天荒坪：高山之巔的別樣風(fēng)景

◎ 文 | 吳冠宇 圖 | 國網(wǎng)新源華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司 編輯 | 任紅

天荒坪抽水蓄能電站位于浙江省安吉縣境內(nèi)，是我國“八五”期間動工興建，“九五”期末建成的重點工程建設(shè)項目，是華東地區(qū)第一座大型抽水蓄能電站，也是我國已建的抽水蓄能電站中單個廠房裝機容量最大的一座。電站自1998年9月投產(chǎn)以來多年平均綜合效率為80.3%，處于同類電站世界先進水平。

天荒坪抽水蓄能電站是華東電網(wǎng)不可或缺的組成部分，它承擔著華東電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用、黑啟動等任務(wù)。對改善華東電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)，提高供電質(zhì)量，推動華東地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，起到十分重要的作用。

天荒坪抽水蓄能電站的興建，還大幅增加了地方財政稅收，改善了當?shù)亟煌ā⑼ㄓ嵉然A(chǔ)設(shè)施；電站上下水庫被打造成為環(huán)境優(yōu)美的風(fēng)景區(qū)，極大推動了旅游事業(yè)的蓬勃發(fā)展，為當?shù)貛砹孙@著的社會和生態(tài)經(jīng)濟效益。

上水庫全景

走進天荒坪

天荒坪抽水蓄能電站位于浙江省安吉縣境內(nèi)，是我國“八五”期間動工興建，“九五”期末建成的重點工程，是華東地區(qū)第一座大型抽水蓄能電站，也是我國已建的抽水蓄能電站中單個廠房裝機容量最大的一座，在世界同類電站中位居前列。

擁有諸多殊榮的天荒坪抽水蓄能電站正是我們此次“中國大壩行”在浙江境內(nèi)的采訪對象之一。

六月，正是江南的梅雨季節(jié)，我們一路驅(qū)車前往天荒坪抽水蓄能電站。群山在細雨的浸潤后更加翠綠，云霧在山間騰升流動，不時有清脆婉轉(zhuǎn)的鳥鳴環(huán)繞谷中。青山環(huán)繞之間一潭碧水突然映入眼簾，這便是此行的目的地——天荒坪抽水蓄能電站。

電站工作人員熱情地接待了我們，并向我們介紹天荒坪電站的相關(guān)情況。天荒坪抽水蓄能電站樞紐包括上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群和開關(guān)站等部分。

眼前的這座水庫是下水庫，位于太湖流域西苕溪支流大溪上。水庫設(shè)有一座面板堆石壩，壩高92米，壩頂高程為350.2米，壩長225.11米；左岸設(shè)有溢洪道，采用側(cè)槽自由溢流方式，不設(shè)閘門，這樣既減少了工程運行費用，又提高了工程的安全性。下水庫最高蓄水位為344.5米，相應(yīng)庫容為859.56萬立方米；設(shè)計洪水位為百年一遇洪水位347.31米，校核洪水位為千年一遇洪水位348.25米，可能最大洪水（PMF）洪水位349.29米。

上水庫位于天荒坪和擱天嶺之間，是利用天然洼地挖填而成，由一座主壩和四座副壩組成，均為土石壩，主壩最大高度72米。主副壩和庫底防滲均采用瀝青混凝土護面。設(shè)計最高蓄水位為905.2米，相應(yīng)庫容919.2萬立方米，這相當于能盛下一個西湖。

上下水庫庫底天然高差約590米，筑壩形成水庫后平均水頭約570米。上下水庫通過輸水系統(tǒng)連接。輸水系統(tǒng)布置有兩條內(nèi)徑7米的鋼筋混凝土襯砌的斜井式高壓岔管，每條岔管各接三根鋼襯支管引水進入水泵水輪機。輸水道平均長度1415.5米。

輸水系統(tǒng)和地下廠房洞室群全部布置在上下水庫之間的山河港左岸山體中。主廠房里布有6臺機組，每臺機組容量30萬千瓦，總裝機容量為180萬千瓦，年發(fā)電量30.14億千瓦時。

