豐寧抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模居世界首位，共安裝12臺(tái)單機(jī)容量300兆瓦的水泵水輪機(jī)/發(fā)電電動(dòng)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(jì)年發(fā)電量可達(dá)到66.12億千瓦時(shí)。電站12臺(tái)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)10.86小時(shí)，具有強(qiáng)大的調(diào)峰儲(chǔ)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。
近三十年的逐夢(mèng)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”？
靈活多變——獨(dú)具特色的運(yùn)行方式
豐寧抽水蓄能電站為周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，電站建成后將在京津及冀北電網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用等功能。同時(shí)還可配合新能源電源運(yùn)行，適時(shí)儲(chǔ)能。由于泥沙問題尚需研究排沙運(yùn)行方式，地處嚴(yán)寒地區(qū)，存在冬季運(yùn)行防結(jié)冰問題等，因此豐寧抽水蓄能電站的運(yùn)行方式是很復(fù)雜的
典型周運(yùn)行模式：通過京津及冀北電網(wǎng)周調(diào)節(jié)模擬運(yùn)行情況來看，豐寧抽水蓄能電站正常運(yùn)行情況周一到周五以發(fā)電為主，每天發(fā)電工況運(yùn)行歷時(shí)7～12小時(shí)，運(yùn)行歷時(shí)和滿發(fā)運(yùn)行最長日發(fā)生在最大負(fù)荷日，工作日的日平均滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)約7.3小時(shí)；抽水工況運(yùn)行歷時(shí)4～7小時(shí)。周六到周日集中抽水，平均每天抽水工況運(yùn)行6～8小時(shí)。
防洪調(diào)度運(yùn)行方式：上水庫洪水完全續(xù)存在庫內(nèi)，從安全角度考慮，上水庫水位超過正常蓄水位1505米后停止運(yùn)行；下水庫防洪調(diào)度運(yùn)行在兼顧蓄能電站運(yùn)行的同時(shí)，為確保下游地區(qū)防洪安全，大壩下泄流量不能超過壩址天然洪峰流量。同時(shí)，遵循承德市防汛抗旱指揮部《關(guān)于對(duì)豐寧水電站汛限水位的批復(fù)》（承市汛辦[2005]27號(hào)），汛期運(yùn)行時(shí)遵循“電調(diào)”服從“水調(diào)”的原則。當(dāng)洪水超過200年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，或者無論任何情況下下水庫水位超過1061米時(shí)，電站應(yīng)立即停機(jī)。
沙調(diào)度運(yùn)行方式：豐寧抽水蓄能電站泥沙調(diào)度采用“蓄清排渾”的運(yùn)行方式：汛期（6～9月），攔沙庫運(yùn)行方式為敞泄，以排沙和防洪為要任；補(bǔ)水期（4月），考慮到灤河干流4月份為桃汛期，甚至可能出現(xiàn)年最大洪水，存在大水大沙、水質(zhì)混濁等問題。從保證蓄能電站下水庫發(fā)電庫容、滿足水輪機(jī)對(duì)泥沙含量要求等方面考慮，4月份發(fā)生洪水時(shí)，暫停補(bǔ)水，以排沙為主，保證30年一遇以下洪水不入庫，待洪水過后再根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)水。
防冰凍調(diào)度運(yùn)行方式：每日至少保證電站有一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行抽水、發(fā)電循環(huán)運(yùn)行，并盡可能配合電網(wǎng)調(diào)峰需求，周一至周五在夜間抽水2～3小時(shí)，次日早高峰或晚高峰發(fā)電運(yùn)行4～5小時(shí)；周末在夜間夜間抽水6～8小時(shí)，次日早高峰或晚高峰發(fā)電運(yùn)行1～2小時(shí)，通過水流往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)使水位交替性的深水消落和急劇上充，利用水流造成的紊動(dòng)和不同水溫的水交換來解決冰凍問題，以確保冬季電站正常運(yùn)行和防滲面板的安全。
生態(tài)流量泄放運(yùn)行方式：當(dāng)攔沙庫開始蓄水至1053米期間，泄洪排沙洞閘門逐步關(guān)閉，保證最小下泄流量0.78立方米/秒，同時(shí)打開生態(tài)流量泄放管向下游放水。由于生態(tài)流量泄放管進(jìn)口位于泄洪排沙洞內(nèi)，可以保證生態(tài)流量泄放管進(jìn)口不會(huì)被淤積，保持“門前清”。在生態(tài)流量泄放管檢修期間或不能正常泄放生態(tài)流量的情況，可以打開蓄能專用庫生態(tài)流量泄放閘，根據(jù)生態(tài)流量泄放閘下泄流量曲線，控制向下游泄放不小于0.78立方米/秒的生態(tài)流量。
“雕刻” 山川——鑄就雄偉“地下宮殿”
行走在豐寧抽水蓄能電站地下廠房，但見洞室群縱橫交錯(cuò)、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(gè)主要洞室的開挖體積就能夠放下13個(gè)故宮太和殿。鑄就如此宏偉的工程，需要“巧奪天工”的設(shè)計(jì)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(tái)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(jì)及施工帶來了較大困擾。
針對(duì)上述情況，為提供安全、可靠的設(shè)計(jì)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(duì)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(dòng)機(jī)制及加固效果，到巖體分級(jí)、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。
廠房開挖完成后觀測(cè)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。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)過度放牧和砍伐，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(jì)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(duì)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(shí)，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(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。
經(jīng)過北京院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(shí)，攔沙庫上游存在一個(gè)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(jì)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(shí)，攔沙庫基本達(dá)到?jīng)_淤平衡狀態(tài)；在運(yùn)行至50年時(shí)，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(dòng)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(tái)采用自起動(dòng)方式的300兆瓦交流勵(lì)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(jì)。這是國內(nèi)首次采用交流勵(lì)磁變速機(jī)組，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，具有劃時(shí)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(jì)業(yè)績的設(shè)計(jì)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(chǔ)備和工程設(shè)計(jì)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(tái)變速機(jī)組，同時(shí)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(duì)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(gè)完美的句號(hào)。
煥彩“視”界——智能科技點(diǎn)亮黑暗
當(dāng)縱橫交錯(cuò)、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(duì)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(jì)，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(duì)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(jiān)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(jiān)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(gè)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(duì)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(dòng)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(dòng)感應(yīng)照度控制等多種控制方式，同時(shí)提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控回路狀態(tài)、異常狀態(tài)報(bào)警、階段性故障類型分析等服務(wù)。
該系統(tǒng)首次將機(jī)場(chǎng)、體育場(chǎng)館、軌道交通、人民大會(huì)堂、G20峰會(huì)、港珠澳大橋等的智能照明設(shè)計(jì)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(jì)。隨著時(shí)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(shì)。
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(jì)，核心內(nèi)容在于對(duì)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(shì)地貌，梳理貫通水系，保持生態(tài)多樣性。同時(shí)，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(jì)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(duì)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(shì)利導(dǎo)、因地制宜地進(jìn)行電站生態(tài)整體規(guī)劃。
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(duì)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(jì)，一個(gè)集生態(tài)環(huán)保、草原特色的抽水蓄能電站已輪廓初顯。
評(píng)論