中國儲能網(wǎng)訊：4月2日，3號機組正式進入最后的考核試運行；4月4日，最后一臺機組——4號機組完成甩負荷試驗……我國西南地區(qū)首座百萬千瓦級抽水蓄能電站，也是我國首次在軟巖區(qū)建設(shè)的大型抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源重慶蟠龍抽水蓄能電站，日前進入全面投產(chǎn)發(fā)電倒計時。
蟠龍抽水蓄能電站位于重慶市綦江區(qū)境內(nèi)，地處重慶用電負荷中心并緊鄰四川水電基地，是落實成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈建設(shè)的重大工程，也是促進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，助力實現(xiàn)“雙碳”目標的一項重要成果。據(jù)了解，電站安裝4臺單機容量30萬千瓦的混流可逆式水泵水輪發(fā)電機組，總裝機容量120萬千瓦，于2015年9月開工建設(shè)，設(shè)計年發(fā)電量20.04億千瓦時，年抽水電量26.72億千瓦時。其投產(chǎn)對當?shù)仉娏Ρ９?、促進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整有何助益？在被稱為“夾心餅干”的地質(zhì)條件上建設(shè)抽水蓄能電站有哪些難題，建設(shè)者們又是如何攻克這些難題的？記者與您一起探訪這座綠電“倉庫”。
調(diào)峰調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用
抽水蓄能提升清潔能源消納力
驅(qū)車從綦江區(qū)中峰鎮(zhèn)場鎮(zhèn)中心一路向南，溯溪而上，約10分鐘車程，便來到蟠龍抽水蓄能電站項目入口。從山腳繼續(xù)逶迤上行，車窗外的風(fēng)景在高山和隧道間不斷切換，約40分鐘后，車輛駛出最后一個隧道，紅土、綠樹和電站上水庫碧綠的水面共同組成一道靚麗風(fēng)景線。
很多人不知道的是，靚麗風(fēng)景背后是近9年的攻堅克難。
“修建2.6公里的進場路就耗時2年，修建上下庫連接路的8個隧道則耗時3年，去年底1號機組總算建成投產(chǎn)?！被貞浧鸾?年的建設(shè)施工，國網(wǎng)新源重慶蟠龍抽水蓄能電站有限公司工程部工作人員周曙光感嘆良多。之所以施工難、進展慢，是由電站所在地的特殊地質(zhì)條件——軟巖地質(zhì)導(dǎo)致的。
據(jù)介紹，蟠龍抽水蓄能電站地處四川盆地東南邊緣，巖性多為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖等，多呈夾層分布，層與層之間結(jié)合力差，巖石強度低，遇水易軟化。業(yè)內(nèi)人士常用“夾心餅干”來形容這種軟巖地質(zhì)條件，一旦開挖，巖石裸露極易風(fēng)化崩解，加之電站所在地年平均降雨天數(shù)近200天，工程建設(shè)更是難上加難。
難度如此之大，該電站為何一定要建？發(fā)展所需，民之所盼。
重慶，依山傍水，是山城，也是江城。境內(nèi)高低錯落的地形和罕見的山水優(yōu)勢，賦予了這座城市獨特的魅力。然而，這里卻是西部地區(qū)唯一的能源凈輸入省市，電力生產(chǎn)供應(yīng)以火電為主，系統(tǒng)調(diào)峰主要依賴水電、煤電機組，風(fēng)、光資源有限，受氣候影響，夏季電力負荷峰谷差率最大超50%，能源資源供應(yīng)壓力不小。
在“雙碳”目標之下，能源保障不僅要解決“缺不缺”的問題，還要解決“好不好”的問題。重慶全面推進經(jīng)濟社會發(fā)展綠色轉(zhuǎn)型，加速構(gòu)建清潔能源“外引內(nèi)增”電力供應(yīng)格局，抽水蓄能和其他能源裝機形成互補，是挖掘調(diào)節(jié)資源的一種思路。
據(jù)介紹，蟠龍抽水蓄能電站在重慶電網(wǎng)中承擔(dān)削峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)，4個機組全部投運后，調(diào)節(jié)能力可達到240萬千瓦，將成為西南地區(qū)名副其實的“超級充電寶”。
“作為國家實施大規(guī)?！麟姈|送’主通道上的中繼電源，這個電站還是疆電、川電入渝后重慶電網(wǎng)主網(wǎng)架安全穩(wěn)定運行的重要保障，通過統(tǒng)籌配置送端和重慶地區(qū)調(diào)峰資源，充分發(fā)揮削峰填谷功能，能夠有效緩解重慶電網(wǎng)調(diào)峰壓力，提高清潔能源整體消納能力，為遠距離、大規(guī)模消納跨區(qū)域清潔能源奠定基礎(chǔ)，又被稱為綠電‘倉庫’?！眹W(wǎng)新源重慶蟠龍抽水蓄能電站有限公司副總經(jīng)理陳張華介紹，這座電站發(fā)的電將通過500千伏輸電線路接入重慶電網(wǎng)，全面投運后，預(yù)計每年可減少標準煤耗15.23萬噸，減排二氧化碳39.87萬噸。
