世界最大“超級充電寶”正式滿格運行

2024年12月31日8時08分，世界裝機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號機組正式投入商業(yè)運行，標志著電站實現(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；2021年12月，首批兩臺機組投產(chǎn)發(fā)電……多年來，克服重重挑戰(zhàn)，攻克諸多難關，在燕山深處灤河上游，由我國自主設計建設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?！? 0 2 5年1月1日，拿到電站全面投產(chǎn)發(fā)電首日的最新運行數(shù)據(jù)，豐寧抽水蓄能電站運行部負責人趙日升難掩激動。

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組投入商業(yè)運行，豐寧抽水蓄能電站1 2臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電，這座世界最大“超級充電寶”正式滿格運行。趙日升介紹，作為世界裝機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臺機組滿發(fā)利用小時數(shù)達到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)，風能、光能資源富集，風電、光伏發(fā)電裝機規(guī)模突破1億千瓦。然而，風機、光伏發(fā)電具有波動性、隨機性，當“追風逐日”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運而生。

灤河東去，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，恰恰就依托于這樣的地理環(huán)境優(yōu)勢?！半娬旧纤畮煳挥谏焦戎醒?，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4 2 5米。”電站機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”的風光資源，把低谷過剩電能轉為高峰優(yōu)質(zhì)電能，被譽為“超級充電寶”。

以山為勢，化水為能，山水之間，動能澎湃?！斑@里是建設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)著關鍵位置?！崩兹A宇表示，這里緊臨京津冀負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。綠電的主要來源為太陽能、風能、水能、地熱等。

2 0 2 1年1 2月3 0日，豐寧抽水蓄能電站首批兩臺機組正式投產(chǎn)發(fā)電。它一出場，便用源源不斷的綠電點亮了北京冬奧會場館?！氨本┒瑠W會、冬殘奧會期間，電站接入柔性直流電網(wǎng)，實現(xiàn)了新能源多點匯集、風光儲多能互補、源網(wǎng)荷協(xié)同，在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動?！崩兹A宇介紹，此舉保障了北京冬奧會場館1 0 0% 綠電供應，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?！眹W(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、光等新能源發(fā)電的隨機性、波動性、間歇性問題，能夠快速響應電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)的需求，保障大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

滿格運行后，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)安全運行裝上穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器。

四項世界第一護航穩(wěn)穩(wěn)綠電

裝機容量世界第一、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?！敖ㄔO之初，這還是條難以馴服的‘流沙河’?！彪娬竟こ滩抗こ處熧Z晉說，下水庫在原豐寧水庫基礎上修建，由于上游生態(tài)脆弱，水土流失嚴重，當時水庫年均入庫沙量達1 7 1萬立方米。而泥沙，就是電站建設中碰到的一個“攔路虎”。

“按當初預計，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?！辟Z晉說，平均每立方米9.4 3千克的含沙量，也將對機組造成嚴重磨損，大大降低使用壽命。

為此，電站委托武漢大學、中國水利水電科學研究院開展泥沙淤積數(shù)學模型技術和物理模型實驗，在水庫庫尾設置攔沙壩及泄洪排沙設施，建成了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，累計清理灤河底部泥沙1 8 0余萬立方米。

總裝機3 6 0萬千瓦，相當于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)裝機容量、儲能能力世界第一，打下了堅實基礎。

乘車從山腰處的洞口進入地下廠房，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客機的地下廠房，規(guī)模世界第一。地下洞室多達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)電的機組等核心設施，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?！吧襟w內(nèi)巖石年代久遠，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?！彪娬竟こ滩恐魅瓮跆m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，建設者放棄傳統(tǒng)整體爆破方法，把高達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、錨板等多種技術措施進行加固，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)性攻克復雜地質(zhì)條件下超大型地下洞室群建造關鍵技術，為復雜地質(zhì)條件下抽水蓄能電站建設提供了解決方案。

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

由于是國內(nèi)首次引進，沒有安裝、整組啟動調(diào)試標準和工作經(jīng)驗，技術團隊面臨嚴峻考驗。變速機組轉子重達4 5 5噸，每分鐘轉速高達4 2 8.6轉。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。變速機組轉子上下護環(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)抽蓄機組轉子吊裝最小間隙。

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，創(chuàng)造了我國抽水蓄能發(fā)展史上多個紀錄，先后解決轉子鐵芯變形、定轉子最小吊裝間隙等1 2項關鍵技術難題，填補國內(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)會科學技術進步獎7項，制定國家、行業(yè)標準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)的技術革新和抽蓄電站大規(guī)模、高質(zhì)量開發(fā)建設提供了示范。