張德強

（內蒙古電力（集團）有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010070）

能源發(fā)展戰(zhàn)略背景下，如何助推實現“雙碳”目標構建新能源配置體系，優(yōu)化能源結構轉型受到了廣泛關注。水電在能源結構轉型中扮演著重要角色，抽水蓄能可以將能量（主要是電能）存儲起來轉換成更便利的形式，在電網峰谷調節(jié)或者是事故時期按需調用。伴隨著新能源發(fā)電技術的不斷推行，抽水蓄能電站的儲能轉換能力使其成為能源結構中的關鍵一環(huán)，以起到增加新能源功能結構的靈活性運用作用，使得新的能源體系能夠適應社會生產實際。

抽水蓄能電站又被稱為蓄能式水電站，能夠利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電的水電站，通過此種運轉方式實現對電能的可持續(xù)性儲存。隨著當前社會相關行業(yè)科學技術的不斷進步和新型能源的大規(guī)模開發(fā)利用，抽水蓄能電站的各項基本運行配置也實現了優(yōu)化升級，與過去不同的是，其水電站的構建側重點由單一型的用電負荷中心向能源基地、送出端和落地端等多方向轉換。抽水蓄能電站具有可靠、經濟、使用周期長、容量大和相關技術成熟等特點，是新能源發(fā)展的重要組成部分，與此同時，對其進行運行管理也要遵循科學有效的指導，利用技術先進的計算機監(jiān)控系統(tǒng)對蓄能水電站進行監(jiān)管，不僅能夠實現高水平、高質量的管理還能夠發(fā)揮水電站的綜合效益。在社會能源結構轉型發(fā)展中，應以電力需求為導向，加快抽水蓄能電站的開發(fā)建設。抽水蓄能電站建設必須要遵循科學規(guī)劃，合理布局的基礎原則，要充分考慮選址的安全性、經濟性與環(huán)境的適配性，除此之外，提升機組設備制造水平、安裝水平也是極為重要的。

1 抽水蓄能電站GIS選址的應用探索

1.1 抽水蓄能電站建設地理要素

抽水蓄能技術是一種實現水能與電能相互轉換的清潔能源蓄能技術，在用電低谷時期將電能轉化成水勢能，用電高峰期再將儲蓄的水勢能轉化成電能。抽水蓄能電站建設的選址工作至關重要，影響其建設的主要地理要素包括：電站距離水源的距離、地貌地形因素、土壤巖性以及建設地塊的土地利用類型、電網負荷、電源提供等經濟性要素。在前期設計過程中，各自考察的要點具體包括：電站距離水源的距離：需要綜合考慮水源區(qū)的降水量、蒸發(fā)量、河道泄洪條件、土壤下滲率等水資源條件；地貌地形因素：水勢、高程差、地形起伏、避開不穩(wěn)定復雜地貌；土壤巖性：研壩穩(wěn)定性高、土壤保水性優(yōu)良；電網負荷：局部用電需求與電力網絡輸送目標；電源提供：電源提供地與消費地區(qū)的距離、節(jié)點條件等。

1.2 GIS技術輔助抽水蓄能電站選址優(yōu)勢

抽水蓄能電站大多分布在地形復雜、交通不便利、現場勘探難度較大的偏遠山區(qū)或者峽谷。利用GIS技術輔助抽水蓄能電站的選址能夠有效提升選址的效率和科學性，其技術優(yōu)勢體現在以下幾個方面。

一是可以實現對土地資源高效調查。相比人工傳統(tǒng)土地資源調查速度慢、周期長的劣勢，利用GIS能夠在土地詳查過程中，實現快速、高效的調查工作。一方面，GIS可視化能夠實現對建設地區(qū)地貌地形的完整測量；另一方面，GIS技術可以直觀地將調查結果轉換成圖像形式，方便選址設計對地貌地形進行科學的分析，充分考慮到地形地貌的復雜性，有效提升決策精準度。

二是可以實現GIS建模，準確反映地形細部變化，計算精確度高，模型建立逼真，能實現基于三維空間分析的智能化選線。

1.3 GIS技術輔助抽水蓄能電站應用

GIS技術輔助抽水蓄能電站選址工作首要任務是進行詳細的需求分析。對其需求分析的內容應從三個方面出發(fā)：一是明確需求目標，對選址目的進行精細化分層，抽水蓄能電站選址最優(yōu)化必須要同時滿足供電蓄能需求、生態(tài)需求以及經濟需求等三個主要目標，這種目標的達成必須是相互融合，而不是互斥的；二是要明確選址系統(tǒng)需要具備的功能，選址模型需要能夠模擬還原實現各種角度下的圖像、數據轉化，實現可視化與數據化；三是要明確所需要的人力物力、資源設備等，以便工作順利開展。

