走訪“十三五”河北大工程 | 豐蓄電站：世界最大“超級(jí)充電寶”
海拔1500多米的山巔上，120多米大壩高聳，圍谷成庫；山體內(nèi)，80多條功能各異的地下洞室群，縱橫交錯(cuò)、上下連通；山腳下，攔沙壩、攔河壩梯次矗立，滔滔灤河濾沙蓄水出平湖……
這是在建的世界最大抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站。12臺(tái)總裝機(jī)容量360萬千瓦機(jī)組陸續(xù)投用后，將超過裝機(jī)容量300萬千瓦的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站。
這是保障電網(wǎng)安全的“最后一根火柴”——將為2022年北京冬奧會(huì)和京津及冀北地區(qū)電網(wǎng)安全運(yùn)行加裝穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器。
這是一個(gè)“超級(jí)充電寶”——每年可消納過剩電能88億千瓦時(shí)，年發(fā)電量66.12億千瓦時(shí)，年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤48.08萬噸，可減少碳排放120萬噸，相當(dāng)于造林24萬余畝。
數(shù)百臺(tái)大型機(jī)械轟鳴，3000多名建設(shè)者日夜奮戰(zhàn)，豐寧抽水蓄能電站（以下簡稱“豐蓄電站”）已進(jìn)入土建施工高峰與機(jī)電安裝高峰疊加期。
●“最后一根火柴”保障電網(wǎng)安全
近日，記者沿山路而上，穿過三處隧道，就來到豐蓄電站下水庫進(jìn)出水口。山壁之下、壩體之上，數(shù)十名身穿棉衣的建設(shè)者正為安裝完畢的閘門修建廠房。
不同于傳統(tǒng)水電站的攔河筑壩、蓄水發(fā)電，抽水蓄能電站由上下兩個(gè)水庫組成。
這是在建的世界最大抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站。12臺(tái)總裝機(jī)容量360萬千瓦機(jī)組陸續(xù)投用后，將超過裝機(jī)容量300萬千瓦的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站。河北日?qǐng)?bào)記者 田明 攝
遠(yuǎn)山之巔，一座座風(fēng)力發(fā)電機(jī)源源不斷把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。“對(duì)于電網(wǎng)來說，風(fēng)電是‘不穩(wěn)定’電源。”國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司副經(jīng)理馬雨峰介紹，張承壩上地區(qū)是我省千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地，但受自然條件制約，無法根據(jù)用電峰谷擇機(jī)發(fā)電，隨之產(chǎn)生大量過剩電能無處消納。
抽水蓄能電站在用電低谷時(shí)，用過剩電力將水從下水庫抽到上水庫儲(chǔ)存起來，在用電高峰時(shí)將水從上水庫放至下水庫發(fā)電。“一抽一送，低谷過剩電能就轉(zhuǎn)換為高峰優(yōu)質(zhì)電能。”馬雨峰說。
配套千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地，豐寧滿族自治縣永利村的灰窯子溝群山，成為建設(shè)抽水蓄能電站的絕佳之地。
“四周山高百米，只需修筑一道大壩，便能形成流域面積4.4平方公里、庫容4814萬立方米的水庫。”馬雨峰說，經(jīng)過反復(fù)論證設(shè)計(jì)，2013年5月，豐蓄電站工程正式開工。
拇指粗的鋼筋林立，電焊火花四射。地下廠房內(nèi)，機(jī)組環(huán)蝸殼安裝進(jìn)入沖刺階段。按照計(jì)劃，2021年6月，首臺(tái)機(jī)組將正式投用，剩余11臺(tái)機(jī)組將以每4個(gè)月一臺(tái)的頻率陸續(xù)上崗。
這是在建的世界最大抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站。12臺(tái)總裝機(jī)容量360萬千瓦機(jī)組陸續(xù)投用后，將超過裝機(jī)容量300萬千瓦的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站。河北日?qǐng)?bào)記者 田明 攝
豐蓄電站位于京津冀腹地，距離北京和張家口直線距離均為100多公里，為冬奧會(huì)輸送清潔能源及保證賽事用電安全，被列為首要任務(wù)。
國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司機(jī)電部副部長陳磊告訴記者，負(fù)責(zé)為冬奧會(huì)場館供電的張北柔直電網(wǎng)，配置著風(fēng)電和太陽能發(fā)電清潔電源，系統(tǒng)具有孤網(wǎng)運(yùn)行能力，而電網(wǎng)能否正常運(yùn)行，豐蓄電站扮演著關(guān)鍵作用。