錨索加固、數(shù)據(jù)仿真
“蟠龍方案”攻克軟巖地質(zhì)難題
蟠龍抽水蓄能電站距重慶市主城區(qū)直線距離約80千米，由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房和地面開關(guān)站等部分組成，工程量巨大。
“電站工程建設(shè)最核心的部分當屬地下廠房的修建?！眹W(wǎng)新源重慶蟠龍抽水蓄能電站有限公司工程部主任張峰介紹，而這也是最難的?！败泿r變形程度高、持續(xù)時間長、支護困難，對工程建設(shè)與運行構(gòu)成巨大威脅，這是該項目工程建設(shè)無法回避的難題之一。”
此前，國內(nèi)在軟巖地質(zhì)條件下修建大型地下洞室群的先例極少，幾乎沒有可借鑒的施工經(jīng)驗。如何在如此脆弱的山體巖層建設(shè)一座結(jié)構(gòu)復(fù)雜又固若金湯的大型抽水蓄能電站？“蟠龍方案”給出了答案。
“我們的地下廠房一共有八層，比地質(zhì)條件好的抽水蓄能電站多1—2層，多出的層數(shù)是為了加強支護、減少變形?！睆埛逭f。
考慮到軟巖層的影響，項目建設(shè)者們在地下廠房的頂部及周邊特意設(shè)置了三層錨固洞，按照間排距4.5米×4.5米來安裝錨索，通過“淺層錨噴+深層錨索”，形成有效支護體系。
為保證地下洞室群平穩(wěn)施工，蟠龍抽水蓄能電站還聯(lián)合高校開展軟巖區(qū)大型地下洞室群變形機理及施工方法研究，采用“地下洞室群圍巖穩(wěn)定評價+最佳支護時機確定”技術(shù)，利用“三維地應(yīng)力場”分析模型，模擬地下廠房洞室群施工過程，通過數(shù)據(jù)仿真與對比分析，確定了適應(yīng)電站的地下廠房軟巖變形施工及支護方案。
“這為國內(nèi)在軟巖區(qū)建設(shè)大型抽水蓄能電站提供了寶貴經(jīng)驗?！睆埛逭f，與常規(guī)的電站分析模型不同，該項目的分析模型新增了時間這一變量，將軟巖區(qū)巖體的流變特性也納入重要考量。模型仿真和施工進度是同步的，每挖完一層，模型上也會及時調(diào)整，用以驗證設(shè)計成果能不能滿足相應(yīng)的受力需求，從而模擬顯示出最易變形的部位，及時跟進支護。
軟巖遇水軟化的特點，會直接影響整個電站發(fā)電效率和安全。為確保工程萬無一失，施工人員還專程從百余公里外運回粗細骨料、排水料、墊層料等灰?guī)r材料作為筑壩及混凝土施工用料。
此外，在上、下水庫主壩——混凝土面板堆石壩施工過程中，項目團隊還在填筑料碾壓等關(guān)鍵環(huán)節(jié)運用大壩碾壓智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，有關(guān)機械操作人員和現(xiàn)場監(jiān)理指揮中心、總控中心工作人員均可在線實時監(jiān)控碾壓情況，實現(xiàn)大壩碾壓作業(yè)質(zhì)量的智能可視化監(jiān)控與分析。
隨鉆測量鉆孔軌跡、實時預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害
遙感技術(shù)讓施工更安全更精準
抽水蓄能電站的工作原理是，在電力系統(tǒng)負荷低谷時利用富余電力，將水從下水庫抽到上水庫儲存起來；在負荷高峰時，則將上水庫儲存的水釋放到下水庫發(fā)電。
在上、下水庫水源轉(zhuǎn)換過程中，引水系統(tǒng)的設(shè)置是關(guān)鍵。
蟠龍抽水蓄能電站的引水系統(tǒng)設(shè)有三級斜井，最長斜井261米。因地質(zhì)條件特殊復(fù)雜，斜井施工難度很大。
“遙感隨鉆測斜儀+定向鉆+反井鉆”的施工方法，為斜井施工精度提供了保障。據(jù)介紹，施工時，施工人員先用定向鉆，從上往下打一個直徑20厘米的孔用來定位，再用反井鉆從下往上反拉將孔徑擴至2米左右形成導(dǎo)井，最后再用鉆爆法將導(dǎo)井擴挖到設(shè)計尺寸，即為斜井。
“整個過程中，導(dǎo)孔是基礎(chǔ)，導(dǎo)孔打得精準，導(dǎo)井和斜井自然水到渠成?！标悘埲A表示，導(dǎo)孔精準與否的關(guān)鍵就是遙感隨鉆測斜儀。據(jù)介紹，定向鉆打?qū)Э讜r，通過布置在鉆具前部的遙感隨鉆測斜儀測量鉆孔軌跡參數(shù)，并實時上傳至地面的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。當鉆進軌跡參數(shù)超過設(shè)置的警戒值時，可驅(qū)動螺桿鉆具進行定向糾偏，同時通過調(diào)整鉆機轉(zhuǎn)速、泥漿濃度和流速等方式，確保鉆機成功穿越各巖層。
在這一施工方法助力下，蟠龍抽水蓄能電站6條斜井的偏斜率均優(yōu)于行業(yè)標準，為復(fù)雜地質(zhì)條件下長斜井施工提供了典型案例。
