重大项目巡礼丨丰宁抽水蓄能电站：世界最大“超级充电宝”这样建成

民生 2024-11-19 20:20 河北

11月14日，丰宁坝上，光照正好，风力充足，风机、光伏发电量持续攀升。

近日拍摄的国网新源河北丰宁抽水蓄能电站内世界单体规模最大的地下厂房。河北日报记者陈宝云摄

“请立即开启2台机组抽水运行。”9时47分，接到华北网调调度电话指令，国网新源河北丰宁抽水蓄能电站中控室主值班员田亚平随即展开操作：输入指令值，按下启动键。10分钟内，9号机、3号机相继抽水并网。

当天，电站陆续启动8台定速机组抽水，消纳新能源电量1069.95万千瓦时，保证了电网的平稳、高效运转。

凭借丰富的风能、太阳能资源，张承坝上地区风电、光伏装机规模均突破千万千瓦级。然而，风机、光伏发电具有波动性、随机性，当“追风逐日”有了规模，随之产生的消纳和储能问题凸显出来。

如何削峰填谷？抽水蓄能电站给出了把风光电转化为水势的解决方案。

滦河东去，流淌至丰宁满族自治县四岔口乡永利村，四周高山耸立，峰岭成群，水流湍急。丰宁抽水蓄能电站在建设上合理利用了当地的地理环境优势。

“电站上水库位于山谷中央，如同一个天然水盆，通过在山体深处修建的6条直径约7米的双向水道，与下水库相连。两座水库高差达到425米。”国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司机电部主任陈磊说。

用电低谷时，电站用富余电能将水从下水库抽至上水库储存起来；用电高峰时，将水从上水库放至下水库发电。

一抽一放，这座世界装机容量最大的抽水蓄能电站驯服了“不听话”的风光资源，把低谷过剩电能转为高峰优质电能，被誉为“超级充电宝”。

自2021年12月30日首台机组投产发电以来，截至今年11月13日，丰宁抽水蓄能电站累计发电82.39亿千瓦时，消纳新能源电量103.97亿千瓦时，削峰填谷效果显现。

早在1995年，丰宁抽水蓄能电站就开始了布局规划。由于丰宁地处燕山山脉，地质条件复杂，电站的建设勘测等前期工作，前后经过了18年。2013年，电站正式开工建设。

水面如镜，波光粼粼，站在电站下水库大坝上俯视，国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司工程部工程师贾晋感触良多。谁能想到，这里曾是远近闻名的“流沙河”。

下水库是在原丰宁水库基础上修建的。由于上游生态脆弱，水土流失严重，当时丰宁水库年均入库沙量达171万立方米。贾晋清晰地记得湍急的河水裹挟着泥沙滚滚而来的场景。

“按当时预计，如不解决泥沙问题，库容4100多万立方米的下水库，24年后将被填平。”贾晋说，平均每立方米9.43公斤的含沙量，也将对机组造成严重磨损，大大降低使用寿命。

为降服“流沙河”，电站委托武汉大学、中国水科院开展了泥沙淤积数学模型技术和物理模型实验。通过分析对比，确定了在原丰宁水库库尾设置拦沙坝及泄洪排沙设施，将库区分成拦沙库和蓄能专用下水库两部分的可行性。

“需要蓄水时，先关上泄洪排沙洞闸门，河水中的泥沙得到沉淀后，再打开溢洪道闸门，河水流入蓄能专用下水库。”贾晋说，加上溢洪道、导沙明渠等水工建筑设施，可保障发电用水几乎没有泥沙。

10月23日拍摄的国网新源河北丰宁抽水蓄能电站地下厂房发电机层。河北日报记者陈宝云摄

但因为地质条件复杂，开挖施工难度非常大，一不小心就有坍塌的危险，建设团队不得不边开挖边调整支护方案。

经过7年的奋战，贾晋他们克服了一系列施工技术难题，终于建成了我国抽水蓄能电站中泄洪排沙建筑物布置最复杂的下水库，累计清理滦河底部泥沙180余万立方米，还将校核洪水标准提高到2000年一遇。工程区内湿地面积增加800余亩，黑鹳、白天鹅等珍稀鸟类在库区安了家。

驱车沿着山路行至一座巨大的山门。大门缓缓打开，蜿蜒的隧道四通八达，向内行驶一段，方才豁然开朗。

这里是世界上单体规模最大的抽水蓄能电站地下厂房，长414米、跨度25米、高54.5米，可同时停放11架波音737客机，被誉为电站的心脏。

在千山万壑中建造如此复杂结构的超大型地下洞室群，参与其中的国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司工程部主任王兰普至今难掩激动。

他回忆，建设之初，地下厂房出现了以往抽水蓄能电站地下厂房没有遇到过的较大围岩变形，给厂房开挖施工带来了较大困扰。其中，洞壁上雕刻出用于安装吊车的岩锚梁是必须克服的关键问题之一。

岩锚梁是地下厂房的重要承重构件，将承担后期发电机组全部的安装及检修任务。与普通的现浇梁相比，它不设立柱，而是悬空嵌于岩壁，如“岩石之肩”。岩锚梁开挖一直是业内难题，被比作“雕刻艺术”和“岩石上绣花”。

电站所在的山体内部结构非常复杂，裂隙平均每30厘米出现一组，爆破开挖时，岩石极易发生碎裂。如何让不规则的岩壁支撑起上千吨重的钢筋混凝土梁？

通过反复梳理分析试验，王兰普和同事们精心计算细化爆破设计参数，采用玻璃纤维锚杆加固软弱岩体，首次系统性攻克复杂地质条件下超大型地下洞室群建造关键技术，用“工笔画”雕琢出“岩梁之花”。

历经110天，一条线条流畅的岩锚梁，顺利开挖完成，工期比原计划缩短2个多月，为电站首台机组投用奠定了基础。

“5、4、3、2、1，开始！”随着指令下达，一阵轰隆隆的声音传来，地下厂房里，陈磊和同事正在对11号变速机组进行整组启动调试。

厂房中央，一排白色圆顶形机组一字排开，连接地下输水系统，这正是整座抽水蓄能电站的关键——12台30万千瓦可逆式水泵水轮机发电电动机组。

8月11日，12号变速机组顺利完成15天试运行，正式投产发电。11号、12号两台变速机组为国内首次引进。

“就响应速度来说，定速机组是分钟级，变速机组则可做到秒级，而且功率可大可小，相当于可快充、可慢充。”陈磊说，两台变速机组投入使用后，电力发送将更加灵活，更好平衡新能源大规模接入对电网稳定性造成的影响。

相比火电、核电机组，电站发电机组有个独门“绝活”——黑启动。在电网发生异常情况时，蓄能机组可在3到5分钟内迅速响应，为断电区域提供电能，被称为“电网最后一根火柴”。

北京冬奥会、冬残奥会期间，丰宁抽水蓄能电站接入柔性直流电网，实现了新能源多点汇集、风光储多能互补、源网荷协同，在源头上降低了新能源发电的波动，保障了北京冬奥场馆100%绿电供应，为破解新能源大规模开发利用难题提供了“中国方案”。

以山为势，化水为能，山水之间，动能澎湃。

今年年底，12台机组将全部投运，届时，丰宁抽水蓄能电站年发电量将达66.12亿千瓦时，可满足260万户家庭一年的用电。（记者贾楠陈宝云）

来源 | 河北日报

编辑王亚伟 | 校对张亚微

责编王亚伟 | 监制李媛

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