世界最大“超級充電寶”正式滿格運(yùn)行

2024年12月31日8時08分，世界裝機(jī)容量最大的抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站11號機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行，標(biāo)志著電站實現(xiàn)全面投產(chǎn)發(fā)電。

1995年，啟動項目前期工作；2013年5月，正式開工建設(shè)；2021年12月，首批兩臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電……多年來，克服重重挑戰(zhàn)，攻克諸多難關(guān)，在燕山深處灤河上游，由我國自主設(shè)計建設(shè)的世界最大抽水蓄能電站，從夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。

為京津冀輸送綿綿綠電

“昨天，電站單日抽水電量1 2 2 7.1 6萬千瓦時，發(fā)電6 6 4.6 7萬千瓦時。”2 0 2 5年1月1日，拿到電站全面投產(chǎn)發(fā)電首日的最新運(yùn)行數(shù)據(jù)，豐寧抽水蓄能電站運(yùn)行部負(fù)責(zé)人趙日升難掩激動。

2 0 2 4年1 2月3 1日8時0 8分，隨著最后一臺變速機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，豐寧抽水蓄能電站1 2臺機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，這座世界最大“超級充電寶”正式滿格運(yùn)行。趙日升介紹，作為世界裝機(jī)容量最大的抽水蓄能電站，電站上水庫一次蓄滿可儲存新能源電量近4 0 0 0萬千瓦時，1 2臺機(jī)組滿發(fā)利用小時數(shù)達(dá)到1 0.8小時，是華北地區(qū)唯一具有周調(diào)節(jié)性能的抽水蓄能電站。

燕山迤邐，灤河蜿蜒。海河流域灤河干流上游，距北京市直線距離1 8 0千米、距承德市直線距離1 7 0千米的群山之間，兩片湖水清澈明亮，豐寧抽水蓄能電站就位于這里。

河北特別是張承壩上地區(qū)，風(fēng)能、光能資源富集，風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模突破1億千瓦。然而，風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電具有波動性、隨機(jī)性，當(dāng)“追風(fēng)逐日”有了規(guī)模，隨之產(chǎn)生的消納和儲能問題就凸顯出來。如何削峰填谷？為解決這個問題，一座抽水蓄能電站應(yīng)運(yùn)而生。

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。豐寧抽水蓄能電站的建設(shè)，恰恰就依托于這樣的地理環(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(dá)到4 2 5米。”電站機(jī)電部高級師雷華宇說。

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，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(yù)為“超級充電寶”。

以山為勢，化水為能，山水之間，動能澎湃。“這里是建設(shè)抽水蓄能電站的絕佳之地，同樣也在京津冀電網(wǎng)格局中占據(jù)著關(guān)鍵位置。”雷華宇表示，這里緊臨京津冀負(fù)荷中心和冀北千萬千瓦級新能源基地，是華北、東北地區(qū)綠電進(jìn)京必經(jīng)通道。

“綠電”即綠色電力，指通過零（或趨近于零）二氧化碳排放的發(fā)電方式產(chǎn)生的電力，具有環(huán)保、可持續(xù)等特點(diǎn)。綠電的主要來源為太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)岬取?/p>

2 0 2 1年1 2月3 0日，豐寧抽水蓄能電站首批兩臺機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。它一出場，便用源源不斷的綠電點(diǎn)亮了北京冬奧會場館。“北京冬奧會、冬殘奧會期間，電站接入柔性直流電網(wǎng)，實現(xiàn)了新能源多點(diǎn)匯集、風(fēng)光儲多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷協(xié)同，在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動。”雷華宇介紹，此舉保障了北京冬奧會場館1 0 0% 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”。

自首批兩臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電至2 0 2 4年1 2月3 1日，電站已累計發(fā)電8 7.8 3億千瓦時，消納新能源1 1 0.8 4億千瓦時。如今，火力全開的“超級充電寶”，將在京津冀能源格局中扮演更重要的角色。

“抽水蓄能是目前技術(shù)最為成熟的大容量儲能方式，是電力系統(tǒng)安全防御體系的重要組成部分。”國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司董事長倪晉兵表示，它可以有效解決風(fēng)、光等新能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動性、間歇性問題，能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)的需求，保障大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

滿格運(yùn)行后，豐寧抽水蓄能電站每年可消納綠電8 7.1 6億千瓦時，供應(yīng)綠電6 6億千瓦時，可滿足2 6 0萬戶家庭一年用電量，為京津及冀北地區(qū)電網(wǎng)安全運(yùn)行裝上穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器。

四項世界第一護(hù)航穩(wěn)穩(wěn)綠電

裝機(jī)容量世界第一、儲能能力世界第一、地下廠房規(guī)模世界第一、地下洞室群規(guī)模世界第一，“手握”四項世界第一，豐寧抽水蓄能電站將綿綿綠電穩(wěn)穩(wěn)送達(dá)京津冀。如此戰(zhàn)績?nèi)绾螣挸桑?/p>