挑戰(zhàn)不止這一個。因電站地處山區(qū)、丘陵地帶，建設(shè)周期長、作業(yè)范圍廣，為做好建設(shè)期地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防監(jiān)測，電站在抽水蓄能行業(yè)率先應(yīng)用地質(zhì)災(zāi)害衛(wèi)星遙感監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
該系統(tǒng)自2020年5月開始建設(shè)，目前已建成20個北斗衛(wèi)星形變監(jiān)測站和13個圖片視頻監(jiān)測站，綜合利用氣象衛(wèi)星、雷達衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星等，結(jié)合施工期高危邊坡內(nèi)部變形監(jiān)測裝置，通過大數(shù)據(jù)、云計算及人工智能等技術(shù)，實時監(jiān)測生產(chǎn)生活營地、渣場、邊坡、場內(nèi)道路等重點區(qū)域情況，構(gòu)建形成電站地質(zhì)災(zāi)害一體化智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
專業(yè)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，破解了軟巖地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測難題。截至目前，該系統(tǒng)共發(fā)布邊坡變形預(yù)警5次，經(jīng)參建各方現(xiàn)場查看、處置，及時消除了隱患，為地質(zhì)災(zāi)害防治和電站建設(shè)現(xiàn)場管控提供了重要技術(shù)支撐。
多洞挖少明挖、廢水循環(huán)利用
工程建設(shè)和環(huán)境保護并行
施工現(xiàn)場，灑水車正在灑水降塵；渣場的邊坡上，在土建施工階段就播撒的草籽如今已經(jīng)長成一片翠綠……蟠龍抽水蓄能電站在設(shè)計建設(shè)全過程，始終堅持和生態(tài)環(huán)境保護并行。
“綠色生態(tài)電站建設(shè)理念貫穿于電站選址規(guī)劃、可研設(shè)計、工程建設(shè)和調(diào)度運行等各環(huán)節(jié)?！睆埛褰榻B。比如，在選址規(guī)劃階段，上、下水庫均選用天然庫盆蓄水，庫盆山體的施工開挖填筑面積小，最大程度保護了山體原有生態(tài)。施工建設(shè)中，則堅持“多洞挖、少明挖”的思路，在總長10公里的上下庫連接路建設(shè)過程中，優(yōu)化設(shè)計，減少明挖，隧道占比達60%，最大限度維持了山體的原始風(fēng)貌。
此外，項目團隊還采用智能灌漿技術(shù)，極大減少施工過程排污。建立一體化污水處理裝置，生產(chǎn)廢水經(jīng)沉淀、凈化處理后全部實現(xiàn)了循環(huán)利用，用于道路沖洗、綠化用水等。注重保護生態(tài)多樣性，對電站建設(shè)區(qū)域的數(shù)百棵珍稀植物，在專業(yè)團隊指導(dǎo)下，采取就地保護和移栽相結(jié)合的方式進行保護，專門設(shè)置國家重點保護野生植物移栽點，共移栽國家一級、二級保護植物240余棵，確保紅線范圍內(nèi)的珍稀植物全部“安家落戶”。
“建好一座電站、改善一片環(huán)境、帶動一方經(jīng)濟、造福一方百姓”。蟠龍抽水蓄能電站的建設(shè)，也為鄉(xiāng)村振興注入了新活力、增添了新動能。
據(jù)有關(guān)負責(zé)人介紹，電站投資大、建設(shè)周期長，有力帶動設(shè)備制造、原材料供應(yīng)等上下游產(chǎn)業(yè)，以及交通、倉儲、餐飲、住宿等配套服務(wù)業(yè)的發(fā)展，惠及當?shù)?.6萬余名山區(qū)群眾。
當?shù)卮迕褚哺惺艿搅藢崒嵲谠诘淖兓簭那?，?zhèn)上許多年輕人外出務(wù)工，留下的都是老人和孩子；電站開工后，建了新大橋，修了上山路，基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，還帶來許多就業(yè)崗位，越來越多的年輕人選擇回鄉(xiāng)就業(yè)。
電網(wǎng)連接巴山渝水，綠電點亮萬家燈火。蟠龍抽水蓄能電站的建設(shè)者們充滿期待：“電站全面投產(chǎn)在即，這座綠電‘倉庫’將為成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈提供可靠穩(wěn)定的電力供應(yīng)，在新型電力系統(tǒng)、新型能源體系建設(shè)中發(fā)揮重要作用，讓人民群眾用上安全電、放心電、綠色電。”
