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這是在建的世界最大抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站。12臺總裝機容量360萬千瓦機組陸續(xù)投用后，將超過裝機容量300萬千瓦的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站。 河北日報記者 田 明攝
這是在建的世界最大抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站。12臺總裝機容量360萬千瓦機組陸續(xù)投用后，將超過裝機容量300萬千瓦的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站。 河北日報記者 田 明攝
海拔1500多米的山巔上，120多米大壩高聳，圍谷成庫;山體內，80多條功能各異的地下洞室群，縱橫交錯、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臺總裝機容量360萬千瓦機組陸續(xù)投用后，將超過裝機容量300萬千瓦的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站。
這是保障電網安全的“最后一根火柴”——將為2022年北京冬奧會和京津及冀北地區(qū)電網安全運行加裝穩(wěn)定器、調節(jié)器。
這是一個“超級充電寶”——每年可消納過剩電能88億千瓦時，年發(fā)電量66.12億千瓦時，年可節(jié)約標準煤48.08萬噸，可減少碳排放120萬噸，相當于造林24萬余畝。
數百臺大型機械轟鳴，3000多名建設者日夜奮戰(zhàn)，豐寧抽水蓄能電站(以下簡稱“豐蓄電站”)已進入土建施工高峰與機電安裝高峰疊加期。
“最后一根火柴”保障電網安全
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出水口。山壁之下、壩體之上，數十名身穿棉衣的建設者正為安裝完畢的閘門修建廠房。
不同于傳統水電站的攔河筑壩、蓄水發(fā)電，抽水蓄能電站由上下兩個水庫組成。
遠山之巔，一座座風力發(fā)電機源源不斷把風能轉化為電能。“對于電網來說，風電是‘不穩(wěn)定’電源。”國網新源河北豐寧抽水蓄能有限公司副經理馬雨峰介紹，張承壩上地區(qū)是我省千萬千瓦級風電基地，但受自然條件制約，無法根據用電峰谷擇機發(fā)電，隨之產生大量過剩電能無處消納。
抽水蓄能電站在用電低谷時，用過剩電力將水從下水庫抽到上水庫儲存起來，在用電高峰時將水從上水庫放至下水庫發(fā)電。“一抽一送，低谷過剩電能就轉換為高峰優(yōu)質電能。”馬雨峰說。
配套千萬千瓦級風電基地，豐寧滿族自治縣永利村的灰窯子溝群山，成為建設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，經過反復論證設計，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，機組環(huán)蝸殼安裝進入沖刺階段。按照計劃，2021年6月，首臺機組將正式投用，剩余11臺機組將以每4個月一臺的頻率陸續(xù)上崗。
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，為冬奧會輸送清潔能源及保證賽事用電安全，被列為首要任務。
國網新源河北豐寧抽水蓄能有限公司機電部副部長陳磊告訴記者，負責為冬奧會場館供電的張北柔直電網，配置著風電和太陽能發(fā)電清潔電源，系統具有孤網運行能力，而電網能否正常運行，豐蓄電站扮演著關鍵作用。
相比火電、核電機組，豐蓄電站發(fā)電機組有個獨門“絕活”——黑啟動。“在電網發(fā)生異常情況時，蓄能機組可在3到5分鐘內迅速響應，為斷電區(qū)域提供電能，將成為‘電網最后一根火柴’。”陳磊說，該能力將為冬奧會和京津及冀北地區(qū)電網安全運行提供保障。
據介紹，豐蓄電站還將在國內首次安裝兩臺變速機組降低對電網沖擊力，填補我國在變速機組建設、運行和管理方面的空白。
降服“流沙河”建設千年工程
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上修建的。”馬雨峰說，由于上游生態(tài)脆弱，水土流失嚴重，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，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”，豐蓄電站委托武漢大學、中國水科院開展了泥沙淤積數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解決方案。
“需要蓄水時，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、導沙明渠等設施，可保障發(fā)電用水幾乎沒有泥沙。
據介紹，作為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，在通過“蓄清排渾”方式解決泥沙問題的同時，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臺機組將被安裝在這里。作為國內抽水蓄能電站中面積最大廠房，這里可同時停放11架波音737客機。
看著上方不停吊裝各類機械設備的大型吊車，國網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。與普通的現澆梁相比，它不設立柱，而是懸空嵌于巖壁，如“巖石之肩”，是整個引水發(fā)電系統的核心控制工程。巖錨梁開挖一直是業(yè)內難題，被比作“雕刻藝術”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，這里山體內部結構非常復雜，裂隙平均每30厘米出現一組，并且呈兩個走向，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，可吊裝3000多噸的巨型機組?建設者們迎難而上。
經過反復試驗，劉雙林和同事們對炮孔位置和用藥量進行精心計算，摸索出分區(qū)分段微差爆破的輪廓控制爆破技術，并在國內首次采用玻璃纖維錨桿預固結、在斜臺雙向光爆中嘗試PVC管代替?zhèn)鹘y竹片的間隔裝藥方式。同時測算出混凝土澆筑溫度須控制在18℃以下、穿插支護等新技術新方法。
經過110天的奮戰(zhàn)，平均半孔率93%以上，單元評定優(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個多月，為明年首臺機組投用奠定了基礎。(河北日報記者 李建成 陳寶云)