寒冬時節(jié)，電站下水庫晶瑩的冰面，被冬日暖陽照得閃閃發(fā)亮。“建設(shè)之初，這還是條難以馴服的‘流沙河’。”電站工程部工程師賈晉說，下水庫在原豐寧水庫基礎(chǔ)上修建，由于上游生態(tài)脆弱，水土流失嚴(yán)重，當(dāng)時水庫年均入庫沙量達(dá)1 7 1萬立方米。而泥沙，就是電站建設(shè)中碰到的一個“攔路虎”。

“按當(dāng)初預(yù)計，如不解決泥沙問題，庫容4 1 0 0多萬立方米的下水庫，2 4年后將被填平。”賈晉說，平均每立方米9.4 3千克的含沙量，也將對機(jī)組造成嚴(yán)重磨損，大大降低使用壽命。

為此，電站委托武漢大學(xué)、中國水利水電科學(xué)研究院開展泥沙淤積數(shù)學(xué)模型技術(shù)和物理模型實驗，在水庫庫尾設(shè)置攔沙壩及泄洪排沙設(shè)施，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1 8 0余萬立方米。

總裝機(jī)3 6 0萬千瓦，相當(dāng)于1/6個三峽水電站；上水庫庫容4 5 0 4萬立方米，一次最大儲能近4 0 0 0萬千瓦時……泥沙問題的妥善解決，讓兩個水庫實現(xiàn)暢通的水循環(huán)，為電站實現(xiàn)裝機(jī)容量、儲能能力世界第一，打下了堅實基礎(chǔ)。

乘車從山腰處的洞口進(jìn)入地下廠房，一條條洞室縱橫交錯，規(guī)模龐大的地下工程令人驚嘆。這里是可同時停放1 1架波音7 3 7客機(jī)的地下廠房，規(guī)模世界第一。地下洞室多達(dá)1 9 0條，總長度5 0.1 4千米，規(guī)模世界第一。

在豐寧抽水蓄能電站的布局中，連接上下水庫的管道、用于抽水發(fā)電的機(jī)組等核心設(shè)施，全部位于大山腹中。要在大山中掏出一個穩(wěn)固且龐大的空間，難度可想而知。“山體內(nèi)巖石年代久遠(yuǎn)，蝕變帶、裂隙多，平均每3 0厘米就會出現(xiàn)一組裂隙，傳統(tǒng)工藝開挖，很可能塌方或變形。”電站工程部主任王蘭普說，剛開建，地質(zhì)變形難題就橫在他們面前。

為啃下這塊硬骨頭，建設(shè)者放棄傳統(tǒng)整體爆破方法，把高達(dá)5 4.5米的地下廠房分成9層，在施工中不斷通過錨桿、錨索、錨板等多種技術(shù)措施進(jìn)行加固，如穿糖葫蘆般有效控制地下廠房開挖中的變形問題。2 0 1 9年1 0月2 8日，地下洞室開挖完成，該電站在國內(nèi)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)，為復(fù)雜地質(zhì)條件下抽水蓄能電站建設(shè)提供了解決方案。

走進(jìn)地下廠房，1 2臺機(jī)組一字排開。雷華宇一直密切關(guān)注著機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)。1 2臺機(jī)組中，1 1號、1 2號兩臺變速機(jī)組是雷華宇的“心尖子”，它們是國內(nèi)首次引進(jìn)的大型變速抽水蓄能機(jī)組，響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求更加靈活。“定速機(jī)組在勵磁系統(tǒng)投入后到完全并網(wǎng)需5 0多秒，而變速機(jī)組只需2秒。”雷華宇說，變速機(jī)組不僅響應(yīng)更快，還能更加精準(zhǔn)滿足電網(wǎng)需求，做到按需供應(yīng)。

由于是國內(nèi)首次引進(jìn)，沒有安裝、整組啟動調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)和工作經(jīng)驗，技術(shù)團(tuán)隊面臨嚴(yán)峻考驗。變速機(jī)組轉(zhuǎn)子重達(dá)4 5 5噸，每分鐘轉(zhuǎn)速高達(dá)4 2 8.6轉(zhuǎn)。由于缺乏安裝經(jīng)驗，最初安裝時就出現(xiàn)整體疊裝完成后鐵芯變形等突發(fā)問題。變速機(jī)組轉(zhuǎn)子上下護(hù)環(huán)與定子鐵心理論單邊間隙僅為5毫米，加上吊裝過程中保護(hù)墊板3毫米厚度影響，吊入間隙僅剩2毫米，為目前國內(nèi)抽蓄機(jī)組轉(zhuǎn)子吊裝最小間隙。

多少個日夜，雷華宇和一群平均年齡僅3 0.5歲的同事們一次次攻關(guān)，創(chuàng)造了我國抽水蓄能發(fā)展史上多個紀(jì)錄，先后解決轉(zhuǎn)子鐵芯變形、定轉(zhuǎn)子最小吊裝間隙等1 2項關(guān)鍵技術(shù)難題，填補(bǔ)國內(nèi)空白。

截至目前，豐寧抽水蓄能電站累計獲得省級、行業(yè)協(xié)會科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎7項，制定國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7項，獲得發(fā)明專利1 3項、實用新型專利5 6項，為我國抽水蓄能行業(yè)的技術(shù)革新和抽蓄電站大規(guī)模、高質(zhì)量開發(fā)建設(shè)提供了示范。