丰蓄电站：世界最大“超级充电宝”
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
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
□河北日报记者 李建成 陈宝云
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
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。
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，2021年6月，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
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。
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
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。
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。
来源： 河北日报
