“2021年，《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布實(shí)施，標(biāo)志著我國(guó)抽水蓄能（簡(jiǎn)稱“抽蓄”）進(jìn)入一個(gè)新發(fā)展階段”“抽蓄工程建設(shè)技術(shù)在各種挑戰(zhàn)中不斷突破”“我國(guó)抽蓄實(shí)現(xiàn)了從學(xué)習(xí)借鑒到自主創(chuàng)新的跨越式發(fā)展”“如今，建設(shè)企業(yè)不斷探索抽蓄工程建設(shè)新技術(shù)”……這是記者在3月22日中國(guó)電建集團(tuán)和中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)共同舉辦的“‘雙碳’目標(biāo)下新能源與抽水蓄能科技論壇”上多次聽到的聲音。

業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為，在碳達(dá)峰碳中和、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，我國(guó)抽蓄建設(shè)迎來跨越式發(fā)展。隨著抽蓄范圍不斷擴(kuò)大、建設(shè)條件更趨復(fù)雜多變，工程技術(shù)將面臨更多困難，工程技術(shù)和建設(shè)管理創(chuàng)新發(fā)展更具緊迫性和挑戰(zhàn)性。

抽蓄技術(shù)逐漸精細(xì)化

隨著機(jī)組設(shè)計(jì)和施工裝備制造的進(jìn)步，以及國(guó)內(nèi)抽蓄電站建設(shè)快速發(fā)展，高水頭、大容量、軟弱破碎地質(zhì)條件的抽蓄電站增多，尤其給水道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來一系列新挑戰(zhàn)。經(jīng)過多年實(shí)踐，設(shè)計(jì)施工企業(yè)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、水力學(xué)計(jì)算、分析能力、新材料應(yīng)用、復(fù)雜體型建筑物設(shè)計(jì)等方面均取得一批創(chuàng)新成果。

“針對(duì)不同工程地質(zhì)條件和特殊問題，我們形成了一套精細(xì)定制化筑壩成庫(kù)技術(shù)。”中國(guó)電建首席技術(shù)專家馮樹榮介紹，針對(duì)水庫(kù)水位漲落頻繁、耐久性要求高、運(yùn)行條件惡劣的特點(diǎn)，通過發(fā)明改性瀝青配合比設(shè)計(jì)方法，創(chuàng)新提出瀝青和鋼筋混凝土面板防滲耐久定量設(shè)計(jì)技術(shù)，解決了極端最高氣溫43攝氏度高溫流淌、極端最低氣溫零下45攝氏度低溫抗凍斷問題，并先后在寶泉、呼蓄、西龍池等工程上成功應(yīng)用。

抽蓄上水庫(kù)一般位于高山之巔，地形零亂，地下水位較低，巖體透水性強(qiáng)，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，防滲問題突出。“經(jīng)研究實(shí)踐，我們形成了復(fù)雜多樣化庫(kù)盆防滲技術(shù)。目前，已建抽蓄中有18項(xiàng)工程上水庫(kù)為全庫(kù)盆防滲。”馮樹榮表示，“此外，我們還創(chuàng)新提出土石壩壩身泄洪成套技術(shù)，在桐柏抽蓄實(shí)現(xiàn)70米級(jí)高面板堆石壩壩身泄洪，技術(shù)為世界之最。”

多位業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，未來抽蓄工程技術(shù)需要重點(diǎn)攻關(guān)超高水頭、大容量可逆式機(jī)組設(shè)計(jì)制造國(guó)產(chǎn)化，提升勵(lì)磁、調(diào)速器、變頻裝置、成套開關(guān)設(shè)備等輔機(jī)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平。另外，還需要研究海水抽蓄機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)、海水腐蝕與防護(hù)技術(shù)等。“我們正在研究水氣耦合抽蓄電站，目前已開展理論研究、概念設(shè)計(jì)。研究顯示，水氣耦合抽蓄電站啟動(dòng)時(shí)間短，能量轉(zhuǎn)換效率高，建議進(jìn)行示范工程建設(shè)。”馮樹榮說。

