中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月14日，豐寧壩上，光照正好，風(fēng)力充足，風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電量持續(xù)攀升。
近日拍攝的國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站內(nèi)世界單體規(guī)模最大的地下廠(chǎng)房。 河北日?qǐng)?bào)記者 陳寶云攝
“請(qǐng)立即開(kāi)啟2臺(tái)機(jī)組抽水運(yùn)行?！?時(shí)47分，接到華北網(wǎng)調(diào)調(diào)度電話(huà)指令，國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站中控室主值班員田亞平隨即展開(kāi)操作：輸入指令值，按下啟動(dòng)鍵。10分鐘內(nèi)，9號(hào)機(jī)、3號(hào)機(jī)相繼抽水并網(wǎng)。
當(dāng)天，電站陸續(xù)啟動(dòng)8臺(tái)定速機(jī)組抽水，消納新能源電量1069.95萬(wàn)千瓦時(shí)，保證了電網(wǎng)的平穩(wěn)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
憑借豐富的風(fēng)能、太陽(yáng)能資源，張承壩上地區(qū)風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模均突破千萬(wàn)千瓦級(jí)。然而，風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電具有波動(dòng)性、隨機(jī)性，當(dāng)“追風(fēng)逐日”有了規(guī)模，隨之產(chǎn)生的消納和儲(chǔ)能問(wèn)題凸顯出來(lái)。
如何削峰填谷？抽水蓄能電站給出了把風(fēng)光電轉(zhuǎn)化為水勢(shì)的解決方案。
灤河?xùn)|去，流淌至豐寧滿(mǎn)族自治縣四岔口鄉(xiāng)永利村，四周高山聳立，峰嶺成群，水流湍急。豐寧抽水蓄能電站在建設(shè)上合理利用了當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境優(yōu)勢(shì)。
“電站上水庫(kù)位于山谷中央，如同一個(gè)天然水盆，通過(guò)在山體深處修建的6條直徑約7米的雙向水道，與下水庫(kù)相連。兩座水庫(kù)高差達(dá)到425米?！眹?guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司機(jī)電部主任陳磊說(shuō)。
用電低谷時(shí)，電站用富余電能將水從下水庫(kù)抽至上水庫(kù)儲(chǔ)存起來(lái)；用電高峰時(shí)，將水從上水庫(kù)放至下水庫(kù)發(fā)電。
一抽一放，這座世界裝機(jī)容量最大的抽水蓄能電站馴服了“不聽(tīng)話(huà)”的風(fēng)光資源，把低谷過(guò)剩電能轉(zhuǎn)為高峰優(yōu)質(zhì)電能，被譽(yù)為“超級(jí)充電寶”。
自2021年12月30日首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電以來(lái)，截至今年11月13日，豐寧抽水蓄能電站累計(jì)發(fā)電82.39億千瓦時(shí)，消納新能源電量103.97億千瓦時(shí)，削峰填谷效果顯現(xiàn)。
早在1995年，豐寧抽水蓄能電站就開(kāi)始了布局規(guī)劃。由于豐寧地處燕山山脈，地質(zhì)條件復(fù)雜，電站的建設(shè)勘測(cè)等前期工作，前后經(jīng)過(guò)了18年。2013年，電站正式開(kāi)工建設(shè)。
水面如鏡，波光粼粼，站在電站下水庫(kù)大壩上俯視，國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司工程部工程師賈晉感觸良多。誰(shuí)能想到，這里曾是遠(yuǎn)近聞名的“流沙河”。
下水庫(kù)是在原豐寧水庫(kù)基礎(chǔ)上修建的。由于上游生態(tài)脆弱，水土流失嚴(yán)重，當(dāng)時(shí)豐寧水庫(kù)年均入庫(kù)沙量達(dá)171萬(wàn)立方米。賈晉清晰地記得湍急的河水裹挾著泥沙滾滾而來(lái)的場(chǎng)景。
“按當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)，如不解決泥沙問(wèn)題，庫(kù)容4100多萬(wàn)立方米的下水庫(kù)，24年后將被填平?！辟Z晉說(shuō)，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。
為降服“流沙河”，電站委托武漢大學(xué)、中國(guó)水科院開(kāi)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(guò)分析對(duì)比，確定了在原豐寧水庫(kù)庫(kù)尾設(shè)置攔沙壩及泄洪排沙設(shè)施，將庫(kù)區(qū)分成攔沙庫(kù)和蓄能專(zhuān)用下水庫(kù)兩部分的可行性。
“需要蓄水時(shí)，先關(guān)上泄洪排沙洞閘門(mén)，河水中的泥沙得到沉淀后，再打開(kāi)溢洪道閘門(mén)，河水流入蓄能專(zhuān)用下水庫(kù)?！辟Z晉說(shuō)，加上溢洪道、導(dǎo)沙明渠等水工建筑設(shè)施，可保障發(fā)電用水幾乎沒(méi)有泥沙。
10月23日拍攝的國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站地下廠(chǎng)房發(fā)電機(jī)層。河北日?qǐng)?bào)記者 陳寶云攝
