由北京城區(qū)驅(qū)車向北，過懷柔，眼前群山巍然，峰嶺環(huán)繞。深冬的華北樹木凋零，殘雪未消，掩映在崇山峻嶺間，平添幾分蒼涼豪邁。近豐寧境，山勢險峻，路多崎嶇，灤河?xùn)|去，落日雄渾，耳畔只有發(fā)動機(jī)的轟鳴和呼嘯的朔風(fēng)……
在這偏遠(yuǎn)貧瘠的山區(qū)，人們的視線似乎很難聚焦于此，但就在這燕山迤邐、灤河蜿蜒處，群山秀麗、峰嶺懷抱間，歷經(jīng)八年的“深山礪劍”，由中國電建集團(tuán)承擔(dān)設(shè)計和施工的世界最大抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站于2021年12月29日，實(shí)現(xiàn)了首批機(jī)組（1號機(jī)組、10號機(jī)組）正式投產(chǎn)發(fā)電。它承載著榮耀、光環(huán)與使命，投身到我國能源事業(yè)建設(shè)與發(fā)展的洪流之中。
豐寧抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模居世界首位，共安裝12臺單機(jī)容量300兆瓦的水泵水輪機(jī)/發(fā)電電動機(jī)組，總裝機(jī)容量3600兆瓦，工程總投資192億元，分兩期開發(fā)建設(shè)，一、二期工程裝機(jī)容量分別為1800兆瓦，預(yù)計年發(fā)電量可達(dá)到62.88 億千瓦時。
電站12臺機(jī)組全部投運(yùn)后，一次連續(xù)滿裝機(jī)發(fā)電最長可達(dá)近11小時，具有強(qiáng)大的調(diào)峰儲能作用，是華北地區(qū)唯一具有周調(diào)節(jié)性能的抽水蓄能電站，作為京津及冀北地區(qū)新能源大規(guī)模開發(fā)與接入的“護(hù)航員”，是實(shí)現(xiàn)京津及冀北電網(wǎng)構(gòu)建以新能源為主體新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。 同時，作為2022年北京冬奧會配套的綠色能源重點(diǎn)工程，還肩負(fù)起冬奧會和京津及冀北地區(qū)電網(wǎng)安全運(yùn)行的保障責(zé)任，為北京冬奧提供綠色電力保障。
知道么，這個世界最大的抽水蓄能標(biāo)志性工程，從預(yù)可研到投產(chǎn)發(fā)電，已走過了近三十年的歷程。多年來，幾代電建人賡續(xù)家國情懷，傳承工匠薪火，堅守深山，筑夢江河，用責(zé)任與信念，傳承與創(chuàng)新，拼搏與實(shí)干，堅韌與奮斗，譜寫了一曲激蕩人心的“豐蓄”贊歌。
近三十年的逐夢礪劍，樹立了這座我國抽水蓄能電站建設(shè)史上的豐碑，它究竟取得了怎樣的卓越成就？蘊(yùn)含著哪些令人驚嘆的“科技密碼”？
“雕刻”山川——鑄就雄偉“地下宮殿”
施工中的豐寧抽水蓄能電站地下廠房，燈火通明，亮如白晝，焊花四射，機(jī)器轟鳴。行走于此，但見洞室群縱橫交錯、上下連通，仿佛進(jìn)入了恢弘壯麗的地下宮殿，不由得驚嘆于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)達(dá)和大國工匠的“神通廣大”。
豐寧抽水蓄能電站地下洞室群主要由地下廠房和主變洞等組成，地下廠房長414米，寬25米，高55米；主變洞長450.5米，寬21米，高22.5米，其規(guī)模在世界抽水蓄能電站中位居第一,世界水電站中位居第四，兩個主要洞室的開挖體積就能夠放下13個故宮太和殿。鑄就如此宏偉的工程，需要“巧奪天工”的設(shè)計理念和精準(zhǔn)細(xì)膩的“巖上雕花”功夫。
