海島抽水蓄能電站通風空調設計探討

龔 芳，吳新平，滕 軍，李建秋，宋自飛

（1.廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東廣州 510635；2.南方電網調峰調頻發電有限公司，廣東廣州 510635）

0 引 言

在大力發展可再生能源、節能減排和低碳經濟的背景下，我國需要建設更多的抽水蓄能電站［1］。我國海岸線綿長，在淡水資源缺乏、常規抽蓄建設條件差的沿海地區和海島上，具備優越地建設海島抽水蓄能電站的條件。建設海島抽水蓄能電站可以提高海島地區供電質量，保障供電需求，促進海島區域經濟社會發展，降低傳統石化能源的依賴程度，有利于電力系統靈活調峰，具有較強的競爭力。與常規抽水蓄能電站不同的是，海洋大氣鹽霧含量高于陸地，尤其在南部海洋地區還有高溫高濕的特點，將含鹽的濕熱空氣送入廠房會加速設備的腐蝕，這關系到電站運行狀態和使用壽命。因此分析并設計符合海洋環境的地下廠房通風空調系統是當前海島抽水蓄能電站建設的一項重要任務。

1 地下廠房的布置特征

海島抽蓄電站單機容量小，裝機臺數少，廠房系統通常采用地下一洞式布置［2］，以大萬山島站址為例，電站總裝機容量為20 MW，布置有2臺10 MW可變速抽水蓄能機組，地下廠房開挖尺寸為61.0 m×26.0 m×25.0 m（長×寬×高，下同），其中機組段長37 m，安裝間長18.0 m，主廠房尺寸為61 m×16 m×25 m，設有3層，從上至下分別為發電機層、水輪機層、廊道層。主變室的尺寸為6 m×16 m×11 m，設在發電機層的左側，室內布置有2 臺主變壓器。在主廠房的出水側設副廠房，其尺寸為61 m×10 m×11 m；副廠房共有兩層，上層有開關柜室、勵磁變壓器室、廠用變壓器室、變頻器室等房間，下層有蓄電池室、二次設備室、直流系統室、會議辦公室等房間。海島抽水蓄能電站主廠房發電機層所處位置的平面如圖1所示。

圖1 海島抽水蓄能電站發電機層平面圖Fig.1 Layout of the generator floor of the island pumped-storage power station

2 通風流程設計

基于對常規抽水蓄能電站地下廠房通風通道方案的研究，通風系統設計方案總體設計思路如下：①通風方案的擬定，除了滿足運行期地下洞室的永久通風要求，還應滿足施工期地下洞室的臨時通風要求，盡可能做到永臨結合，減少工程投資；②通風空調系統應充分利用已布置的地下廠房樞紐洞室群以及施工支洞進行設計，在充分利用已有的地下廠房樞紐洞室群以及施工支洞仍不能滿足通風空調系統設計要求時，才考慮增加必要的附屬洞室，如排風豎井。③通風的流程應考慮各區域的位置關系、發熱量分布、各場所的溫度、濕度、鹽霧控制要求、進∕排風洞的設置等因素［3］，通風的流程應由設計溫度要求高的區域流向設計溫度要求低的區域，人員集中的地區采用室外新風，發熱量高的設備房間采用其他區域回風，氣流組織合理。

基于上述思路，海島抽水蓄能電站的通風系統原理見圖2所示，各個系統功能如下：

圖2 廠內空氣流程圖Fig.2 In-plant air flow chart

地下廠房內的主廠房人員較集中，是最核心、最重要的部位，但發熱量一般。主變室布置在主廠房的一端，發熱量大，相關規范中要求排風溫度不大于40 ℃，人員活動較少。副廠房布置在主廠房出水側，第一層主要是配電房、變頻器室等設備房間，設備發熱量較大，第二層是控制、監視、通訊、試驗、管理和工作的場所，也是工作人員在副廠房集中的地方，第三層可以布置通風空調設備和進排風的設備。根據廠房各部位的負荷特點，可擬定地下廠房的氣流流程為：室外新風從進風道進入廠房，空氣處理機處理后經拱頂和混凝土風管送入主廠房各部位。主廠房一部分回風進入主變室，再經風機排入排風道。另一部分回風進入副廠房發熱量大但人員少的設備房間，再經風機排入排風道。副廠房管理和控制等房間，是工作人員集中的地方，室外新風經空調設備處理后送入，再經風機排入排風道。

