奮進強國路 闊步新征程·重大項目巡禮｜豐寧抽水蓄能電站：世界最大“超級充電寶”這樣建成

　　近日拍攝的國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站內(nèi)世界單體規(guī)模最大的地下廠房。 河北日報記者 陳寶云攝

　　11月14日，豐寧壩上，光照正好，風力充足，風機、光伏發(fā)電量持續(xù)攀升。

　　“請立即開啟2臺機組抽水運行?！?時47分，接到華北網(wǎng)調(diào)調(diào)度電話指令，國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站中控室主值班員田亞平隨即展開操作：輸入指令值，按下啟動鍵。10分鐘內(nèi)，9號機、3號機相繼抽水并網(wǎng)。

　　當天，電站陸續(xù)啟動8臺定速機組抽水，消納新能源電量1069.95萬千瓦時，保證了電網(wǎng)的平穩(wěn)、高效運轉(zhuǎn)。

　　憑借豐富的風能、太陽能資源，張承壩上地區(qū)風電、光伏裝機規(guī)模均突破千萬千瓦級。然而，風機、光伏發(fā)電具有波動性、隨機性，當“追風逐日”有了規(guī)模，隨之產(chǎn)生的消納和儲能問題凸顯出來。

　　如何削峰填谷？抽水蓄能電站給出了把風光電轉(zhuǎn)化為水勢的解決方案。

　　灤河東去，流淌至豐寧滿族自治縣四岔口鄉(xiāng)永利村，四周高山聳立，峰嶺成群，水流湍急。豐寧抽水蓄能電站在建設上合理利用了當?shù)氐牡乩憝h(huán)境優(yōu)勢。

　　“電站上水庫位于山谷中央，如同一個天然水盆，通過在山體深處修建的6條直徑約7米的雙向水道，與下水庫相連。兩座水庫高差達到425米。”國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司機電部主任陳磊說。

　　用電低谷時，電站用富余電能將水從下水庫抽至上水庫儲存起來；用電高峰時，將水從上水庫放至下水庫發(fā)電。

　　一抽一放，這座世界裝機容量最大的抽水蓄能電站馴服了“不聽話”的風光資源，把低谷過剩電能轉(zhuǎn)為高峰優(yōu)質(zhì)電能，被譽為“超級充電寶”。

　　自2021年12月30日首臺機組投產(chǎn)發(fā)電以來，截至今年11月13日，豐寧抽水蓄能電站累計發(fā)電82.39億千瓦時，消納新能源電量103.97億千瓦時，削峰填谷效果顯現(xiàn)。

　　早在1995年，豐寧抽水蓄能電站就開始了布局規(guī)劃。由于豐寧地處燕山山脈，地質(zhì)條件復雜，電站的建設勘測等前期工作，前后經(jīng)過了18年。2013年，電站正式開工建設。

　　水面如鏡，波光粼粼，站在電站下水庫大壩上俯視，國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司工程部工程師賈晉感觸良多。誰能想到，這里曾是遠近聞名的“流沙河”。

　　下水庫是在原豐寧水庫基礎上修建的。由于上游生態(tài)脆弱，水土流失嚴重，當時豐寧水庫年均入庫沙量達171萬立方米。賈晉清晰地記得湍急的河水裹挾著泥沙滾滾而來的場景。

　　“按當時預計，如不解決泥沙問題，庫容4100多萬立方米的下水庫，24年后將被填平?！辟Z晉說，平均每立方米9.43公斤的含沙量，也將對機組造成嚴重磨損，大大降低使用壽命。

　　為降服“流沙河”，電站委托武漢大學、中國水科院開展了泥沙淤積數(shù)學模型技術和物理模型實驗。通過分析對比，確定了在原豐寧水庫庫尾設置攔沙壩及泄洪排沙設施，將庫區(qū)分成攔沙庫和蓄能專用下水庫兩部分的可行性。

　　“需要蓄水時，先關上泄洪排沙洞閘門，河水中的泥沙得到沉淀后，再打開溢洪道閘門，河水流入蓄能專用下水庫。”賈晉說，加上溢洪道、導沙明渠等水工建筑設施，可保障發(fā)電用水幾乎沒有泥沙。

