◎ 文 | 吳冠宇 圖 | 國(guó)網(wǎng)新源華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司 編輯 | 任紅
天荒坪抽水蓄能電站位于浙江省安吉縣境內(nèi),是我國(guó)“八五”期間動(dòng)工興建,“九五”期末建成的重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目,是華東地區(qū)第一座大型抽水蓄能電站,也是我國(guó)已建的抽水蓄能電站中單個(gè)廠房裝機(jī)容量最大的一座。電站自1998年9月投產(chǎn)以來多年平均綜合效率為80.3%,處于同類電站世界先進(jìn)水平。
天荒坪抽水蓄能電站是華東電網(wǎng)不可或缺的組成部分,它承擔(dān)著華東電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用、黑啟動(dòng)等任務(wù)。對(duì)改善華東電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu),提高供電質(zhì)量,推動(dòng)華東地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,起到十分重要的作用。
天荒坪抽水蓄能電站的興建,還大幅增加了地方財(cái)政稅收,改善了當(dāng)?shù)亟煌?、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施;電站上下水庫(kù)被打造成為環(huán)境優(yōu)美的風(fēng)景區(qū),極大推動(dòng)了旅游事業(yè)的蓬勃發(fā)展,為當(dāng)?shù)貛砹孙@著的社會(huì)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。
上水庫(kù)全景
天荒坪抽水蓄能電站位于浙江省安吉縣境內(nèi),是我國(guó)“八五”期間動(dòng)工興建,“九五”期末建成的重點(diǎn)工程,是華東地區(qū)第一座大型抽水蓄能電站,也是我國(guó)已建的抽水蓄能電站中單個(gè)廠房裝機(jī)容量最大的一座,在世界同類電站中位居前列。
擁有諸多殊榮的天荒坪抽水蓄能電站正是我們此次“中國(guó)大壩行”在浙江境內(nèi)的采訪對(duì)象之一。
六月,正是江南的梅雨季節(jié),我們一路驅(qū)車前往天荒坪抽水蓄能電站。群山在細(xì)雨的浸潤(rùn)后更加翠綠,云霧在山間騰升流動(dòng),不時(shí)有清脆婉轉(zhuǎn)的鳥鳴環(huán)繞谷中。青山環(huán)繞之間一潭碧水突然映入眼簾,這便是此行的目的地——天荒坪抽水蓄能電站。
電站工作人員熱情地接待了我們,并向我們介紹天荒坪電站的相關(guān)情況。天荒坪抽水蓄能電站樞紐包括上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群和開關(guān)站等部分。
眼前的這座水庫(kù)是下水庫(kù),位于太湖流域西苕溪支流大溪上。水庫(kù)設(shè)有一座面板堆石壩,壩高92米,壩頂高程為350.2米,壩長(zhǎng)225.11米;左岸設(shè)有溢洪道,采用側(cè)槽自由溢流方式,不設(shè)閘門,這樣既減少了工程運(yùn)行費(fèi)用,又提高了工程的安全性。下水庫(kù)最高蓄水位為344.5米,相應(yīng)庫(kù)容為859.56萬立方米;設(shè)計(jì)洪水位為百年一遇洪水位347.31米,校核洪水位為千年一遇洪水位348.25米,可能最大洪水(PMF)洪水位349.29米。
上水庫(kù)位于天荒坪和擱天嶺之間,是利用天然洼地挖填而成,由一座主壩和四座副壩組成,均為土石壩,主壩最大高度72米。主副壩和庫(kù)底防滲均采用瀝青混凝土護(hù)面。設(shè)計(jì)最高蓄水位為905.2米,相應(yīng)庫(kù)容919.2萬立方米,這相當(dāng)于能盛下一個(gè)西湖。
上下水庫(kù)庫(kù)底天然高差約590米,筑壩形成水庫(kù)后平均水頭約570米。上下水庫(kù)通過輸水系統(tǒng)連接。輸水系統(tǒng)布置有兩條內(nèi)徑7米的鋼筋混凝土襯砌的斜井式高壓岔管,每條岔管各接三根鋼襯支管引水進(jìn)入水泵水輪機(jī)。輸水道平均長(zhǎng)度1415.5米。
輸水系統(tǒng)和地下廠房洞室群全部布置在上下水庫(kù)之間的山河港左岸山體中。主廠房里布有6臺(tái)機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組容量30萬千瓦,總裝機(jī)容量為180萬千瓦,年發(fā)電量30.14億千瓦時(shí)。