地下廠房規(guī)模大、機(jī)組臺數(shù)多、機(jī)組間距小、洞室交叉縱橫，加之區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件較差，施工難度很大。地下廠房開挖過程中，受區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、圍巖完整性差、巖體蝕變、不利地應(yīng)力等共同影響，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，給地下廠房開挖支護(hù)設(shè)計及施工帶來了較大困擾。
針對上述情況，為提供安全、可靠的設(shè)計思路，全力保證地下廠房的安全建設(shè)和施工，北京院集思廣益，對地下廠房開展了系統(tǒng)、全面的研究論證，從地質(zhì)賦存環(huán)境、關(guān)鍵塊體穩(wěn)定、開挖變形與應(yīng)力擾動機(jī)制及加固效果，到巖體分級、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙、斷層等地質(zhì)環(huán)境因素、地應(yīng)力分布規(guī)律及其與廠房軸線方向的空間關(guān)系等方面系統(tǒng)研究，揭示了地下洞室群圍巖破壞規(guī)律，因地制宜提出了加固措施，保障了工程的施工期及永久安全。
在建設(shè)過程中，巖層上固定巖錨梁是施工的關(guān)鍵問題所在，被稱為“巖上雕花”，工程難度大，風(fēng)險高。對此，水電七局成立了“巖錨梁開挖及混凝土QC小組”，通過反復(fù)梳理分析地質(zhì)預(yù)報、結(jié)合現(xiàn)場通過模擬試驗(yàn)精心計算細(xì)化爆破設(shè)計參數(shù)等，制定了縝密樣架措施控制造孔孔向孔深，首次采用玻璃纖維錨桿加固軟弱巖體，在斜臺雙向光爆中嘗試PVC管代替?zhèn)鹘y(tǒng)竹片的間隔裝藥方式等，順利實(shí)現(xiàn)了巖臺開挖點(diǎn)、線、面滿足規(guī)范要求，同時達(dá)到了巖錨梁錨桿無損監(jiān)測100%合格。
廠房開挖完成后觀測結(jié)果表明，采取的工程處理措施達(dá)到了良好效果，廠房洞室圍巖整體穩(wěn)定。
“馭水”有術(shù)——濾沙蓄水出平湖
站在電站下水庫大壩俯視，水面波光粼粼，靜謐清澈，映照在冬日陽光下，宛如一輪銀鏡。殊不知，在建設(shè)過程中，這原本是條攔住去路的“流沙河”。
據(jù)悉，下水庫在原豐寧水庫基礎(chǔ)上修建，由于前些年上游地區(qū)過渡放牧和砍伐，植被破壞嚴(yán)重，加之西山灣水庫建成后，改變了下游河道天然情況下的水沙關(guān)系，使得豐寧抽水蓄能電站水庫泥沙淤積嚴(yán)重，如果維持原有的水庫運(yùn)行方式，經(jīng)計算分析，40年后，水庫調(diào)節(jié)庫容將損失殆盡，且無論采用何種運(yùn)行方式，由于泥沙淤積，下水庫剩余調(diào)節(jié)庫容都不能滿足抽水蓄能電站運(yùn)行50年所需的調(diào)節(jié)庫容。
湍急的河流裹著泥沙，叫囂著滾滾而來，對豐寧抽水蓄能電站的建設(shè)又一次提出了考驗(yàn)。
如何通過設(shè)置攔排沙系統(tǒng)，妥善解決泥沙淤積問題， 在保證下水庫庫容需求的同時，滿足下水庫進(jìn)/出水口過機(jī)泥沙的要求，從而保證抽水蓄能電站正常運(yùn)行，成為本工程設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。
經(jīng)過北京院項目團(tuán)隊的研究論證，提出通過設(shè)置攔沙壩將下水庫分為蓄能專用下水庫和攔沙庫兩部分的設(shè)想，攔排沙系統(tǒng)建筑物包括攔沙壩、泄洪排沙洞、攔沙庫溢洪道等。同時，攔沙庫上游存在一個天然”S“形河道，如利用原河道不進(jìn)行河道改造，極易造成泥沙淤泥。因此，在設(shè)計的角度提出“S”彎段就彎取直，設(shè)置導(dǎo)沙明渠，并與下游泄洪排沙洞組合，極大地增強(qiáng)了排沙能力。