　　但因為地質(zhì)條件復雜，開挖施工難度非常大，一不小心就有坍塌的危險，建設團隊不得不邊開挖邊調(diào)整支護方案。

　　經(jīng)過7年的奮戰(zhàn)，賈晉他們克服了一系列施工技術難題，終于建成了我國抽水蓄能電站中泄洪排沙建筑物布置最復雜的下水庫，累計清理灤河底部泥沙180余萬立方米，還將校核洪水標準提高到2000年一遇。工程區(qū)內(nèi)濕地面積增加800余畝，黑鸛、白天鵝等珍稀鳥類在庫區(qū)安了家。

　　驅(qū)車沿著山路行至一座巨大的山門。大門緩緩打開，蜿蜒的隧道四通八達，向內(nèi)行駛一段，方才豁然開朗。

　　這里是世界上單體規(guī)模最大的抽水蓄能電站地下廠房，長414米、跨度25米、高54.5米，可同時停放11架波音737客機，被譽為電站的心臟。

　　在千山萬壑中建造如此復雜結構的超大型地下洞室群，參與其中的國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司工程部主任王蘭普至今難掩激動。

　　他回憶，建設之初，地下廠房出現(xiàn)了以往抽水蓄能電站地下廠房沒有遇到過的較大圍巖變形，給廠房開挖施工帶來了較大困擾。其中，洞壁上雕刻出用于安裝吊車的巖錨梁是必須克服的關鍵問題之一。

　　巖錨梁是地下廠房的重要承重構件，將承擔后期發(fā)電機組全部的安裝及檢修任務。與普通的現(xiàn)澆梁相比，它不設立柱，而是懸空嵌于巖壁，如“巖石之肩”。巖錨梁開挖一直是業(yè)內(nèi)難題，被比作“雕刻藝術”和“巖石上繡花”。

　　電站所在的山體內(nèi)部結構非常復雜，裂隙平均每30厘米出現(xiàn)一組，爆破開挖時，巖石極易發(fā)生碎裂。如何讓不規(guī)則的巖壁支撐起上千噸重的鋼筋混凝土梁？

　　通過反復梳理分析試驗，王蘭普和同事們精心計算細化爆破設計參數(shù)，采用玻璃纖維錨桿加固軟弱巖體，首次系統(tǒng)性攻克復雜地質(zhì)條件下超大型地下洞室群建造關鍵技術，用“工筆畫”雕琢出“巖梁之花”。

　　歷經(jīng)110天，一條線條流暢的巖錨梁，順利開挖完成，工期比原計劃縮短2個多月，為電站首臺機組投用奠定了基礎。

　　“5、4、3、2、1，開始！”隨著指令下達，一陣轟隆隆的聲音傳來，地下廠房里，陳磊和同事正在對11號變速機組進行整組啟動調(diào)試。

　　廠房中央，一排白色圓頂形機組一字排開，連接地下輸水系統(tǒng)，這正是整座抽水蓄能電站的關鍵——12臺30萬千瓦可逆式水泵水輪機發(fā)電電動機組。

　　8月11日，12號變速機組順利完成15天試運行，正式投產(chǎn)發(fā)電。11號、12號兩臺變速機組為國內(nèi)首次引進。

　　“就響應速度來說，定速機組是分鐘級，變速機組則可做到秒級，而且功率可大可小，相當于可快充、可慢充。”陳磊說，兩臺變速機組投入使用后，電力發(fā)送將更加靈活，更好平衡新能源大規(guī)模接入對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成的影響。

　　相比火電、核電機組，電站發(fā)電機組有個獨門“絕活”——黑啟動。在電網(wǎng)發(fā)生異常情況時，蓄能機組可在3到5分鐘內(nèi)迅速響應，為斷電區(qū)域提供電能，被稱為“電網(wǎng)最后一根火柴”。

　　北京冬奧會、冬殘奧會期間，豐寧抽水蓄能電站接入柔性直流電網(wǎng)，實現(xiàn)了新能源多點匯集、風光儲多能互補、源網(wǎng)荷協(xié)同，在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動，保障了北京冬奧場館100%綠電供應，為破解新能源大規(guī)模開發(fā)利用難題提供了“中國方案”。

　　以山為勢，化水為能，山水之間，動能澎湃。

　　今年年底，12臺機組將全部投運，屆時，豐寧抽水蓄能電站年發(fā)電量將達66.12億千瓦時，可滿足260萬戶家庭一年的用電。（河北日報記者 賈楠 陳寶云）