天荒坪抽水蓄能電站發(fā)電的原理其實(shí)就是電能轉(zhuǎn)化成水的勢(shì)能,水的勢(shì)能再轉(zhuǎn)化為電能的過程。廠房里的六臺(tái)機(jī)組實(shí)際上既是水泵又是用來發(fā)電的水輪機(jī)組。當(dāng)電網(wǎng)用電量處于低谷時(shí),就利用余電將下水庫(kù)的水,通過山體里的輸水管道抽到上水庫(kù)將水儲(chǔ)存,到了用電高峰時(shí),再將上水庫(kù)的水放下來,利用上下水庫(kù)之間的落差,沖擊水輪機(jī),帶動(dòng)機(jī)組發(fā)電。尾水再流入下水庫(kù)重復(fù)利用。
當(dāng)我們走進(jìn)地下廠房時(shí),恰值晚峰發(fā)電時(shí)間,6臺(tái)機(jī)組一字排開,運(yùn)轉(zhuǎn)的嗡鳴聲縈繞在整個(gè)廠房里。優(yōu)質(zhì)充沛的電能從這里輸往華東電網(wǎng),走進(jìn)華東地區(qū)的千家萬戶,點(diǎn)燃萬家燈火。
從地下廠房出來,我們經(jīng)過了一條長(zhǎng)廊,長(zhǎng)廊兩邊的墻面上掛著天荒坪抽水蓄能電站自興建以來各個(gè)重要?dú)v史節(jié)點(diǎn)的珍貴照片,似乎在向每一位參觀者、每一位值守者講述天荒坪抽水蓄能電站的光輝歷史。
抽水蓄能電站在國(guó)外已有一百多年的歷史,世界上首座抽水蓄能電站是瑞士蘇黎世的奈特拉電站,1882年建成。20世紀(jì)50年代以來,歐美和日本相繼引領(lǐng)世界抽水蓄能電站的建設(shè)潮流。而我國(guó)的抽水蓄能電站建設(shè)起步較晚,上世紀(jì)60年代后期才開始進(jìn)行抽水蓄能電站的開發(fā),1968年和1973年先后建成河北崗南和北京密云兩座小型混合式抽水蓄能電站,裝機(jī)容量分別為11兆瓦和22兆瓦。與歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比,我國(guó)抽水蓄能電站的建設(shè)存在一定差距。
上世紀(jì)80年代中后期,隨著改革開放和社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,華東、華北和廣東等以火電為主的電網(wǎng),缺少調(diào)峰手段,調(diào)峰矛盾日益突出,缺電局面由電量缺乏轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)峰容量也缺乏,修建抽水蓄能電站以解決以火電為主的電網(wǎng)的調(diào)峰問題逐步形成共識(shí)。為此,國(guó)家有關(guān)部門組織開展了較大范圍的抽水蓄能電站資源普查和規(guī)劃選點(diǎn),制定了抽水蓄能電站發(fā)展規(guī)劃。上世紀(jì)90年代,我國(guó)抽水蓄能電站建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展期,先后興建了幾座大型抽水蓄能電站,天荒坪就在其中。
轉(zhuǎn)子吊裝
水泵水輪機(jī)安裝
上庫(kù)瀝青砼防滲護(hù)面
1991年8月,國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)了在浙江省安吉縣興建天荒坪抽水蓄能電站的項(xiàng)目建議書。同年11月,華東電力集團(tuán)公司天荒坪抽水蓄能電站工程建設(shè)公司正式組建。天荒坪抽水蓄能電站前期準(zhǔn)備工程于1992年6月開始,場(chǎng)內(nèi)公路、供水系統(tǒng)、施工通訊系統(tǒng)等相繼開工。1994年3月1日,開始開挖地下廠房頂拱層,電站主體工程正式開始施工。1998年9月30日,首臺(tái)機(jī)組投入試運(yùn)行,2000年12月25日,最后一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn),總工期為8年。
在這八年里,電站建設(shè)者們不怕苦不怕難,堅(jiān)守在建設(shè)一線。天荒坪的春天多雨多霧,一到梅雨季節(jié),工地上淤泥能厚達(dá)30厘米,人走在上面都很困難,大型機(jī)械更是寸步難移。夏天悶熱,建設(shè)者們頂著高溫暴曬堅(jiān)持作業(yè)。冬天,山上的氣溫降到攝氏零下十度,簡(jiǎn)陋的工棚僅能擋住雨雪,擋不住直往人骨頭里鉆的南方濕冷。
在這樣艱苦的條件下,天荒坪抽水蓄能電站的建設(shè)者們高質(zhì)量完成了工程建設(shè),解決了樞紐總體布局、上水庫(kù)防滲技術(shù)、庫(kù)岸穩(wěn)定以及高水頭、大容量可逆式機(jī)組參數(shù)和結(jié)構(gòu)選擇等一系列重大、關(guān)鍵技術(shù)問題,對(duì)于推動(dòng)我國(guó)抽水蓄能事業(yè)的發(fā)展具有重大意義。
抽水蓄能電站選址和布局時(shí)有一項(xiàng)重要的參考數(shù)據(jù),即為輸水道總長(zhǎng)度(L)與電站利用水頭(H)的比值。這個(gè)數(shù)值可以反映抽水蓄能電站建設(shè)成本大小和電站運(yùn)行期水頭損失的程度。因此,一般選擇抽水蓄能電站站址時(shí),不應(yīng)考慮L/H比值較大的站址,比如在美國(guó),該值不希望超過10。