下水庫攔排沙系統(tǒng)建成后，泄洪排沙洞汛期敞泄，非汛期蓄水運(yùn)行，能夠滿足豐寧抽水蓄能電站正常運(yùn)行的要求。經(jīng)過論證，在運(yùn)行至30年左右時，攔沙庫基本達(dá)到?jīng)_淤平衡狀態(tài)；在運(yùn)行至50年時，攔沙庫仍能維持一定的蓄水補(bǔ)水功能，專用下水庫剩余庫容能夠滿足電站所需要的有效庫容的要求。因此，攔排沙系統(tǒng)布置合理，能夠有效解決電站下庫嚴(yán)重的泥沙淤積問題。
攔住去路的“流沙河”，就這樣被“降服”。
理念超前——變速機(jī)組開創(chuàng)先河
變速蓄能機(jī)組除了具備定速蓄能機(jī)組的功能外，還具有提供頻率自動控制容量、實(shí)現(xiàn)有功功率的高速調(diào)節(jié)、水泵入力在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)以及提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率等優(yōu)點(diǎn)。相比定速機(jī)組，變速機(jī)組能夠更有效地服務(wù)于電網(wǎng)。
豐寧抽水蓄能電站二期工程裝設(shè)2臺采用自起動方式的300兆瓦交流勵磁變速蓄能機(jī)組，接入京津及冀北電網(wǎng)，并與張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)示范工程配套運(yùn)行，該變速機(jī)組由北京院設(shè)計。這是國內(nèi)首次采用交流勵磁變速機(jī)組，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，具有劃時代意義。北京院也是目前中國唯一一家具有變速機(jī)組專題科研和工程應(yīng)用設(shè)計業(yè)績的設(shè)計單位。
事實(shí)上，早在2009年北京院就開始關(guān)注變速抽水蓄能技術(shù)，并進(jìn)行資料積累、技術(shù)儲備和工程設(shè)計研發(fā)工作。
2012年，國網(wǎng)新源控股有限公司組織開展了變速機(jī)組技術(shù)的全面科研工作，北京院作為選定的主要參與方，于2015年底前完成了變速機(jī)組技術(shù)的應(yīng)用研究課題。
2016年初，國網(wǎng)新源公司結(jié)合研究成果，決定在豐寧抽水蓄能電站二期工程實(shí)施建設(shè)兩臺變速機(jī)組，同時電網(wǎng)系統(tǒng)要求變速機(jī)組配合張北柔性直流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)運(yùn)行。
正是因?yàn)槌暗陌l(fā)展理念和對工程技術(shù)的不懈追求， 助力成就了豐寧抽水蓄能電站的卓越領(lǐng)先，也為北京院多年來在變速機(jī)組領(lǐng)域的潛心研究劃下一個完美的句號。
煥彩“視”界——智能科技點(diǎn)亮黑暗
當(dāng)縱橫交錯、恢弘龐大的地下廠房建成后，隨之而來的，是要解決洞室的照明問題。面對著漫無邊際的黑暗，建設(shè)者們不僅要“點(diǎn)亮黑夜”，還要用科技與智慧讓這里變成煥彩“視界”。
智能照明系統(tǒng)由北京院設(shè)計，它的應(yīng)用也充分體現(xiàn)了北京院在技術(shù)領(lǐng)域的超前理念和對業(yè)主要求的高度契合。
2009年7月，國家電網(wǎng)提出了建設(shè)統(tǒng)一堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。抽水蓄能電站作為堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，新源公司提出以“兩型兩化”建設(shè)為總路徑，以“美麗電站、幸福新源”為愿景，實(shí)現(xiàn)“兩個引領(lǐng)”戰(zhàn)略目標(biāo)，加強(qiáng)智慧管控體系建設(shè)，全面提升管控效率。