相比火電、核電機(jī)組，豐蓄電站發(fā)電機(jī)組有個(gè)獨(dú)門“絕活”——黑啟動(dòng)。“在電網(wǎng)發(fā)生異常情況時(shí)，蓄能機(jī)組可在3到5分鐘內(nèi)迅速響應(yīng)，為斷電區(qū)域提供電能，將成為‘電網(wǎng)最后一根火柴’。”陳磊說，該能力將為冬奧會(huì)和京津及冀北地區(qū)電網(wǎng)安全運(yùn)行提供保障。
據(jù)介紹，豐蓄電站還將在國內(nèi)首次安裝兩臺(tái)變速機(jī)組降低對(duì)電網(wǎng)沖擊力，填補(bǔ)我國在變速機(jī)組建設(shè)、運(yùn)行和管理方面的空白。
●降服“流沙河”建設(shè)千年工程
在下水庫大壩上俯視，波光粼粼的水面猶如銀鏡，但在建設(shè)者眼里，這里卻是充滿挑戰(zhàn)的“流沙河”。
“下水庫是在原豐寧水庫基礎(chǔ)上修建的。”馬雨峰說，由于上游生態(tài)脆弱，水土流失嚴(yán)重，豐寧水庫自2000年11月18日下閘蓄水至2008年11月，水庫總淤積量達(dá)1366萬立方米，年均入庫沙量為171萬立方米，總庫容損失率為24.3%。
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。同時(shí)，平均每立方米9.43公斤的含沙量，也將對(duì)機(jī)組造成嚴(yán)重磨損，大大降低使用壽命。
豐寧抽水蓄能電站是在建的世界最大抽水蓄能電站。圖為豐寧抽水蓄能電站調(diào)壓井。河北日?qǐng)?bào)記者 田明 攝
為降服“流沙河”，豐蓄電站委托武漢大學(xué)、中國水科院開展了泥沙淤積數(shù)學(xué)模型技術(shù)和物理模型實(shí)驗(yàn)。通過分析對(duì)比，確定了在原豐寧水庫庫尾設(shè)置攔沙壩及泄洪排沙設(shè)施，將庫區(qū)分成攔沙庫和蓄能專用下水庫兩部分的解決方案。
“需要蓄水時(shí)，先打開泄洪排沙洞閘門，河水中的泥沙沉淀后，再打開泄洪道閘門，河水流入下水庫。”馬雨峰說，加上無閘泄洪道、導(dǎo)沙明渠等設(shè)施，可保障發(fā)電用水幾乎沒有泥沙。
據(jù)介紹，作為我國抽水蓄能電站中泄洪排沙建筑物布置最復(fù)雜的下水庫，在通過“蓄清排渾”方式解決泥沙問題的同時(shí)，還將下泄洪水能力提高到2000年一遇。
●“巖石上繡花”雕琢地下城堡
開車沿寬敞地下交通道行駛1公里多，一處長414米、高54.5米、寬25米的巨大洞室映入眼簾。不久后，12臺(tái)機(jī)組將被安裝在這里。作為國內(nèi)抽水蓄能電站中面積最大廠房，這里可同時(shí)停放11架波音737客機(jī)。
豐寧抽水蓄能電站是在建的世界最大抽水蓄能電站。圖為豐寧抽水蓄能電站主廠房。河北日?qǐng)?bào)記者 田明 攝
看著上方不停吊裝各類機(jī)械設(shè)備的大型吊車，國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司工程部主任劉雙林難掩興奮：“開挖地下廠房并不難，難的是在洞壁上雕刻出用于安裝吊車的巖錨梁。”
巖錨梁又稱巖壁吊車梁，是利用一定深度的注漿長錨桿將鋼筋混凝土梁牢牢地錨固在巖石上，通過長錨桿和巖石壁面摩擦力將吊車載荷傳到巖體上。與普通的現(xiàn)澆梁相比，它不設(shè)立柱，而是懸空嵌于巖壁，如“巖石之肩”，是整個(gè)引水發(fā)電系統(tǒng)的核心控制工程。巖錨梁開挖一直是業(yè)內(nèi)難題，被比作“雕刻藝術(shù)”和“巖石上繡花”。
“這是我見過的施工難度最大的巖錨梁。”劉雙林說，這里山體內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，裂隙平均每30厘米出現(xiàn)一組，并且呈兩個(gè)走向，爆破開挖時(shí)，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，可吊裝3000多噸的巨型機(jī)組？建設(shè)者們迎難而上。
經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，劉雙林和同事們對(duì)炮孔位置和用藥量進(jìn)行精心計(jì)算，摸索出分區(qū)分段微差爆破的輪廓控制爆破技術(shù)，并在國內(nèi)首次采用玻璃纖維錨桿預(yù)固結(jié)、在斜臺(tái)雙向光爆中嘗試PVC管代替?zhèn)鹘y(tǒng)竹片的間隔裝藥方式。同時(shí)測算出混凝土澆筑溫度須控制在18℃以下、穿插支護(hù)等新技術(shù)新方法。
經(jīng)過110天的奮戰(zhàn)，平均半孔率93%以上，單元評(píng)定優(yōu)良率94%，一條成型精美、線條流暢的巖錨梁，順利開挖完成，工期縮短2個(gè)多月，為明年首臺(tái)機(jī)組投用奠定了基礎(chǔ)。（河北日?qǐng)?bào)記者 李建成 陳寶云）