中國儲能網(wǎng)訊：11月14日，豐寧壩上，光照正好，風(fēng)力充足，風(fēng)機、光伏發(fā)電量持續(xù)攀升。
近日拍攝的國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站內(nèi)世界單體規(guī)模最大的地下廠房。 河北日報記者 陳寶云攝
“請立即開啟2臺機組抽水運行。”9時47分，接到華北網(wǎng)調(diào)調(diào)度電話指令，國網(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操作：輸入指令值，按下啟動鍵。10分鐘內(nèi)，9號機、3號機相繼抽水并網(wǎng)。
當(dāng)天，電站陸續(xù)啟動8臺定速機組抽水，消納新能源電量1069.95萬千瓦時，保證了電網(wǎng)的平穩(wěn)、高效運轉(zhuǎn)。
憑借豐富的風(fēng)能、太陽能資源，張承壩上地區(qū)風(fēng)電、光伏裝機規(guī)模均突破千萬千瓦級。然而，風(fēng)機、光伏發(fā)電具有波動性、隨機性，當(dāng)“追風(fēng)逐日”有了規(guī)模，隨之產(chǎn)生的消納和儲能問題凸顯出來。
如何削峰填谷？抽水蓄能電站給出了把風(fēng)光電轉(zhuǎn)化為水勢的解決方案。
灤河?xùn)|去，流淌至豐寧滿族自治縣四岔口鄉(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。
“電站上水庫位于山谷中央，如同一個天然水盆，通過在山體深處修建的6條直徑約7米的雙向水道，與下水庫相連。兩座水庫高差達到425米。”國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司機電部主任陳磊說。
用電低谷時，電站用富余電能將水從下水庫抽至上水庫儲存起來；用電高峰時，將水從上水庫放至下水庫發(fā)電。
一抽一放，這座世界裝機容量最大的抽水蓄能電站馴服了“不聽話”的風(fēng)光資源，把低谷過剩電能轉(zhuǎn)為高峰優(yōu)質(zhì)電能，被譽為“超級充電寶”。
自2021年12月30日首臺機組投產(chǎn)發(fā)電以來，截至今年11月13日，豐寧抽水蓄能電站累計發(fā)電82.39億千瓦時，消納新能源電量103.97億千瓦時，削峰填谷效果顯現(xiàn)。
早在1995年，豐寧抽水蓄能電站就開始了布局規(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)勘測等前期工作，前后經(jīng)過了18年。2013年，電站正式開工建設(shè)。
水面如鏡，波光粼粼，站在電站下水庫大壩上俯視，國網(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。誰能想到，這里曾是遠近聞名的“流沙河”。
下水庫是在原豐寧水庫基礎(chǔ)上修建的。由于上游生態(tài)脆弱，水土流失嚴重，當(dāng)時豐寧水庫年均入庫沙量達171萬立方米。賈晉清晰地記得湍急的河水裹挾著泥沙滾滾而來的場景。
“按當(dāng)時預(yù)計，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?！辟Z晉說，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”，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)和物理模型實驗。通過分析對比，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可行性。
“需要蓄水時，先關(guān)上泄洪排沙洞閘門，河水中的泥沙得到沉淀后，再打開溢洪道閘門，河水流入蓄能專用下水庫?！辟Z晉說，加上溢洪道、導(dǎo)沙明渠等水工建筑設(shè)施，可保障發(fā)電用水幾乎沒有泥沙。
10月23日拍攝的國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站地下廠房發(fā)電機層。河北日報記者 陳寶云攝
但因為地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖施工難度非常大，一不小心就有坍塌的危險，建設(shè)團隊不得不邊開挖邊調(diào)整支護方案。
經(jīng)過7年的奮戰(zhàn)，賈晉他們克服了一系列施工技術(shù)難題，終于建成了我國抽水蓄能電站中泄洪排沙建筑物布置最復(fù)雜的下水庫，累計清理灤河底部泥沙180余萬立方米，還將校核洪水標(biāo)準提高到2000年一遇。工程區(qū)內(nèi)濕地面積增加800余畝，黑鸛、白天鵝等珍稀鳥類在庫區(qū)安了家。
驅(qū)車沿著山路行至一座巨大的山門。大門緩緩打開，蜿蜒的隧道四通八達，向內(nèi)行駛一段，方才豁然開朗。
這里是世界上單體規(guī)模最大的抽水蓄能電站地下廠房，長414米、跨度25米、高54.5米，可同時停放11架波音737客機，被譽為電站的心臟。
在千山萬壑中建造如此復(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。
他回憶，建設(shè)之初，地下廠房出現(xiàn)了以往抽水蓄能電站地下廠房沒有遇到過的較大圍巖變形，給廠房開挖施工帶來了較大困擾。其中，洞壁上雕刻出用于安裝吊車的巖錨梁是必須克服的關(guān)鍵問題之一。
巖錨梁是地下廠房的重要承重構(gòu)件，將承擔(dān)后期發(fā)電機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？
通過反復(fù)梳理分析試驗，王蘭普和同事們精心計算細化爆破設(shè)計參數(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”雕琢出“巖梁之花”。
歷經(jīng)110天，一條線條流暢的巖錨梁，順利開挖完成，工期比原計劃縮短2個多月，為電站首臺機組投用奠定了基礎(chǔ)。
“5、4、3、2、1，開始！”隨著指令下達，一陣轟隆隆的聲音傳來，地下廠房里，陳磊和同事正在對11號變速機組進行整組啟動調(diào)試。
廠房中央，一排白色圓頂形機組一字排開，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30萬千瓦可逆式水泵水輪機發(fā)電電動機組。
8月11日，12號變速機組順利完成15天試運行，正式投產(chǎn)發(fā)電。11號、12號兩臺變速機組為國內(nèi)首次引進。
“就響應(yīng)速度來說，定速機組是分鐘級，變速機組則可做到秒級，而且功率可大可小，相當(dāng)于可快充、可慢充?！标惱谡f，兩臺變速機組投入使用后，電力發(fā)送將更加靈活，更好平衡新能源大規(guī)模接入對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成的影響。
相比火電、核電機組，電站發(fā)電機組有個獨門“絕活”——黑啟動。在電網(wǎng)發(fā)生異常情況時，蓄能機組可在3到5分鐘內(nèi)迅速響應(yīng)，為斷電區(qū)域提供電能，被稱為“電網(wǎng)最后一根火柴”。
北京冬奧會、冬殘奧會期間，豐寧抽水蓄能電站接入柔性直流電網(wǎng)，實現(xiàn)了新能源多點匯集、風(fēng)光儲多能互補、源網(wǎng)荷協(xié)同，在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動，保障了北京冬奧場館100%綠電供應(yīng)，為破解新能源大規(guī)模開發(fā)利用難題提供了“中國方案”。
以山為勢，化水為能，山水之間，動能澎湃。
今年年底，12臺機組將全部投運，屆時，豐寧抽水蓄能電站年發(fā)電量將達66.12億千瓦時，可滿足260萬戶家庭一年的用電。