因此，豐寧抽水蓄能電站采用智能照明系統(tǒng)符合國家電網(wǎng)對建設(shè)數(shù)字化智能型電站的要求。
全廠設(shè)置一套智能照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)提供自動化的完整解決方案，區(qū)域涵蓋一期、二期地下廠房、上/下水庫進(jìn)出水口啟閉機(jī)樓、地面開關(guān)站及中控室。智能照明控制系統(tǒng)通過一條總線連接所有控制元件，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程全方位控制、現(xiàn)地面板分區(qū)域控制、現(xiàn)地觸摸屏集中控制、自定義模式控制、自動感應(yīng)照度控制等多種控制方式，同時提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控回路狀態(tài)、異常狀態(tài)報警、階段性故障類型分析等服務(wù)。
該系統(tǒng)首次將機(jī)場、體育場館、軌道交通、人民大會堂、G20峰會、港珠澳大橋等的智能照明設(shè)計理念大規(guī)模應(yīng)用至水電行業(yè)，根據(jù)電站的具體運(yùn)維要求設(shè)置了全廠網(wǎng)絡(luò)化智能照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了龐大工程樞紐的地下、地面建筑物群照明系統(tǒng)的智能控制和運(yùn)維，提高了電站運(yùn)營管理效率，踐行了高效節(jié)能的“綠色照明”理念，創(chuàng)造出智能運(yùn)行、方便維護(hù)、節(jié)能、安全、舒適的光環(huán)境。
“編織”美麗——深入踐行“兩山”理念
大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，努力建設(shè)美麗中國，是關(guān)乎人民福祉、關(guān)系民族未來的長遠(yuǎn)大計。隨著時代的發(fā)展、理念的更新，抽水蓄能電站自然生態(tài)的保護(hù)、資源的綜合開發(fā)利用越來越為人們所重視，已成為抽水蓄能電站建設(shè)的發(fā)展趨勢。
在群山環(huán)抱、河道蜿蜒，山水相間、香花遍野的環(huán)境中建一座美麗電站，是豐蓄建設(shè)者們的一致追求。
豐寧抽水蓄能電站生態(tài)環(huán)境規(guī)劃由北京院設(shè)計，核心內(nèi)容在于對工程區(qū)的環(huán)境保護(hù)、環(huán)境構(gòu)建、環(huán)境美化、資源綜合利用進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)建設(shè)美麗電站的目標(biāo)。 一方面要建成生態(tài)綠色電站，最大限度地保護(hù)現(xiàn)有自然生態(tài)，合理規(guī)劃，恢復(fù)開挖面和破壞面的復(fù)綠，維持山勢地貌，梳理貫通水系，保持生態(tài)多樣性。同時，在創(chuàng)建品牌電站的前提下，突出文化特色，在電站建設(shè)中融入具有地域及企業(yè)文化的特色景觀內(nèi)容，通過景觀表現(xiàn)傳承和延伸草原電站文化，提升電站整體的視覺影響。
設(shè)計遵循以自然要素為基礎(chǔ)，充分貫徹保護(hù)性開發(fā)的基本原則，通過對當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩?、地形、地貌因素、原生生物群落因素等綜合自然條件的分析，因勢利導(dǎo)、因地制宜地進(jìn)行電站生態(tài)整體規(guī)劃。