GIS 在抽水蓄能電站選址的規(guī)劃應用過程為：按照抽水蓄能儲能需求設計量選定初步篩選——利用GIS在地圖上作業(yè)（重點考慮電網距離、典型條件、水源距離）——現場勘探——近期站址（考慮電網運行維護、設備安裝難度與蓄水儲能電站的經濟性）。

抽水蓄能電站GIS選址技術流程為：（1）建立三維實景模型：按照實際拍攝情況選定成圖比例尺，構建三維實景模型，并確保其精度滿足相關規(guī)范的要求。通過利用3ds Max建模軟件完成三維實體模型的搭建，接著采用Unity 3D 引擎進一步實現系統(tǒng)的功能，最后在計算機平臺或者移動設備上給用戶實現高沉浸感的可視化學習體驗。（2）智能選線：利用三維實景模型，建立空間數據庫，并在此平臺上進行數據分析（地理信息包括有安全與建設成本、規(guī)避的因素及需要合理規(guī)劃的因素）；量化成本，確定經濟目標的適配；計算出最優(yōu)路徑。（3）人機交互：在三維實景模型下調整道路設計方案，最終優(yōu)選出最優(yōu)方案。GIS三維模型可對緩沖區(qū)進行分析，充分探究備選地址空間分布特征，明確相關的地貌地勢信息，避免無用投入，減少人力物力的浪費。

2 抽水蓄能電站設備安裝技術要點

抽水蓄能電站的機組設備對于電站的穩(wěn)定運行意義重大，機組設備安裝活動也是抽水蓄能電站建設活動中的重點。蓄能電站設備具有運行復雜、受力條件差的特點，其設計、制造、安裝與監(jiān)理的客觀要求極高，這些特點都直接決定了抽水蓄能電站機電設備安裝的難度較高。

根據抽水蓄能電站的基礎設計與規(guī)劃，其機組設備安裝有兩個重要內容：一是蓄能機組轉輪尺寸較大，對水泵水輪機安裝過程中，需要結合水泵的氣蝕特性進行綜合考量選擇合理的安裝方式。吊裝過程中，應注意設備上不能夠站人，設備下方應該保持空曠，設備吊裝就位穩(wěn)固后，才能夠在上方作業(yè)，且應該在高處設置穩(wěn)固的工作臺，應有足夠的安全防護措施，作業(yè)人員必須要系安全帶；在對設備進行清掃時，應杜絕火種進入且應當在現場配備滅火器，清掃工作人員需要戴皮手套；在組合大瓣分件的工作中，需要注意人員與設備的相對隔開及安全，避免在合瓣操作中發(fā)生人員事故；在設備翻身時，應當予以墊層保護等；水輪機與水泵過水部分的封堵工作應當小心謹慎，經過多次確認無人后才能夠實施封閉，且需要檢查封閉完成度，確保正確完成封閉。二是發(fā)電機組設備安裝需要嚴格按照現場安裝施工設計進行操作，要做好充分地安裝施工現場準備，確保所需工具齊全、場地干凈整潔，發(fā)電機組應該在運輸和吊裝準備中，做好預埋處理，離相封閉母線安裝過程中要根據現場施工各項參數進行相應的調整，母線焊接需要確保焊縫整齊、無污染物，母線安裝完畢后要對整套母線進行耐壓試驗，確保無擊穿；發(fā)電機短路安裝則需要使用高精度儀器來提升其安裝質量；SFC及相關設備安裝重點控制在SFC設備就位之后的調整與固定、內部電纜、母線鏈接、外部電纜敷設等，并做好各項調試檢查后再驗收。

展望未來，清潔能源發(fā)展已成必然。鑒于我國能源結構轉型需求，抽水蓄能電站建設工作至關重要，對于實現我國“雙碳”戰(zhàn)略目標具有重要意義。將GIS 技術應用在抽水蓄能電站選址工作中，未來伴隨著GIS技術的高精度、高數據集成發(fā)展趨勢，其可視化技術精度越高，甚至能夠取代更大范圍的人力勘察工作，將進一步提升抽水蓄能電站建設選址的適宜性、科學性，將同時有利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展與蓄能電站的經濟性目標達成。