      蔡元啟 張?jiān)?/p>

      摘要:抽水蓄能電站具有建設(shè)周期長(zhǎng)、投資規(guī)模大、工程難度高等突出特點(diǎn),屬于資本密集型的大型基礎(chǔ)設(shè)施工程投資項(xiàng)目。對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈上下游和地方經(jīng)濟(jì)的突出拉動(dòng)作用讓抽水蓄能電站的復(fù)工復(fù)產(chǎn)受到特別的關(guān)注和期待。本文將基于安全理論重點(diǎn)分析抽水蓄能電站工程建設(shè)安全管理體系的應(yīng)用研究[1]。

      關(guān)鍵詞:本質(zhì)安全理論;抽水蓄能電站;安全管理;策略

      前言

      在運(yùn)項(xiàng)目全面復(fù)工在加快特高壓等“新基建”建設(shè)進(jìn)度的大背景下,在國(guó)家電網(wǎng)構(gòu)建“能源互聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程中,抽水蓄能電站承擔(dān)著電網(wǎng)穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器和存儲(chǔ)器的重要功能。業(yè)內(nèi)專家估算,當(dāng)前120萬千瓦抽水蓄能電站投資規(guī)模約在70億元左右,工程建設(shè)可直接或間接拉動(dòng)設(shè)計(jì)咨詢、工程施工、工程機(jī)械、建筑材料、設(shè)備制造、工程勞務(wù)等多個(gè)上下游產(chǎn)業(yè),對(duì)拉動(dòng)地方GDP增長(zhǎng)、增加地方稅收和就業(yè)、活躍地方消費(fèi)市場(chǎng)具有明顯作用。本文將結(jié)合海洋綜合能源來論述抽水蓄能電站工程建設(shè)安全管理體系的應(yīng)用研究。

      一、海洋抽水蓄能電站建設(shè)的必要性

      目前隨著水電工程開發(fā)越來越多,在陸地尋找合適的建設(shè)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(fù)荷中心的優(yōu)勢(shì),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(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀:2018年,我國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境狀況整體穩(wěn)中向好。監(jiān)測(cè)的194條入海河流斷面中,劣Ⅴ類水質(zhì)斷面29個(gè),占14.9%,局部海域污染嚴(yán)重,水體富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮時(shí)有發(fā)生。近海漁業(yè)過度捕撈,資源幾乎枯竭。

      目前對(duì)海洋生態(tài)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(jìn)水體對(duì)流,將海底營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和海面溶解氧交換,讓植物和浮游生物生長(zhǎng)繁殖,形成人工生態(tài),治理水體富營(yíng)養(yǎng)化和提供魚類棲息地,保育海洋資源,保護(hù)生態(tài)。海洋抽水蓄能電站經(jīng)過合理設(shè)計(jì),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(dá)到生態(tài)保護(hù)的目的。同時(shí),工程下水庫(kù)水面平靜,海水流動(dòng)頻繁,十分有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展。

      二、工程背景概況

      隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展及對(duì)供電質(zhì)量要求的提高,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水蓄能電站已從主要作為能量存儲(chǔ)的工具(調(diào)峰填谷)逐步發(fā)展成為主要用于電力系統(tǒng)靈活的動(dòng)態(tài)管理工具。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和人民生活水平的提高,用電側(cè)的要求在不斷提高;隨著風(fēng)電、太陽能發(fā)電及核電的發(fā)展,電源側(cè)的調(diào)控更加復(fù)雜,因此,電力系統(tǒng)對(duì)抽水蓄能電站在電網(wǎng)中所占比重的要求會(huì)更高。

      抽水蓄能電站如何布局和規(guī)劃是一個(gè)需要全面和動(dòng)態(tài)研究的問題,其在電網(wǎng)中的合理比重,主要取決于電網(wǎng)負(fù)荷水平、負(fù)荷特性、電源組成以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等。日本是目前抽水蓄能電站發(fā)展最快、裝機(jī)容量最多的國(guó)家,其抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模始終根據(jù)電網(wǎng)總體經(jīng)濟(jì)最優(yōu)確定,占裝機(jī)總?cè)萘康谋壤惨恢北3衷?0%左右。日本學(xué)者曾用規(guī)劃論方法分析,認(rèn)為抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)中的比例在8%~14%比較合理。國(guó)內(nèi)有專家學(xué)者認(rèn)為,從我國(guó)目前的電源構(gòu)成和布局看,抽水蓄能電站的比重達(dá)到5%基本符合我國(guó)國(guó)情[2]。

      根據(jù)對(duì)我國(guó)部分電網(wǎng)2020年及2030年電源優(yōu)化配置分析,在我國(guó)以火電為主的電網(wǎng),抽水蓄能電站的合理規(guī)模應(yīng)在電力總裝機(jī)的6%~10%之間,而水電比重較大的電網(wǎng),其合理規(guī)模應(yīng)在4%~7%之間。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展及對(duì)供電質(zhì)量要求的提高,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家抽水蓄能電站已從主要作為能量存儲(chǔ)的工具(調(diào)峰填谷)逐步發(fā)展成為主要用于電力系統(tǒng)靈活的動(dòng)態(tài)管理工具。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和人民生活水平的提高,用電側(cè)的要求在不斷提高;隨著風(fēng)電、太陽能發(fā)電及核電的發(fā)展,電源側(cè)的調(diào)控更加復(fù)雜,因此,電力系統(tǒng)對(duì)抽水蓄能電站在電網(wǎng)中所占比重的要求會(huì)更高。