3 空調設計思路

根據地下廠房熱濕環境的特點，單純的通風系統要排除廠內的熱濕負荷需要的通風量巨大，且難以保證任何情況下廠內的良好情況，因此大多采用通風與空氣調節聯合運行的系統。本文結合已建地下廠房的經驗給出如下思路：①充分利用地下廠房樞紐洞室以及施工支洞，作為通風進∕排風道及事故排煙道；并利用地下洞室壁面對空氣熱、濕交換的自然調節作用。②室外新風由通風洞、通風支洞分別進入通風機室，在新風進入通風機房的入口處，設置空氣過濾網，以降低空氣鹽霧濃度，提高送入廠房內的空氣品質和清潔度。③根據不同房間對空氣參數的要求，采用不同的通風和空調方式。針對海島抽水蓄能電站在含鹽高溫高濕環境下，除了常規電站的直流式通風系統，還可以考慮“最小新風量”方案［4］。④由于地處海島，淡水資源有限，廠房空氣調節機械冷源可選用風冷式冷水機組、海水源熱泵機組、風冷多聯式空調機。當采用海水作為冷卻水時，應考慮海水的腐蝕性對制冷設備的影響，選擇海水直接與制冷劑換熱或通過換熱器與冷卻水交換的冷卻方式。

4 控制室內鹽霧的措施

海洋大氣環境中鹽霧含量高，對金屬設備會產生嚴重的腐蝕［5］，進而造成設備、管路和管件的頻繁更換與維護，這是海島抽水蓄能電站面臨的通風設計難點。為緩解地下廠房的腐蝕問題，可以從兩方面著手，一方面針對不同等級的腐蝕環境使用相應的防護涂層體系，另一方面是從整體控制室內的空氣環境，降低環境腐蝕性等級。防護體系問題由其他課題解決，本文重點探討如何控制室內的空氣環境。

4.1 環境鹽霧等級

大氣環境鹽霧等級由所測得的鹽霧含量和鹽霧沉降量進行描述，等級特征見表1［6］。

表1 環境鹽霧參數等級特征Tab.1 Environmental salt spray parameter grade characteristics

海島抽水蓄能電站廠房，在通風設計中，可根據設備重要程度、產品耐腐蝕程度等進行分級。

4.2 空氣除鹽霧方式

目前除鹽霧技術，主要有分離除鹽霧技術、電除鹽霧技術以及過濾除鹽霧技術，幾種除鹽霧技術總結見表2。

表2 除鹽霧技術總結其鹽霧凈化效果Tab.2 Salt mist removal technology summarizes its salt mist purification effect

從表2不難發現，分離除鹽霧技術缺點較多，可分離的鹽霧粒徑普遍較大（＞10 um），不適于一些過濾要求較高的場合，離心除鹽霧機設備復雜，不利于后期運維。電除霧技術可去除任意粒徑鹽霧粒子，如靜電除霧技術過濾效果達94%以上，但設備結構復雜，體積龐大。而過濾除鹽霧技術具有除鹽霧效率高，設備結構簡單的優點，結合抽水蓄能電站設備的重要程度，推薦采用過濾除鹽霧技術。

4.3 控制環境溫度和濕度

溫度和濕度是影響腐蝕的關鍵因素之一［7］，主要是由于環境中濕度較大時，水汽易凝聚在金屬設備表面，形成微液滴，當氯離子等腐蝕性介質溶于微液滴中，增大了液滴的導電性，從而加快了電化學腐蝕速率，此外，潮濕環境易促使生霉、凝露等問題發生，嚴重影響設備安全運行。而溫度影響腐蝕速率主要是由于溫度升高，分子活性增大，擴散加快，從而導致腐蝕加劇，但溫度升高會使氧氣等溶解度降低。由于溫度和濕度對金屬設備腐蝕影響較大，因此，抽水蓄能電站防護首要措施是控制環境中的溫度和濕度。海洋環境電器設備溫度和濕度環境等級由所監測到的溫度和濕度數據進行劃分，如表3［6］描述。

表3 環境溫濕度等級特征Tab.3 Environmental temperature and humidity level characteristics

4.4 合宜選取進風口位置

海島環境與陸地環境鹽霧含量與離岸距離變化趨勢相同，均為離岸距離越近鹽霧含量越高，而相同距離比較，海島鹽霧含量高于陸地，且風速、風向對環境鹽霧含量影響較大，迎海而來時，風力越大鹽霧含量越高，同一位置，即使風速很大，風向背海而來濃度也會較低［6］。因而在地形地貌條件適宜時，宜選取風向背海的位置作為進風口，以降低進風鹽霧含量，可減小除鹽霧負荷。

5 結 語

相比于常規抽水蓄能電站，海島鹽霧含量高于陸地，廠房環境除控制溫濕度外，還應采取必要的措施控制鹽霧含量，如采用過濾除鹽霧技術、合理選取進風口。

考慮各區域的位置關系、發熱量分布、各場所的溫度、濕度、鹽霧控制要求、進排風洞的設置等因素，通風的流程應由設計溫度要求高的區域流向設計溫度要求低的區域，人員集中的地區采用室外新風，發熱量高的房間采用其他區域回風，氣流組織合理。 □