以文化要素為亮點(diǎn)。豐寧抽水蓄能電站作為當(dāng)?shù)氐囊豁椫攸c(diǎn)工程，必將對地域文化的傳播起到積極影響。北京院通過不同區(qū)域文化元素與景觀細(xì)節(jié)有機(jī)結(jié)合來展示當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情，使得電站成為本地文化展示的一個重要窗口。同時當(dāng)?shù)匚幕氐闹踩雽⒊蔀殡娬镜囊粋€亮點(diǎn)。
以工程要素為依托。一方面，通過科學(xué)、合理的安排盡量減小對生態(tài)環(huán)境的影響程度；另一方面依托壩體工程的現(xiàn)代工業(yè)形象，來宣傳新能源技術(shù)、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等，使其具備科普性教育功能。
通過景觀設(shè)計，一個集生態(tài)環(huán)保 、草原特色的抽水蓄能電站已輪廓初顯。
凝聚匠心—— 科技攻關(guān)“百花齊放”
在豐寧抽水蓄能電站建設(shè)過程中，中國電建集團(tuán)各參建單位依托工程，大力開展新技術(shù)、新工藝、新手段的研究應(yīng)用，并圍繞關(guān)鍵技術(shù)問題開展科技攻關(guān)工作，為將豐寧抽水蓄能電站建設(shè)成為精品樣板工程提供“科技力量”。
為了加強(qiáng)豐寧項目部科技管理工作，加大科技創(chuàng)新力度，水電三局成立了項目部科技管理組織機(jī)構(gòu)，并制訂了相應(yīng)的管理制度和考核獎勵辦法，科技創(chuàng)新成果豐碩：共計發(fā)表實(shí)用新型專利成果13項，目前已授權(quán)10項，受理中3項；發(fā)明專利成果已授權(quán)2項，受理中9項；發(fā)表論文共計53篇；此外，項目部還獲得公司級、集團(tuán)級、省部級科技創(chuàng)新成果和工法多項。
水電七局成立了“巖錨梁開挖及混凝土QC小組”，QC活動取得喜人成績，《提高窄巖臺巖壁吊車梁開挖一次成型合格率》《提高巖錨梁混凝土外觀質(zhì)量合格率》分獲中國電力建設(shè)企業(yè)協(xié)會2018年度電力建設(shè)優(yōu)秀質(zhì)量管理QC成果二等獎、三等獎。
在廠房開挖過程中，面對裂隙花崗巖帶來的巖層不穩(wěn)定等因素，水電十四局成立技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊，在開挖過程中首次使用樹脂纖維錨桿，確保爆破后巖石的整體性，在總結(jié)國內(nèi)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，因地制宜地提出了施工管理手段和管控模式等，克服圍巖不利條件，確保地下廠房、上下水庫進(jìn)出水口的開挖支護(hù)及砼澆筑施工的順利完成。
時代奔涌，歲月如歌。二十余載韶華，流光溢彩。
深山礪劍，星霜荏苒。二十余載光陰，轉(zhuǎn)瞬即逝。
山川無語，見證了電建人的不渝初心；灤河奔騰，激蕩著建設(shè)者的錚錚豪情。
豐蓄“首發(fā)”，這是一段歷程的結(jié)束，也是另一段里程的開始。
我們回溯過往，感嘆建設(shè)者篳路藍(lán)縷，矢志不渝。我們放眼未來，澎湃于祖國能源事業(yè)建設(shè)飛速發(fā)展，日新月異。
我們要探尋的，是科學(xué)技術(shù)的重大突破和領(lǐng)先成果，更是凝結(jié)在建設(shè)者背后的默默奉獻(xiàn)與無悔付出——這是幾代電建人的堅守、責(zé)任、理想，和一往無前的執(zhí)著與信念……
我們不得而知，每一位建設(shè)者走過的心路歷程；我們難以名狀，每一段歷程蘊(yùn)含的百感交集。但可以確定，歷經(jīng)歲月洗禮，洗盡世事鉛華，總有一種力量，引領(lǐng)著他們將青春和夢想傾注在這片山河之上，激蕩前行，無問西東。這，或許就是融入血液、銘刻在心；薪火相傳、歷久彌新的家國情懷吧……
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