由中國電建設(shè)計施工的河北豐寧抽水蓄能電站，將為北京冬奧會實現(xiàn)100%綠色電能供應(yīng)提供可靠保障
□ 鐘洪明 李俊敏
2021年12月30日，由中國電建設(shè)計施工的世界最大抽水蓄能電站——河北豐寧抽水蓄能電站首批機組正式投產(chǎn)發(fā)電，將為北京冬奧會歷史上首次實現(xiàn)100%綠色電能供應(yīng)提供可靠保障。
該項目總裝機容量360萬千瓦，分兩期開發(fā)，同期建設(shè)，一二期各180萬千瓦，被譽為世界最大的“充電寶”和抽蓄電站領(lǐng)域的“百科全書”。電站樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房及開關(guān)站組成，共安裝12臺單機容量為30萬千瓦的單級混流可逆式水泵水輪發(fā)電電動機組。其中兩臺為變速機組。
豐寧電站建設(shè)創(chuàng)造了抽水蓄能電站四項“第一”：裝機容量世界第一。共安裝12臺30萬千瓦單級可逆式水泵水輪發(fā)電電動機組，總裝機360萬千瓦，為世界抽水蓄能電站之最。儲能能力世界第一。12臺機組滿發(fā)利用小時數(shù)達10.8小時，是華北唯一具有周調(diào)節(jié)性能的抽水蓄能電站。地下廠房規(guī)模世界第一。地下廠房單體總長度414米，高度54.5米，跨度25米，是最大的抽水蓄能地下廠房。地下洞室群規(guī)模世界第一。豐寧電站地下洞室多達190條，總長度50.14千米，地下工程規(guī)模龐大。
中國電力建設(shè)集團有限公司（以下簡稱“中國電建”）旗下有8家成員企業(yè)參加了工程建設(shè)。其中，北京院承擔(dān)了勘測設(shè)計工作，水電三局承擔(dān)了引水系統(tǒng)及金屬結(jié)構(gòu)安裝，水電七局、水電十四局承擔(dān)了地下廠房工程，水電三局、水電七局聯(lián)合體承擔(dān)了機電安裝，華東院承擔(dān)了工程監(jiān)理工作，西北院承擔(dān)了安全監(jiān)測和土建試驗，成都院和中南院承擔(dān)了物探檢驗檢測工作。
項目一二期工程分別于2013年5月29日、2015年9月23日開工建設(shè)。建設(shè)過程中，中國電建設(shè)計施工團隊踐行“兩山”理論，積極建設(shè)環(huán)境友好型抽水蓄能電站典范，最大限度保護現(xiàn)有自然生態(tài)，通過景觀表現(xiàn)傳承和延伸草原電站文化，提升電站整體視覺效果。設(shè)計方北京院推動采用交流勵磁變速機組，配合張北柔性直流電網(wǎng)實現(xiàn)孤網(wǎng)運行，填補了國內(nèi)水電行業(yè)空白；水電三局在斜井導(dǎo)井開挖中，在國內(nèi)抽水蓄能行業(yè)率先采用定向鉆精確開孔，反井鉆反拉形成導(dǎo)井施工技術(shù)，出鉆點偏差在50厘米以內(nèi)，達到世界先進水平；水電七局在地下廠房頂拱支護中，采用主動防護網(wǎng)倒掛方式加強支護，開創(chuàng)了國內(nèi)水電先例，確保了廠房穩(wěn)定和后續(xù)施工安全，成功解決了超大規(guī)模地下洞室群穩(wěn)定問題；水電三局水電七局聯(lián)合體推廣使用布料機澆筑機組混凝土，使用BIM軟件進行電纜敷設(shè)，在我國抽水蓄能行業(yè)尚屬首次。
該電站建設(shè)實現(xiàn)了三個“首次”。首次實現(xiàn)抽蓄電站接入柔性直流電網(wǎng)。電站接入張北柔直換流站，發(fā)揮負(fù)荷調(diào)節(jié)和區(qū)域穩(wěn)定協(xié)調(diào)控制作用，有效實現(xiàn)新能源多點匯集、風(fēng)光儲多能互補、時空互補、源網(wǎng)荷協(xié)同，支撐具有網(wǎng)絡(luò)特性的直流電網(wǎng)高可靠高效率運行。首次在國內(nèi)采用大型變速抽水蓄能機組技術(shù)。電站二期工程采用兩臺交流勵磁變速機組，與傳統(tǒng)定速機組相比，具有水泵功率有效調(diào)節(jié)、運行效率更高、調(diào)度更靈活等優(yōu)越性。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)，為今后抽蓄大規(guī)模開發(fā)建設(shè)提供了技術(shù)保障和工程示范。
作為京津冀電網(wǎng)的主要調(diào)節(jié)電源，具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用和黑啟動等“六大功能”，被譽為托起京津冀能源電力轉(zhuǎn)型的“金鑰匙”，是該區(qū)域電網(wǎng)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。電站的建設(shè)對于確保電網(wǎng)安全、促進新能源消納、促進首都經(jīng)濟圈生態(tài)環(huán)境保護、助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)具有重要意義。
據(jù)了解，豐寧抽水蓄能電站12臺機組將于2024年全部實現(xiàn)投產(chǎn)發(fā)電，每年可消納過剩電能87億千瓦時，年發(fā)電量62.88億千瓦時，可滿足260萬戶家庭一年的用電，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤48萬噸，減少碳排放120萬噸，相當(dāng)于造林24萬余畝。
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