辽宁抚顺这座抽水蓄能电站 为什么不怕冰冻？

对于高寒地区的抽水蓄能电站，冬季冰冻期是严峻的考验。

抚顺市是辽宁冬季最寒冷的城市之一，而位于山区的清原县尤其寒冷，最低气温曾达到零下37摄氏度。

1月16日，东北地区最大的抽水蓄能电站——国网新源辽宁清原抽水蓄能电站全面投产发电。春节假期期间，清原县普降大到暴雪，气温降至零下30摄氏度。清原抽水蓄能电站上、下水库库面大部分区域结成了30至50厘米厚的冰层，上面覆盖着厚厚的白雪。然而，水库进出水口周围却是清水潺潺，波光粼粼。这其中的奥秘就在于该站应用了气泡防冰技术。

冰冻会破坏抽水蓄能电站水工建筑物和机组

在高寒地区，冰冻可能会通过三种形式对抽水蓄能电站的水工建筑物和机组产生破坏。

一是冰盖。高寒地区抽水蓄能电站水库水温较低，库区结冰速度快，易形成封闭水面的冰盖。当机组处于抽水工况时，上水库的冰盖会对机组产生额外阻力，下水库的冰盖形成负压；当机组处于发电工况时，下水库的冰盖会对机组产生额外阻力，上水库的冰盖形成负压。这两种情况都会影响机组的工作效率和使用年限。

二是静冰压力。静冰压力是指在水库水位没有太大变化的情况下，冰层膨胀遇到约束后产生的压力。这就像一瓶水放到冰箱里冷冻，水在变成冰的过程中会对瓶子造成挤压，进而破坏瓶壁。冰的力学特性十分复杂，影响因素很多，温度膨胀力的估算存在很多不确定因素。冰层会随着温度变化而膨胀或收缩，膨胀力足够大时甚至可能毁坏库区的水工建筑物。

三是冰拔力。冰拔力是指冰层和水工建筑物冻结在一起时，随着水库水位变化，对水工建筑物形成的额外作用力。尤其是当水工建筑物的表面比较粗糙时，其与冰层的粘接强度更大，冰拔力也更大，更易对水工建筑物产生破坏。在静冰压力与冰拔力的联合作用下，伸缩缝间的止水部件、面板、护坡表面、拱坝、重力坝保温体系、库区内的混凝土排架等可能会被破坏。

清原抽水蓄能电站创新应用气泡防冰技术

2021年年底，清原抽水蓄能电站技术攻关团队综合考虑该站的地理位置、气候条件及自身特点，联合参建单位反复研究论证，在上、下水库蓄水前完成了具体的防冰盖封闭设计方案：在不增加、不改变抽水蓄能电站原有建筑物的基础上，在上、下水库创新应用气泡防冰技术。

气泡防冰技术是基于什么原理提出的？从理论上讲是“动水不冻”，通俗点说，就是通过气泡不停地扰动让水库进出水口的水面不结冰。

清原抽水蓄能电站上、下水库的气泡防冰盖封闭装置分别由两台螺杆式空气压缩机、一个压缩气罐、一台干燥机、一台电气控制柜和9条输气管路及水下防冰工作装置组成。气泡防冰盖封闭装置在水下形成符合流场要求的连续气泡群。气泡群在浮力作用下，带动周围水体向上流动，形成局部环流的流场。流场内流动的水不易生成结晶体，且能破坏掉已生成的结晶体，没有结晶体的水即使在过冷状态下也不会结冰，这样就解决了冰冻带来的问题。

气泡防冰盖封闭装置在自动运行情况下，当冬季环境温度低于0摄氏度时，主空气压缩机自动启动，气压达0.65兆帕时干燥机开启。9条输气管路设有电调阀，可以根据温度自动调节电调阀开度控制给气量，形成连续气泡群，以达到最佳除冰效果。当环境温度达5摄氏度及以上时，主空气压缩机自动停机。

经过两个冬季的考验，技术应用效果显著

与传统的人工刨冰方式相比，气泡防冰技术消除了恶劣天气环境下人工作业存在的安全隐患。与潜水泵、电热融冰等方式相比，气泡防冰技术可清除冰盖的面积更大，防冰效果更好，对工程的适应性更强，可靠性增加，检修维护工作量更小，节省能源80％以上。同时，气泡防冰技术实现了从被动除冰到主动防冰的转变，属于事前预防。可灵活布置的水下防冰工作装置对抽水蓄能电站建筑物结构形式没有任何影响，适应抽水蓄能电站水温低、水位变化幅度大、抽水与发电工况频繁转换等特点。

气泡防冰技术在清原抽水蓄能电站应用以来，经过2023年和2024年两个冬季的考验，防冰盖效果显著，上、下水库进出水口排污栅周围无冰区分别达3000平方米以上。运行人员只需利用中控室监控电脑就可对气泡防冰盖封闭装置进行远程启停操作和安全巡检。在多次寒潮天气中，该站没有受到影响，机组运行工况与无冰时无差别。

应用气泡防冰技术带来的效益是多方面的。从安全性来看，该技术消除了冰拔力对进出水口建筑物、大坝面板等造成的破坏，也消除了冰盖破碎后碎冰下潜至进出水口影响机组运行的风险，保障清原抽水蓄能电站冬季安全可靠运行；从经济效益来看，通过提高发电效率进一步增加了发电效益；从社会效益来看，为全国更多高寒地区的抽水蓄能电站冬季防冰盖封闭提供了参考。目前，气泡防冰盖封闭装置已在国网新源新疆阜康抽水蓄能电站应用。