质量头条|给龙江电网造一个“超级充电宝”

俯瞰国网新源黑龙江尚志抽水蓄能电站。

建造现场。

抽水蓄能电站地下厂房。

下库进出水口。

□文/摄 本报记者 董广硕

深秋的尚志,山色正浓。车辆沿盘山路蜿蜒而上,转过几道弯,山口骤然收窄,两山之间横亘着一道大坝。这里是上水库,坝高93米,相当于30层楼的高度;坝长575米,从一端走到另一端,要费些工夫。在坝下仰望,坝顶那排护栏细如一道线。

坝前已蓄起一泓碧水,风过处泛起细密波纹。远眺山坳,另一道坝已经合龙,那是下水库。两座水库之间的山体深处,输水系统将水引向地下厂房,4台机组正在那里安装。

这里,是国网新源黑龙江尚志抽水蓄能电站。它并非一台常年满负荷运转的机器:夜间将富余的风电储存起来,傍晚再放水发电,其余时间则处于待命状态,等待电网需要它的那几分钟。

“这个‘大充电宝’,是为整个能源系统转型升级配套的。”黑龙江牡丹江抽水蓄能有限公司党委委员、副总经理孙文东站在坝顶说。

◎把富余的电存进山顶的水里

“发电的时候,上水库的水通过输水系统冲击可逆式水泵水轮发电机组,发完电的水经尾水管流进下水库。”孙文东说,“抽水的时候反过来,把电网多余的电,大部分是风能、太阳能转化成水的势能,再抽到山上去。”

一上一下之间,电能便在两座水库之间完成存储与释放。电站总装机120万千瓦,安装4台单机30万千瓦的可逆式机组,设计年发电量20.08亿千瓦时、年抽水电量26.77亿千瓦时。抽水所耗电量多于发电量,差额即转换损耗,也正是它将风光电力变为可调度电力的“本钱”。工程总投资83.58亿元,是东北首个“十四五”开工的抽蓄电站,也是黑龙江第二座大型抽蓄电站。

存电的前提,是先将水蓄起来。上水库大坝于今年9月14日填筑完成,下水库大坝2024年完成开挖、2025年填筑完成,今年进入蓄水阶段。“我们这儿水量小,要两个汛期才能把下库蓄满,才能满足2027年年底机组调试的用水计划。”孙文东说。

今年,电站确定了四项节点目标:上库大坝填筑到顶、下库通过蓄水验收、开关站封顶、1号机组浇筑至发电机层。前三项已完成或进入收尾阶段,最后一项将于11月底完成。

水库还需防冻。入冬后,调度每日启动机组,使进出水口一带水体保持流动,避免结冰形成冰盖封堵取水口。下水库安装吹泡装置,由空压机向水中输送气泡,使水体持续流动。

◎山体深处18.5个月挖出一座厂房

从坝顶下行,车辆驶入一条穿山隧洞。洞顶悬挂两根送风管道,径直伸向目力不及的深处。岩壁起初粗糙,愈往深处愈显平整,偶有车辆迎面驶来,车灯将洞壁照得发白。行驶良久,眼前豁然开朗——地下厂房到了,4台机组就安装在这里。

地下厂房开挖,是本工程最难攻克的环节,历时18.5个月完成,创下高寒地区抽水蓄能电站地下厂房开挖工期的国网公司新纪录。通风洞月最高进尺180米,跨越严寒冬季施工,12个月完成开挖;地下厂房岩锚梁浇筑仅用15天。

地下厂房由四大洞室组成:球阀室、主厂房、主变室、尾闸室,孙文东逐一指点介绍。球阀室原本应与主厂房合并,但主厂房宽23.4米,若将球阀置入,跨度须拓至32米,“这么大的跨度,在我们这个地质条件下挖不成。”他说,设计时只能将球阀室单独设置,布置在主厂房上游侧。“那台球阀的直径有3.5米,是国内抽水蓄能电站里最大的一个,常规抽蓄的球阀直径一般在2.4米到2.6米。”

厂房内,机组正一层层向上延伸。副厂房已浇筑至第8层;1号机组已浇筑至母线层,11月底完成发电机层浇筑;2号机座环蜗壳水压试验完成,3号机蜗壳正在焊接,4号机机坑尚空。定子在工棚内叠装,组装完成后由桥机吊入基坑。

这是目前纬度最高的在建抽蓄电站,高寒条件无法回避:一年户外有效工期仅6个月,冬季混凝土需保温、设备需防冻,工期须按天倒排。今年8月,项目部已对2027年的施工组织、技术方案、人员安排和图纸供应逐一梳理,今年入冬偏晚,正可抓住有利天气抢进度。

难点不只在寒冷。尾水隧洞需穿越Ⅴ类围岩,岩体风化破碎,一挖即掉块,施工方采用“三台阶七步法”配合超前支护,分段推进,实现“零事故”进洞。排水廊道洞径狭小,改用机械手与输送机配合出渣,该套设备引自煤炭行业,效率提高约三分之一。

按计划,2027年两台机组完成整机安装,首台机组进入整机调试、2号机组进入分部调试;2028年9月,首台机组投产发电;2029年6月,4台机组全部投产。

◎电网需要时120万千瓦随时可用

调峰、填谷、储能、调频、调相、事故备用,六项功能集于同一套机组。

“抽水蓄能电站是电网的最后一根火柴。”孙文东作了一个比喻。

电网一旦因事故崩溃,区域接连失电,它可以自行启动。依靠自备柴油机将机组启动,“只要上下库有水、有水位差,就能启动。”他说,再由它为其他电厂提供启动电源,逐厂恢复,重建电网。

一盒火柴静置抽屉里,平日无人想起;真到那一夜,它却是唯一能够划得着的物件。

抽蓄的“备”,留给极端时刻;它的“快”,则天天要用。机组可在极短时间内增减出力,在水轮机与水泵两种工况间随时切换。黑龙江对这份“快”的需求愈发迫切。截至今年9月末,全省全口径发电装机5844.7万千瓦,其中风光新能源3016.4万千瓦、占51.6%,风光发电量350亿千瓦时、占34.0%。新能源“靠天吃饭”,出力随天气波动。孙文东直言,早上八九点钟负荷上升而光照不足时,需靠它补充;夜间风电大发、电网难以消纳时,则抽水储能。

冬季更为艰难,供暖期长达180天,热电联产机组“以热定电”,负荷难以下降,调峰空间被大幅压缩。黑龙江推进煤电灵活性改造,“十四五”累计改造26台次、提升调峰能力142万千瓦,最低负荷率降至41%,然而火电的“慢”,终究替代不了抽蓄的“快”。

荒沟抽水蓄能电站于2022年6月全面投产,装机120万千瓦,是黑龙江首座大型抽水蓄能电站,也是国内纬度最高的一座。尚志电站建成后,两座电站合计装机容量240万千瓦。

电能发得出,还须送得出。尚志抽水蓄能电站500千伏送出工程,自电站开关站接入500千伏永源变电站,线路全长66.8公里、153座基塔,计划2026年11月开工、2028年上半年投运,与首台机组投产时序相衔接。按设计,电站每年可减少原煤消耗22.3万吨、减排二氧化碳37.7万吨。

山上的水,是电网的“存款”;山体深处的机组,是取款的“手”。待到2029年6月,4台机组全部运转,这座“超级充电宝”才算正式“上岗”。平时存电,峰时放电,急时便是那根能划得着的火柴。

黑龙江的风光装机容量仍在持续增长。风越大、光越足,电网越需要在身后备一根火柴——不是为了划它,而是为了永远用不上它。