天荒坪抽水蓄能電站發(fā)電的原理其實就是電能轉(zhuǎn)化成水的勢能，水的勢能再轉(zhuǎn)化為電能的過程。廠房里的六臺機組實際上既是水泵又是用來發(fā)電的水輪機組。當電網(wǎng)用電量處于低谷時，就利用余電將下水庫的水，通過山體里的輸水管道抽到上水庫將水儲存，到了用電高峰時，再將上水庫的水放下來，利用上下水庫之間的落差，沖擊水輪機，帶動機組發(fā)電。尾水再流入下水庫重復(fù)利用。

當我們走進地下廠房時，恰值晚峰發(fā)電時間，6臺機組一字排開，運轉(zhuǎn)的嗡鳴聲縈繞在整個廠房里。優(yōu)質(zhì)充沛的電能從這里輸往華東電網(wǎng)，走進華東地區(qū)的千家萬戶，點燃萬家燈火。

8年，激情歲月光輝歷史

從地下廠房出來，我們經(jīng)過了一條長廊，長廊兩邊的墻面上掛著天荒坪抽水蓄能電站自興建以來各個重要歷史節(jié)點的珍貴照片，似乎在向每一位參觀者、每一位值守者講述天荒坪抽水蓄能電站的光輝歷史。

抽水蓄能電站在國外已有一百多年的歷史，世界上首座抽水蓄能電站是瑞士蘇黎世的奈特拉電站，1882年建成。20世紀50年代以來，歐美和日本相繼引領(lǐng)世界抽水蓄能電站的建設(shè)潮流。而我國的抽水蓄能電站建設(shè)起步較晚，上世紀60年代后期才開始進行抽水蓄能電站的開發(fā)，1968年和1973年先后建成河北崗南和北京密云兩座小型混合式抽水蓄能電站，裝機容量分別為11兆瓦和22兆瓦。與歐美、日本等發(fā)達國家和地區(qū)相比，我國抽水蓄能電站的建設(shè)存在一定差距。

上世紀80年代中后期，隨著改革開放和社會經(jīng)濟快速發(fā)展，我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，華東、華北和廣東等以火電為主的電網(wǎng)，缺少調(diào)峰手段，調(diào)峰矛盾日益突出，缺電局面由電量缺乏轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)峰容量也缺乏，修建抽水蓄能電站以解決以火電為主的電網(wǎng)的調(diào)峰問題逐步形成共識。為此，國家有關(guān)部門組織開展了較大范圍的抽水蓄能電站資源普查和規(guī)劃選點，制定了抽水蓄能電站發(fā)展規(guī)劃。上世紀90年代，我國抽水蓄能電站建設(shè)進入快速發(fā)展期，先后興建了幾座大型抽水蓄能電站，天荒坪就在其中。

轉(zhuǎn)子吊裝

水泵水輪機安裝

上庫瀝青砼防滲護面

1991年8月，國家計委批準了在浙江省安吉縣興建天荒坪抽水蓄能電站的項目建議書。同年11月，華東電力集團公司天荒坪抽水蓄能電站工程建設(shè)公司正式組建。天荒坪抽水蓄能電站前期準備工程于1992年6月開始，場內(nèi)公路、供水系統(tǒng)、施工通訊系統(tǒng)等相繼開工。1994年3月1日，開始開挖地下廠房頂拱層，電站主體工程正式開始施工。1998年9月30日，首臺機組投入試運行，2000年12月25日，最后一臺機組投產(chǎn)，總工期為8年。

在這八年里，電站建設(shè)者們不怕苦不怕難，堅守在建設(shè)一線。天荒坪的春天多雨多霧，一到梅雨季節(jié)，工地上淤泥能厚達30厘米，人走在上面都很困難，大型機械更是寸步難移。夏天悶熱，建設(shè)者們頂著高溫暴曬堅持作業(yè)。冬天，山上的氣溫降到攝氏零下十度，簡陋的工棚僅能擋住雨雪，擋不住直往人骨頭里鉆的南方濕冷。

在這樣艱苦的條件下，天荒坪抽水蓄能電站的建設(shè)者們高質(zhì)量完成了工程建設(shè)，解決了樞紐總體布局、上水庫防滲技術(shù)、庫岸穩(wěn)定以及高水頭、大容量可逆式機組參數(shù)和結(jié)構(gòu)選擇等一系列重大、關(guān)鍵技術(shù)問題，對于推動我國抽水蓄能事業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