智能規(guī)劃實(shí)現(xiàn)抽蓄自動(dòng)選點(diǎn)

如今，我國(guó)抽蓄電站選址涵蓋平原、丘陵和高山峽谷，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣促使我國(guó)抽蓄建設(shè)技術(shù)不斷提檔升級(jí)。抽蓄電站水頭從200米發(fā)展到700米，轉(zhuǎn)速?gòu)?50rpm發(fā)展到500rpm，未來將向高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量發(fā)展。在業(yè)內(nèi)人士看來，為適應(yīng)抽蓄業(yè)務(wù)高速度和高質(zhì)量發(fā)展，迫切需要推行抽蓄電站勘測(cè)設(shè)計(jì)向智能化轉(zhuǎn)變。

“為解決人工選點(diǎn)工作量大、易漏選、效率低的問題，我們將抽蓄規(guī)劃選點(diǎn)工程技術(shù)與地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析算法深度融合，創(chuàng)新研發(fā)選點(diǎn)成套技術(shù)，開發(fā)了智慧選點(diǎn)系統(tǒng)，如今已成功應(yīng)用于湖南、湖北等十余個(gè)省區(qū)抽蓄規(guī)劃。”馮樹榮介紹，“實(shí)現(xiàn)抽蓄自動(dòng)選點(diǎn)技術(shù)突破后，普查范圍更全面，工作效率提升10倍以上。”

據(jù)悉，我國(guó)抽蓄智能建造成績(jī)已初現(xiàn)。例如，“文登號(hào)”抽蓄電站，硬巖全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）施工技術(shù)首次在我國(guó)抽蓄電站應(yīng)用，為行業(yè)建設(shè)注入新理念，填補(bǔ)施工空白。又如五岳電站數(shù)字智慧管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能化建造和數(shù)字化移交。

目前，設(shè)計(jì)施工一體化數(shù)字管理系統(tǒng)已應(yīng)用于多個(gè)抽蓄電站并不斷改進(jìn)。隨著人工智能技術(shù)快速發(fā)展，未來抽蓄電站將由工程數(shù)字化向工程智能化轉(zhuǎn)變，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化映射、智慧化決策、精細(xì)化管理。

仍需完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)抽蓄工程建設(shè)技術(shù)在各種挑戰(zhàn)中不斷突破，實(shí)現(xiàn)從學(xué)習(xí)借鑒到自主創(chuàng)新發(fā)展的跨越式進(jìn)步。截至2022年12月底，我國(guó)在運(yùn)抽蓄電站41座，總裝機(jī)規(guī)模達(dá)4549萬(wàn)千瓦；在建及核準(zhǔn)抽蓄電站80座，裝機(jī)規(guī)模達(dá)12143萬(wàn)千瓦。

中國(guó)工程院院士馬洪淇表示：“預(yù)計(jì)‘十四五’期間，我國(guó)將建設(shè)超過200座抽水蓄能電站；到2025年，抽水蓄能裝機(jī)容量將達(dá)到6200萬(wàn)千瓦以上；到2035年，抽水蓄能裝機(jī)容量將達(dá)到3億千瓦。”

“抽蓄行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需要不斷完善和提升技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。”馮樹榮坦言，目前，我國(guó)抽蓄現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)18項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)，但仍然面臨核心標(biāo)準(zhǔn)總量不足、標(biāo)準(zhǔn)體系存在結(jié)構(gòu)性欠缺、標(biāo)準(zhǔn)生成效率與實(shí)際需求不匹配、標(biāo)準(zhǔn)落地機(jī)制不夠成熟等問題。“隨著抽蓄電站建設(shè)進(jìn)程不斷加快，在統(tǒng)籌規(guī)劃、規(guī)范建設(shè)、統(tǒng)一運(yùn)維等方面，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)需求愈發(fā)突出。建議國(guó)家盡快協(xié)調(diào)統(tǒng)一現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)展完善現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，加快標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化進(jìn)程。”