双碳目标下对抽水蓄能电站机械数字化建设转型发展分析

双碳目标下对抽水蓄能电站机械化智能化建设转型发展的思考

南方电网调峰调频发电有限公司 刘学山

　　一、背景

　　“碳达峰碳中和”目标提出后，“构建以新能源为主体的新型电力系统”的宏伟蓝图已全面展开，抽水蓄能电站作为当前技术最成熟、全生命周期碳减排效益最显著、经济性最优且最具大规模开发条件的电力系统灵活调节电源，对于推动能源转型发展、助力实现“双碳”目标具有重要意义。2021年，国家能源局正式印发《抽水蓄能中长期发展规划（2021—2035年）》（以下简称《规划》）并提出，按照能核尽核、能开尽开的原则，在规划重点实施项目库内核准建设抽水蓄能电站，到 2025年，抽水蓄能投产总规模较“十三五”翻一番，达到 6200 万千瓦以上，到 2030 年抽水蓄能总规模较“十四五”翻一番，达到 1.2 亿千瓦左右。南方电网调峰调频发电有限公司（下称“调峰调频公司”）抽水蓄能产业发展迎来前所未有的机遇和挑战。

　　近30年来，调峰调频公司广州、惠州、清远、深圳、琼中、梅州、阳江等一批标志性的大型抽水蓄能电站工程先后建成投产，获得奖项包括菲迪克工程项目优秀奖、中国土木工程詹天佑奖、国家设计金质奖、国家优质工程奖、鲁班奖等重要荣誉，并掌握了800m级水头级水道钢筋混凝土衬砌、40万千瓦级蓄能机组设备自主化、四机满载甩负荷等一系列核心关键技术，为我国抽水蓄能行业长足发展贡献了坚实力量。

　　二、现状剖析

　　抽水蓄能电站传统施工方法具有机械化程度低、劳动力投入大、成本投入高、安全风险高、工序多等特点，是制约未来抽水蓄能电站工程建设的主要因素。

　　1.行业用工荒，熟练工人越来越少。中国已经号称“基建大国”，但抽水蓄能行业建设施工发展速度慢，施工作业大部分依靠大量农民工和简单的机械设备。随着我国人口红利逐渐消失，各行业作业工人的年龄越来越大，人工费越来越贵，从业者越来越少，即将面临有钱请不到工的局面。

　　2.装备制造及信息化技术水平已大幅提高。近20年，我国的设备制造业高速发展，智能化、信息化技术获得了长足发展，已具备整合机械化智能化资源服务抽水蓄能电站工程建设的条件，并可探索开发相应的物联、互联技术，在施工作业中最大程度地实现数字采集、数控管理、保存数字资产智能诊断等功能。

　　3.科技创新需求越来越迫切。根据南方电网公司《抽水蓄能电站建设管理机制优化及技术创新示范标杆项目管控方案》指引，调峰调频公司工程建设管理分公司作为抽水蓄能电站建设管理实施单位，要聚焦行业发展制高点，抓住工程建设重点、难点、痛点问题，突破传统思维，以实事求是的态度，解决工程建设过程中迫切需要解决的技术管理问题。

　　在未来十余年抽水蓄能电站呈爆发式增长的前提下，如何高效建成投产抽水蓄能电站必将是当下和未来几十年的核心要务。随着我国经济的不断发展和科学技术的不断进步，大型机械装备制造及数字信息化水平越来越高，工程安全、质量、环保、进度要求越来越严，为有效降低安全风险，提高工程质量，加快建设速度，全面提高抽水电站建设施工水平，抽水蓄能电站施工中引进机械化程度高的设备，减少施工过程中的劳动力投入，提高抽水蓄能电站施工的机械化智能化水平，是未来建设方向。抽水蓄能电站机械化智能化建设转型作为南方电网调峰调频公司践行科技创新、中国“智”造的重要举措势在必行。

　　三、抽水蓄能电站机械化智能化建设转型的几点思考

　　2021年，调峰调频公司提出并开展抽水蓄能电站机械化智能化建设转型研究，拟依托在建和即将建设的抽水蓄能电站，结合各自工程特点，按适用场景划分，针对填筑、开挖、支护、衬砌、灌浆等工序提出机械化智能化研究内容，适用场景包括施工辅助洞室、大坝工程、输水发电系统等各枢纽建筑物。基于机械化试验、智能化升级，推出了施工机械化智能化策划方案，明确机械设备类型，进一步升级现有机械设备系统数据，在三维建模的设计基础上，实现洞室开挖“钻、爆、运”一体化、基础灌浆数字化、地质条件信息化、危害处理协同化、操作控制远程化，数字诊断智能化，力争逐渐实现机械化换人、自动化减人、智能化无人的建设目标。

　　1.转型规划

　　近期根据先进施工设备试点应用情况，推广已有应用效果较好的设备至新建项目，根据试点情况及特定场景需求，改进已有设备，研发专用设备，逐渐形成抽水蓄能电站机械化应用方案。

　　中远期，开展数字化的大规模、集群化机械施工作业研究，开发施工设备复合集群联动、精准控制的系统平台。针对抽水蓄能特点，为适应大规模建设需要，研发智能化的机械装备，用于项目建设调配使用，并优化造价指标，实现资源共享。

　　“十四五”期间实现工程开挖、衬砌等全工序部分机械化、部分智能化施工，“十五五”期间实现工程全面机械化、部分智能化施工，“十六五”期间实现电站工程全面机械化、全面智能化施工，最终实现“无人施工”远景目标。

　　2.技术路径

　　一是整理已有成果，挖掘潜在空间。梳理国内已建抽水蓄能电站项目建设过程中现有先进机械化设备与其设备平台数据成果，挖掘可提升空间。

　　二是结合适配场景及工艺，明确设备类型及提升空间。按适配场景，确定国内先进施工机械设备和设备平台数据使用情况，根据工序前后顺序，研究先进设备之间、先进设备和现有传统设备间的匹配，明确先进施工机械设备类型、其设备平台数据提升空间。

　　三是根据试验成果，开展对比分析。根据适配场景试验成果，形成安全、质量、技术、造价对比分析，确定推广应用价值。

　　四是数字化提升，打造集成平台。根据机械化推进情况适时展开智能化工作，按集成技术配套接入物联网络平台、施工智能化数字监控平台。

　　五是寻找普遍规律，提供专业指导。持续研究适配场景下的普适性的规律，为抽水蓄能电站隧洞群机械化、智能化施工方案的选择提供指导。

　　四、展望

　　抽水蓄能产业高质量发展，是构建新能源占比不断提升的新型电力系统的迫切要求。我们将携手国内各相关专业技术先进企业，解决抽水蓄能项目建设运营中遇到的困难和问题，共同推进抽水蓄能高质量发展。奋斗正当时！我们的事业有山河为证！让我们一同在地球家园上烙印痕迹，在历史长河中铭刻足迹，为更好服务“双碳”目标贡献新的更大力量！

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