80.3%，世界領(lǐng)先水平的綜合效率

抽水蓄能電站選址和布局時有一項重要的參考數(shù)據(jù)，即為輸水道總長度（L）與電站利用水頭（H）的比值。這個數(shù)值可以反映抽水蓄能電站建設(shè)成本大小和電站運行期水頭損失的程度。因此，一般選擇抽水蓄能電站站址時，不應(yīng)考慮L/H比值較大的站址，比如在美國，該值不希望超過10。

輸水系統(tǒng)的平、立面布置直接關(guān)系到L/H比值的大小。天荒坪電站在上下水庫位置確定后，連接上下水庫的引水發(fā)電系統(tǒng)的布置對抽水蓄能電站的經(jīng)濟性影響顯著。電站建設(shè)者們結(jié)合地下廠房的位置設(shè)置，對引水發(fā)電系統(tǒng)的布置進行了多方案的比較，按地下廠房為首部、中部和尾部，上游輸水系統(tǒng)的平面布置為一洞二機、一洞三機和一洞六機，立面布置為豎井、傾角51°的斜井和傾角60°的斜井，共擬定了11種方案。經(jīng)過技術(shù)上和經(jīng)濟上的綜合比較，最終選擇了尾部地下廠房、高壓管道為58°傾角的斜井、在平面上主管2根（即一洞三機）的方案。最終布置的天荒坪的L/H比值為2.5，是國內(nèi)外已建在建大型純抽水蓄能電站中比值最小的一座。L/H值較小，可以降低輸水道單位長度水頭損失，提高抽-發(fā)循環(huán)的綜合效率。

我國安裝的大型可逆式機組的現(xiàn)代抽水蓄能電站綜合效率，也就是電站抽水效率與發(fā)電效率的乘積，一般為70%至75%，國際上抽水蓄能電站綜合效率為75%至78%，例如，英國的迪諾威克（Dinorwig）抽水蓄能電站，按抽水/發(fā)電的日循環(huán)工況運行，平均效率為78%；德國的倫克豪森（Ronkhausen）蓄能電站綜合效率為75.1%。天荒坪抽水蓄能電站通過充分利用自然條件并采用一系列先進的設(shè)計理念和技術(shù)，自1998年9月投產(chǎn)以來多年平均綜合效率為80.3%，處于同類電站的世界先進水平。

水庫防滲技術(shù)的飛躍

天荒坪抽水蓄能電站上水庫是我國第一次大規(guī)模采用瀝青混凝土面板防滲技術(shù)。

地下廠房

天荒坪電站上水庫工程所處地質(zhì)條件較復(fù)雜，各處巖石的風(fēng)化程度不一，南庫底和西庫岸以全風(fēng)化巖為主，最深達30多米，全風(fēng)化巖中夾強、弱風(fēng)化巖塊，尺寸大小不一，分布不均。水庫蓄水后不均勻沉降難以避免，電站建設(shè)者們在充分比較了鋼筋混凝土面板防滲、瀝青混凝土面板防滲、庫底黏土防滲及其它幾種防滲型式的組合后，選擇了全庫盆瀝青混凝土面板防滲結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是可以最大限度適應(yīng)庫底風(fēng)化巖土的不均勻沉降，不設(shè)結(jié)構(gòu)縫、庫底與岸坡和壩坡護面連成一體可避免接頭滲漏，防滲效果可靠。天荒坪上水庫為國內(nèi)第一個大面積采用瀝青混凝土防滲面板的工程，瀝青混凝土防滲面板總面積達28.5萬平方米，目前總滲漏量穩(wěn)定在2L/s左右，運行良好。

依托天荒坪電站，水電建設(shè)者研究并系統(tǒng)地提出了瀝青、聚酯網(wǎng)和瀝青混凝土技術(shù)指標；在瀝青混凝土面板防滲層施工工藝和方法上實現(xiàn)飛躍，為后期西龍池、呼和浩特抽水蓄能電站建設(shè)提供了范例。天荒坪電站之后，瀝青混凝土防滲面板施工由借鑒國外技術(shù)發(fā)展到全面自主施工，并發(fā)展了改性瀝青混凝土面板設(shè)計和施工技術(shù)，逐步實現(xiàn)了高品質(zhì)瀝青材料國產(chǎn)化。

