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世界最大“超级充电宝”, 为冬奥会输送清洁能源及保证赛事用电安全

河北日报记者 陈宝云 许佳奇 李东宇 戎晓杰摄制

海拔 1500 多米的山巅上,120 多米大坝高耸,围谷成库;山体内,80 多条功能各异的地下洞室群,纵横交错、上下连通;山脚下,拦沙坝、拦河坝梯次矗立,滔滔滦河滤沙蓄水出平湖 ……

这是在建的世界最大抽水蓄能电站——丰宁抽水蓄能电站。12 台总装机容量 360 万千瓦机组陆续投用后,将超过装机容量 300 万千瓦的美国巴斯康蒂抽水蓄能电站。

这是保障电网安全的 " 最后一根火柴 " ——将为 2022 年北京冬奥会和京津及冀北地区电网安全运行加装稳定器、调节器。

这是一个 " 超级充电宝 " ——每年可消纳过剩电能 88 亿千瓦时,年发电量 66.12 亿千瓦时,年可节约标准煤 48.08 万吨,可减少碳排放 120 万吨,相当于造林 24 万余亩。

数百台大型机械轰鸣,3000 多名建设者日夜奋战,丰宁抽水蓄能电站(以下简称 " 丰蓄电站 ")已进入土建施工高峰与机电安装高峰叠加期。

" 最后一根火柴 " 保障电网安全

这是在建的世界最大抽水蓄能电站——丰宁抽水蓄能电站。12 台总装机容量 360 万千瓦机组陆续投用后,将超过装机容量 300 万千瓦的美国巴斯康蒂抽水蓄能电站。 河北日报记者 田 明摄

近日,记者沿山路而上,穿过三处隧道,就来到丰蓄电站下水库进出水口。山壁之下、坝体之上,数十名身穿棉衣的建设者正为安装完毕的闸门修建厂房。

不同于传统水电站的拦河筑坝、蓄水发电,抽水蓄能电站由上下两个水库组成。

远山之巅,一座座风力发电机源源不断把风能转化为电能。" 对于电网来说,风电是‘不稳定’电源。" 国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司副经理马雨峰介绍,张承坝上地区是我省千万千瓦级风电基地,但受自然条件制约,无法根据用电峰谷择机发电,随之产生大量过剩电能无处消纳。

抽水蓄能电站在用电低谷时,用过剩电力将水从下水库抽到上水库储存起来,在用电高峰时将水从上水库放至下水库发电。" 一抽一送,低谷过剩电能就转换为高峰优质电能。" 马雨峰说。

配套千万千瓦级风电基地,丰宁满族自治县永利村的灰窑子沟群山,成为建设抽水蓄能电站的绝佳之地。

" 四周山高百米,只需修筑一道大坝,便能形成流域面积 4.4 平方公里、库容 4814 万立方米的水库。" 马雨峰说,经过反复论证设计,2013 年 5 月,丰蓄电站工程正式开工。

丰宁抽水蓄能电站是在建的世界最大抽水蓄能电站。图为丰宁抽水蓄能电站上水库。河北日报记者田明摄

拇指粗的钢筋林立,电焊火花四射。地下厂房内,机组环蜗壳安装进入冲刺阶段。按照计划,2022 年,首台机组将正式投用,剩余 11 台机组将以每 4 个月一台的频率陆续上岗。

丰蓄电站位于京津冀腹地,距离北京和张家口直线距离均为 100 多公里,为冬奥会输送清洁能源及保证赛事用电安全,被列为首要任务。

国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司机电部副部长陈磊告诉记者,负责为冬奥会场馆供电的张北柔直电网,配置着风电和太阳能发电清洁电源,系统具有孤网运行能力,而电网能否正常运行,丰蓄电站扮演着关键作用。

相比火电、核电机组,丰蓄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,将成为‘电网最后一根火柴’。" 陈磊说,该能力将为冬奥会和京津及冀北地区电网安全运行提供保障。

