對于高寒地區的抽水蓄能電站，冬季冰凍期是嚴峻的考驗。

撫順市是遼寧冬季最寒冷的城市之一，而位于山區的清原縣尤其寒冷，最低氣溫曾達到零下37攝氏度。

1月16日，東北地區最大的抽水蓄能電站——國網新源遼寧清原抽水蓄能電站全面投產發電。春節假期期間，清原縣普降大到暴雪，氣溫降至零下30攝氏度。清原抽水蓄能電站上、下水庫庫面大部分區域結成了30至50厘米厚的冰層，上面覆蓋著厚厚的白雪。然而，水庫進出水口周圍卻是清水潺潺，波光粼粼。這其中的奧秘就在于該站應用了氣泡防冰技術。

冰凍會破壞抽水蓄能電站水工建筑物和機組

在高寒地區，冰凍可能會通過三種形式對抽水蓄能電站的水工建筑物和機組產生破壞。

一是冰蓋。高寒地區抽水蓄能電站水庫水溫較低，庫區結冰速度快，易形成封閉水面的冰蓋。當機組處于抽水工況時，上水庫的冰蓋會對機組產生額外阻力，下水庫的冰蓋形成負壓；當機組處于發電工況時，下水庫的冰蓋會對機組產生額外阻力，上水庫的冰蓋形成負壓。這兩種情況都會影響機組的工作效率和使用年限。

二是靜冰壓力。靜冰壓力是指在水庫水位沒有太大變化的情況下，冰層膨脹遇到約束后產生的壓力。這就像一瓶水放到冰箱里冷凍，水在變成冰的過程中會對瓶子造成擠壓，進而破壞瓶壁。冰的力學特性十分復雜，影響因素很多，溫度膨脹力的估算存在很多不確定因素。冰層會隨著溫度變化而膨脹或收縮，膨脹力足夠大時甚至可能毀壞庫區的水工建筑物。

三是冰拔力。冰拔力是指冰層和水工建筑物凍結在一起時，隨著水庫水位變化，對水工建筑物形成的額外作用力。尤其是當水工建筑物的表面比較粗糙時，其與冰層的粘接強度更大，冰拔力也更大，更易對水工建筑物產生破壞。在靜冰壓力與冰拔力的聯合作用下，伸縮縫間的止水部件、面板、護坡表面、拱壩、重力壩保溫體系、庫區內的混凝土排架等可能會被破壞。

清原抽水蓄能電站創新應用氣泡防冰技術

2021年年底，清原抽水蓄能電站技術攻關團隊綜合考慮該站的地理位置、氣候條件及自身特點，聯合參建單位反復研究論證，在上、下水庫蓄水前完成了具體的防冰蓋封閉設計方案：在不增加、不改變抽水蓄能電站原有建筑物的基礎上，在上、下水庫創新應用氣泡防冰技術。

氣泡防冰技術是基于什么原理提出的？從理論上講是“動水不凍”，通俗點說，就是通過氣泡不停地擾動讓水庫進出水口的水面不結冰。

清原抽水蓄能電站上、下水庫的氣泡防冰蓋封閉裝置分別由兩臺螺桿式空氣壓縮機、一個壓縮氣罐、一臺干燥機、一臺電氣控制柜和9條輸氣管路及水下防冰工作裝置組成。氣泡防冰蓋封閉裝置在水下形成符合流場要求的連續氣泡群。氣泡群在浮力作用下，帶動周圍水體向上流動，形成局部環流的流場。流場內流動的水不易生成結晶體，且能破壞掉已生成的結晶體，沒有結晶體的水即使在過冷狀態下也不會結冰，這樣就解決了冰凍帶來的問題。

氣泡防冰蓋封閉裝置在自動運行情況下，當冬季環境溫度低于0攝氏度時，主空氣壓縮機自動啟動，氣壓達0.65兆帕時干燥機開啟。9條輸氣管路設有電調閥，可以根據溫度自動調節電調閥開度控制給氣量，形成連續氣泡群，以達到最佳除冰效果。當環境溫度達5攝氏度及以上時，主空氣壓縮機自動停機。

經過兩個冬季的考驗，技術應用效果顯著

與傳統的人工刨冰方式相比，氣泡防冰技術消除了惡劣天氣環境下人工作業存在的安全隱患。與潛水泵、電熱融冰等方式相比，氣泡防冰技術可清除冰蓋的面積更大，防冰效果更好，對工程的適應性更強，可靠性增加，檢修維護工作量更小，節省能源80％以上。同時，氣泡防冰技術實現了從被動除冰到主動防冰的轉變，屬于事前預防。可靈活布置的水下防冰工作裝置對抽水蓄能電站建筑物結構形式沒有任何影響，適應抽水蓄能電站水溫低、水位變化幅度大、抽水與發電工況頻繁轉換等特點。

氣泡防冰技術在清原抽水蓄能電站應用以來，經過2023年和2024年兩個冬季的考驗，防冰蓋效果顯著，上、下水庫進出水口排污柵周圍無冰區分別達3000平方米以上。運行人員只需利用中控室監控電腦就可對氣泡防冰蓋封閉裝置進行遠程啟停操作和安全巡檢。在多次寒潮天氣中，該站沒有受到影響，機組運行工況與無冰時無差別。

應用氣泡防冰技術帶來的效益是多方面的。從安全性來看，該技術消除了冰拔力對進出水口建筑物、大壩面板等造成的破壞，也消除了冰蓋破碎后碎冰下潛至進出水口影響機組運行的風險，保障清原抽水蓄能電站冬季安全可靠運行；從經濟效益來看，通過提高發電效率進一步增加了發電效益；從社會效益來看，為全國更多高寒地區的抽水蓄能電站冬季防冰蓋封閉提供了參考。目前，氣泡防冰蓋封閉裝置已在國網新源新疆阜康抽水蓄能電站應用。