華東電網(wǎng)高質(zhì)供電的強大保障

天荒坪抽水蓄能電站是華東電網(wǎng)不可或缺的有機組成部分，它承擔著華東電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)，同時具備調(diào)頻、調(diào)相、事故備用和黑啟動等任務(wù)。對改善華東電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)，提高供電質(zhì)量，避免大面積停電系統(tǒng)瓦解事故，推動華東地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，起到十分重要的作用。

上水庫風(fēng)景

天荒坪電站地處長江三角洲中心，靠近華東電網(wǎng)負荷中心，調(diào)峰能力極強。電站高峰發(fā)電能力為180萬千瓦，低谷填谷能力為198萬千瓦，峰谷最大調(diào)峰能力可達378萬千瓦，目前華東最大峰谷差8200萬，調(diào)峰能力占4.39%。

天荒坪抽水蓄能電站自投產(chǎn)以來，典型的運行方式是每天早、晚峰發(fā)電，早峰8時至12時，晚峰17時至22時，低谷23時至次日6時抽水，即“兩抽一發(fā)”。在系統(tǒng)負荷特別緊張時，電站采用“兩發(fā)兩抽”“三發(fā)兩抽”運行方式最大限度滿足系統(tǒng)需求。

天荒坪電站機組具有快速響應(yīng)能力，由靜態(tài)到滿載發(fā)電僅需2分鐘，為電網(wǎng)應(yīng)急調(diào)頻和事故備用創(chuàng)造了非常有利的條件和手段。天荒坪抽水蓄能電站在華東電網(wǎng)歷次重大事故處理過程中都展現(xiàn)了卓越的性能。例如，2018年7月4日16時44分14秒至16時46分14秒，紹興站損失2147兆瓦，系統(tǒng)頻率降至49.92赫茲，天荒坪抽水蓄能電站一次調(diào)頻正確動作，總出力由1138兆瓦升至1162兆瓦，四臺機組出力及導(dǎo)葉開度均增加，使系統(tǒng)逐步恢復(fù)正常運行。

并且，當華東電網(wǎng)一旦處于癱瘓狀態(tài)時，天荒坪電站可以作為500千伏主網(wǎng)架的黑啟動電源。黑啟動就是在整個電力系統(tǒng)因故障停運后，處于全“黑”狀態(tài)時，不依賴別的網(wǎng)絡(luò)的幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力的機組的啟動，帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的恢復(fù)。電網(wǎng)崩潰后，柴油發(fā)電機作為天荒坪電站唯一的安保電源，提供廠用電，其容量為650千伏，可以供一臺機組黑啟動。電站一次可向系統(tǒng)提供60萬千瓦時的事故電源，電源前備用；能夠頂替60萬千瓦事故運行一小時，運行前加容量。黑啟動時，利用這60萬千瓦時寶貴資源，帶動系統(tǒng)其他發(fā)電機組，并逐步恢復(fù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

安吉縣天荒坪鎮(zhèn)余村，三面青山環(huán)繞，入眼皆是美景。 攝影/黎明

資源開發(fā)與生態(tài)保護的平衡

天荒坪抽水蓄能電站的興建，大幅增加了地方財政稅收，改善了當?shù)亟煌ā⑼ㄓ嵉然A(chǔ)設(shè)施，電站上下水庫被打造成為環(huán)境優(yōu)美的風(fēng)景區(qū)，極大推動了當?shù)芈糜问聵I(yè)蓬勃發(fā)展，為當?shù)貛砹孙@著的社會和生態(tài)經(jīng)濟效益。

1991年，天荒坪抽水蓄能電站工程建設(shè)公司成立時，安吉縣還是一個貧困縣。1992年6月，天荒坪電站前期準備工程開工，8月，原安吉縣山河鄉(xiāng)更名為天荒坪鎮(zhèn)。1994年，電站進入施工高峰期，從小鎮(zhèn)到電站建設(shè)工地，處處機器轟鳴，大型施工車輛往來穿梭，一派熱火朝天的建設(shè)景象。這個時期，大量外來人口涌進這個浙北山區(qū)小鎮(zhèn)，小鎮(zhèn)的百行百業(yè)也逐漸開始興旺。