据介绍,丰蓄电站还将在国内首次安装两台变速机组降低对电网冲击力,填补我国在变速机组建设、运行和管理方面的空白。

降服 " 流沙河 " 建设千年工程

这是在建的世界最大抽水蓄能电站——丰宁抽水蓄能电站。12 台总装机容量 360 万千瓦机组陆续投用后,将超过装机容量 300 万千瓦的美国巴斯康蒂抽水蓄能电站。 河北日报记者 田 明摄

在下水库大坝上俯视,波光粼粼的水面犹如银镜,但在建设者眼里,这里却是充满挑战的 " 流沙河 "。

" 下水库是在原丰宁水库基础上修建的。" 马雨峰说,由于上游生态脆弱,水土流失严重,丰宁水库自 2000 年 11 月 18 日下闸蓄水至 2008 年 11 月,水库总淤积量达 1366 万立方米,年均入库沙量为 171 万立方米,总库容损失率为 24.3%。

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。同时,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。

丰宁抽水蓄能电站是在建的世界最大抽水蓄能电站。图为丰宁抽水蓄能电站调压井。河北日报记者田明摄

为降服 " 流沙河 ",丰蓄电站委托武汉大学、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解决方案。

" 需要蓄水时,先打开泄洪排沙洞闸门,河水中的泥沙沉淀后,再打开泄洪道闸门,河水流入下水库。" 马雨峰说,加上无闸泄洪道、导沙明渠等设施,可保障发电用水几乎没有泥沙。

据介绍,作为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,在通过 " 蓄清排浑 " 方式解决泥沙问题的同时,还将下泄洪水能力提高到 2000 年一遇。

" 岩石上绣花 " 雕琢地下城堡

丰宁抽水蓄能电站是在建的世界最大抽水蓄能电站。图为丰宁抽水蓄能电站主厂房。河北日报记者田明摄

开车沿宽敞地下交通道行驶 1 公里多,一处长 414 米、高 54.5 米、宽 25 米的巨大洞室映入眼帘。不久后,12 台机组将被安装在这里。作为国内抽水蓄能电站中面积最大厂房,这里可同时停放 11 架波音 737 客机。

看着上方不停吊装各类机械设备的大型吊车,国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司工程部主任刘双林难掩兴奋:" 开挖地下厂房并不难,难的是在洞壁上雕刻出用于安装吊车的岩锚梁。"

岩锚梁又称岩壁吊车梁,是利用一定深度的注浆长锚杆将钢筋混凝土梁牢牢地锚固在岩石上,通过长锚杆和岩石壁面摩擦力将吊车载荷传到岩体上。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 ",是整个引水发电系统的核心控制工程。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 "。

" 这是我见过的施工难度最大的岩锚梁。" 刘双林说,这里山体内部结构非常复杂,裂隙平均每 30 厘米出现一组,并且呈两个走向,爆破开挖时,岩石极易发生碎裂。

丰宁抽水蓄能电站是在建的世界最大抽水蓄能电站。图为工人正在加班加点施工。河北日报记者田明摄

如何让不规则的岩壁支撑起上千吨重的钢筋混凝土梁,可吊装 3000 多吨的巨型机组?建设者们迎难而上。

经过反复试验,刘双林和同事们对炮孔位置和用药量进行精心计算,摸索出分区分段微差爆破的轮廓控制爆破技术,并在国内首次采用玻璃纤维锚杆预固结、在斜台双向光爆中尝试 PVC 管代替传统竹片的间隔装药方式。同时测算出混凝土浇筑温度须控制在 18 ℃以下、穿插支护等新技术新方法。

经过 110 天的奋战,平均半孔率 93% 以上,单元评定优良率 94%,一条成型精美、线条流畅的岩锚梁,顺利开挖完成,工期缩短 2 个多月,为明年首台机组投用奠定了基础。 (河北日报记者 李建成 陈宝云)

来源:河北新闻网

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