      工程技術(shù)方面:目前在近海圍海造地已經(jīng)是低成本工程,在海水中使用的水電機(jī)組技術(shù)已經(jīng)十分成熟,海上大型風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在許多項(xiàng)目投入使用。目前正處在海上風(fēng)電發(fā)展的爆發(fā)期,建設(shè)配套的蓄能設(shè)施刻不容緩。海洋風(fēng)電方面:將海上風(fēng)電建設(shè)變?yōu)殛懙仫L(fēng)電建設(shè),建設(shè)成本和維護(hù)成本都將大幅降低,而且海上風(fēng)電資源豐富,單位裝機(jī)發(fā)電時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)不變。加上就地調(diào)蓄電能,將直接推動(dòng)海上風(fēng)電項(xiàng)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(huán)境方面:海洋抽水蓄能電站在作為一個(gè)能源設(shè)施的同時(shí)是一個(gè)海洋環(huán)境治理工程。工程建設(shè)可增加海洋灘涂和水面平靜的內(nèi)湖(低水庫(kù))面積,低水庫(kù)水體交換頻繁,利于生物生長(zhǎng)繁殖,可提供生物多樣性新的載體。抽水過程可經(jīng)由專門的設(shè)計(jì),將海水輸送到海底,形成上升流,促進(jìn)海洋生物的生長(zhǎng),消除海洋污染。房地產(chǎn)價(jià)值:中心城市附近海上人工島,土地價(jià)值極高。國(guó)土防御:環(huán)形島內(nèi)湖(低水庫(kù))及島岸可部署近海防御武器,將海防線外推[3]。

      其建設(shè)規(guī)模:由于是低水頭水力發(fā)電,百萬千瓦裝機(jī)容量的電站需要數(shù)平方公里面積,千萬千瓦級(jí)的,需要數(shù)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(jià),百萬千瓦電站投資約250億。建設(shè)資金來源:目前抽水蓄能電站基本上是由電網(wǎng)投資,但綜合海洋能源中心由于是一次二次能源綜合項(xiàng)目,具備良好的投資回報(bào),今后可以主要由社會(huì)投資。

      三、工藝方案介紹

      海洋綜合能源基地(抽水蓄能電站)項(xiàng)目的大致方案是:在水深10到50米的海域?qū)ふ液线m位置(電力負(fù)荷中心近海天然的海洋盆地),按低水頭水力發(fā)電站(落差60至100米)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè);先圍出環(huán)形島大壩,最好利用天然地形,盡量減少建設(shè)規(guī)模。中間抽水,在島北部海域形成淺水區(qū);在中間海域抽沙挖土,擴(kuò)大落差,達(dá)到設(shè)計(jì)的落差要求。抽沙挖土吹填在環(huán)形島附近,加固大壩,并形成新的陸地;環(huán)形島外側(cè)建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng),風(fēng)力發(fā)電不直接并網(wǎng),用于抽水;環(huán)形島內(nèi)側(cè)吹填形成的灘涂上建設(shè)光伏電站,發(fā)電不直接并網(wǎng),也用于抽水;安裝水力發(fā)電機(jī)組,接入電網(wǎng)。

      施工及生產(chǎn)工藝方案的選擇大壩采用浮運(yùn)預(yù)制混凝土沉井,在設(shè)計(jì)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(chǔ)存空間。每個(gè)井筒依次相連,構(gòu)成大壩的主體結(jié)構(gòu)。水泵和水輪機(jī)發(fā)電機(jī)房也采用沉井施工,和大壩同時(shí)完工[4]。

      四、結(jié)束語

      抽水蓄能電站以水作為能量轉(zhuǎn)換載體,在工作時(shí),通過提供系統(tǒng)儲(chǔ)能服務(wù)和多工況調(diào)度運(yùn)行,在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、黑啟動(dòng)等任務(wù),已經(jīng)成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分。我國(guó)從六十年代開始建設(shè)抽水蓄能電站,經(jīng)過50年的發(fā)展,抽水蓄能電站的總裝機(jī)容量、已運(yùn)行容量和在建容量均已經(jīng)超越日本、美國(guó),躍居世界第一。我國(guó)截止到2017年底,全國(guó)已經(jīng)投入運(yùn)行的和在建的抽水蓄能電站裝機(jī)容量情況,從分析目前抽水蓄能電站在各地開發(fā)建設(shè)的差異角度提出未來我國(guó)抽水蓄能電站的建設(shè)不但要注重增速,更要關(guān)注布局的優(yōu)化。

      參考文獻(xiàn)

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

      [2]張健,張劍,俞曉東, 等.水電站輸水發(fā)電系統(tǒng)水力優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[Z].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 河海大學(xué).2016.

      [3]水電建設(shè)工程安全評(píng)價(jià)及安全“三同時(shí)”管理技術(shù)研究[Z].水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.2011.

      [4]王偉超.抽水蓄能電站工程建設(shè)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系探究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2020,(6):2707.

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