建設(shè)期間，天荒坪抽水蓄能電站工程建設(shè)公司也有意為當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展助力，支出5067萬元用于當?shù)貙ν夤泛碗娬鞠掠螡G溪河治理等地方收益的交通和水利項目。一條電站上下水庫的連接公路因帶動了周圍鄉(xiāng)村經(jīng)濟發(fā)展，被當?shù)卮迕駛兎Q為“十里致富路”。

除了推動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，天荒坪抽水蓄能電站還尤為關(guān)注生態(tài)保護，并在建設(shè)過程中從生態(tài)的角度對電站選址布局進行了考量。整個電站的建設(shè)是在基于不破壞整體生態(tài)的前提下進行的，除去裸露在外的水庫工程，其余比如地下廠房洞室群等都在山體內(nèi)進行建設(shè)。寧可花大資本與人力開挖山體內(nèi)部，也不從外部進行施工，以盡量減少水電開發(fā)對當?shù)丨h(huán)境的影響，旨在保護當?shù)氐纳鷳B(tài)。

隨著電站建成蓄水后，天荒坪電站的上下水庫如今都已是環(huán)境優(yōu)美秀麗的風(fēng)景區(qū)。每年來此的游客絡(luò)繹不絕。

2019年春節(jié)假期，電影《飛馳人生》開片不久，男主角張弛練車時疾馳的賽道正是在浙江安吉的天荒坪電站下水庫。 攝影/視覺中國

下水庫現(xiàn)在形成了一片集幽谷、青山、瀑布、小溪一體的風(fēng)景區(qū)，并且有一個好聽的名字——“長谷洞天”。從下水庫到上水庫有一條長12公里的盤山公路，也就是前文中提到的“十里致富路”。這條路還以高山美景和彎道出名。今年年初上映的電影《飛馳人生》就在這條盤山公路和下水庫取景：沈騰所飾演的男主角張馳駕著一輛白色的賽車，在彎曲的公路上飛馳，鏡頭從下水庫的壩頂掠過，壩后是一道道“之”字形公路，賽車連續(xù)飄移過幾連發(fā)夾彎，刺激得讓人血脈僨張。

我們沿著電影里的這條公路，從下水庫驅(qū)車前往上水庫。上水庫風(fēng)景區(qū)名叫“江南天池”，是國家4A級景區(qū)。它如一面倒映著天空的鏡子安靜地躺在群山之巔，云霧繚繞在四周的山頂，宛如瑤池仙境。

電站工作人員介紹說，這里夏日能避暑親水，冬日能在被稱為“江南的長白山”的冬季野外滑雪場，盡享滑雪之樂，滑雪之余還可以去竹林間的高山溫泉放松身心。而且，這里還是享譽天文界的觀星夜公園，是全國首個夜天光保護區(qū)。晴朗的夜晚，會有大批天文愛好者聚集在此。優(yōu)美的風(fēng)景吸引了大量游客的到來，這讓水庫周邊村子里的很多人家看到了商機，都開起了農(nóng)家樂和民宿，比電站庫區(qū)所在的大溪村涌現(xiàn)出兩百多戶農(nóng)家樂，成了“浙北農(nóng)家樂第一村”，并且近年來還逐步向高品質(zhì)民宿轉(zhuǎn)化，成為來這里旅游不可錯過的一項特色體驗。不僅在大溪村，旅游業(yè)還帶動了例如余村、山河村等村莊的發(fā)展，如今的安吉縣也已是國內(nèi)著名的生態(tài)旅游縣。

站在天荒坪的最高點擱天嶺，俯瞰整個上水庫，群山環(huán)抱，翠竹簇擁，人工與自然完美結(jié)合。天荒坪抽水蓄能電站的建設(shè)從壩址選址開始就堅持在保護中開發(fā)，開發(fā)中保護，實踐結(jié)果證明水電開發(fā)不僅可以滿足經(jīng)濟發(fā)展需求，也能在資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護中找到平衡，并且發(fā)揮出顯著的生態(tài)經(jīng)濟效益。