但因?yàn)榈刭|(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖施工難度非常大，一不小心就有坍塌的危險(xiǎn)，建設(shè)團(tuán)隊(duì)不得不邊開(kāi)挖邊調(diào)整支護(hù)方案。
經(jīng)過(guò)7年的奮戰(zhàn)，賈晉他們克服了一系列施工技術(shù)難題，終于建成了我國(guó)抽水蓄能電站中泄洪排沙建筑物布置最復(fù)雜的下水庫(kù)，累計(jì)清理灤河底部泥沙180余萬(wàn)立方米，還將校核洪水標(biāo)準(zhǔn)提高到2000年一遇。工程區(qū)內(nèi)濕地面積增加800余畝，黑鸛、白天鵝等珍稀鳥(niǎo)類(lèi)在庫(kù)區(qū)安了家。
驅(qū)車(chē)沿著山路行至一座巨大的山門(mén)。大門(mén)緩緩打開(kāi)，蜿蜒的隧道四通八達(dá)，向內(nèi)行駛一段，方才豁然開(kāi)朗。
這里是世界上單體規(guī)模最大的抽水蓄能電站地下廠(chǎng)房，長(zhǎng)414米、跨度25米、高54.5米，可同時(shí)停放11架波音737客機(jī)，被譽(yù)為電站的心臟。
在千山萬(wàn)壑中建造如此復(fù)雜結(jié)構(gòu)的超大型地下洞室群，參與其中的國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司工程部主任王蘭普至今難掩激動(dòng)。
他回憶，建設(shè)之初，地下廠(chǎng)房出現(xiàn)了以往抽水蓄能電站地下廠(chǎng)房沒(méi)有遇到過(guò)的較大圍巖變形，給廠(chǎng)房開(kāi)挖施工帶來(lái)了較大困擾。其中，洞壁上雕刻出用于安裝吊車(chē)的巖錨梁是必須克服的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
巖錨梁是地下廠(chǎng)房的重要承重構(gòu)件，將承擔(dān)后期發(fā)電機(jī)組全部的安裝及檢修任務(wù)。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”。巖錨梁開(kāi)挖一直是業(yè)內(nèi)難題，被比作“雕刻藝術(shù)”和“巖石上繡花”。
電站所在的山體內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，裂隙平均每30厘米出現(xiàn)一組，爆破開(kāi)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？
通過(guò)反復(fù)梳理分析試驗(yàn)，王蘭普和同事們精心計(jì)算細(xì)化爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，采用玻璃纖維錨桿加固軟弱巖體，首次系統(tǒng)性攻克復(fù)雜地質(zhì)條件下超大型地下洞室群建造關(guān)鍵技術(shù)，用“工筆畫(huà)”雕琢出“巖梁之花”。
歷經(jīng)110天，一條線(xiàn)條流暢的巖錨梁，順利開(kāi)挖完成，工期比原計(jì)劃縮短2個(gè)多月，為電站首臺(tái)機(jī)組投用奠定了基礎(chǔ)。
“5、4、3、2、1，開(kāi)始！”隨著指令下達(dá)，一陣轟隆隆的聲音傳來(lái)，地下廠(chǎng)房里，陳磊和同事正在對(duì)11號(hào)變速機(jī)組進(jìn)行整組啟動(dòng)調(diào)試。
廠(chǎng)房中央，一排白色圓頂形機(jī)組一字排開(kāi)，連接地下輸水系統(tǒng)，這正是整座抽水蓄能電站的關(guān)鍵——12臺(tái)30萬(wàn)千瓦可逆式水泵水輪機(jī)發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。
8月11日，12號(hào)變速機(jī)組順利完成15天試運(yùn)行，正式投產(chǎn)發(fā)電。11號(hào)、12號(hào)兩臺(tái)變速機(jī)組為國(guó)內(nèi)首次引進(jìn)。
“就響應(yīng)速度來(lái)說(shuō)，定速機(jī)組是分鐘級(jí)，變速機(jī)組則可做到秒級(jí)，而且功率可大可小，相當(dāng)于可快充、可慢充?！标惱谡f(shuō)，兩臺(tái)變速機(jī)組投入使用后，電力發(fā)送將更加靈活，更好平衡新能源大規(guī)模接入對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性造成的影響。
相比火電、核電機(jī)組，電站發(fā)電機(jī)組有個(gè)獨(dú)門(mén)“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，被稱(chēng)為“電網(wǎng)最后一根火柴”。
北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)期間，豐寧抽水蓄能電站接入柔性直流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了新能源多點(diǎn)匯集、風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷協(xié)同，在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動(dòng)，保障了北京冬奧場(chǎng)館100%綠電供應(yīng)，為破解新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用難題提供了“中國(guó)方案”。
以山為勢(shì)，化水為能，山水之間，動(dòng)能澎湃。
今年年底，12臺(tái)機(jī)組將全部投運(yùn)，屆時(shí)，豐寧抽水蓄能電站年發(fā)電量將達(dá)66.12億千瓦時(shí)，可滿(mǎn)足260萬(wàn)戶(hù)家庭一年的用電。