輸水系統(tǒng)的平、立面布置直接關(guān)系到L/H比值的大小。天荒坪電站在上下水庫(kù)位置確定后,連接上下水庫(kù)的引水發(fā)電系統(tǒng)的布置對(duì)抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)性影響顯著。電站建設(shè)者們結(jié)合地下廠房的位置設(shè)置,對(duì)引水發(fā)電系統(tǒng)的布置進(jìn)行了多方案的比較,按地下廠房為首部、中部和尾部,上游輸水系統(tǒng)的平面布置為一洞二機(jī)、一洞三機(jī)和一洞六機(jī),立面布置為豎井、傾角51°的斜井和傾角60°的斜井,共擬定了11種方案。經(jīng)過技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的綜合比較,最終選擇了尾部地下廠房、高壓管道為58°傾角的斜井、在平面上主管2根(即一洞三機(jī))的方案。最終布置的天荒坪的L/H比值為2.5,是國(guó)內(nèi)外已建在建大型純抽水蓄能電站中比值最小的一座。L/H值較小,可以降低輸水道單位長(zhǎng)度水頭損失,提高抽-發(fā)循環(huán)的綜合效率。
我國(guó)安裝的大型可逆式機(jī)組的現(xiàn)代抽水蓄能電站綜合效率,也就是電站抽水效率與發(fā)電效率的乘積,一般為70%至75%,國(guó)際上抽水蓄能電站綜合效率為75%至78%,例如,英國(guó)的迪諾威克(Dinorwig)抽水蓄能電站,按抽水/發(fā)電的日循環(huán)工況運(yùn)行,平均效率為78%;德國(guó)的倫克豪森(Ronkhausen)蓄能電站綜合效率為75.1%。天荒坪抽水蓄能電站通過充分利用自然條件并采用一系列先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù),自1998年9月投產(chǎn)以來多年平均綜合效率為80.3%,處于同類電站的世界先進(jìn)水平。
天荒坪抽水蓄能電站上水庫(kù)是我國(guó)第一次大規(guī)模采用瀝青混凝土面板防滲技術(shù)。
地下廠房
天荒坪電站上水庫(kù)工程所處地質(zhì)條件較復(fù)雜,各處巖石的風(fēng)化程度不一,南庫(kù)底和西庫(kù)岸以全風(fēng)化巖為主,最深達(dá)30多米,全風(fēng)化巖中夾強(qiáng)、弱風(fēng)化巖塊,尺寸大小不一,分布不均。水庫(kù)蓄水后不均勻沉降難以避免,電站建設(shè)者們?cè)诔浞直容^了鋼筋混凝土面板防滲、瀝青混凝土面板防滲、庫(kù)底黏土防滲及其它幾種防滲型式的組合后,選擇了全庫(kù)盆瀝青混凝土面板防滲結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是可以最大限度適應(yīng)庫(kù)底風(fēng)化巖土的不均勻沉降,不設(shè)結(jié)構(gòu)縫、庫(kù)底與岸坡和壩坡護(hù)面連成一體可避免接頭滲漏,防滲效果可靠。天荒坪上水庫(kù)為國(guó)內(nèi)第一個(gè)大面積采用瀝青混凝土防滲面板的工程,瀝青混凝土防滲面板總面積達(dá)28.5萬平方米,目前總滲漏量穩(wěn)定在2L/s左右,運(yùn)行良好。
依托天荒坪電站,水電建設(shè)者研究并系統(tǒng)地提出了瀝青、聚酯網(wǎng)和瀝青混凝土技術(shù)指標(biāo);在瀝青混凝土面板防滲層施工工藝和方法上實(shí)現(xiàn)飛躍,為后期西龍池、呼和浩特抽水蓄能電站建設(shè)提供了范例。天荒坪電站之后,瀝青混凝土防滲面板施工由借鑒國(guó)外技術(shù)發(fā)展到全面自主施工,并發(fā)展了改性瀝青混凝土面板設(shè)計(jì)和施工技術(shù),逐步實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)瀝青材料國(guó)產(chǎn)化。
天荒坪抽水蓄能電站是華東電網(wǎng)不可或缺的有機(jī)組成部分,它承擔(dān)著華東電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù),同時(shí)具備調(diào)頻、調(diào)相、事故備用和黑啟動(dòng)等任務(wù)。對(duì)改善華東電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu),提高供電質(zhì)量,避免大面積停電系統(tǒng)瓦解事故,推動(dòng)華東地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,起到十分重要的作用。
上水庫(kù)風(fēng)景
天荒坪電站地處長(zhǎng)江三角洲中心,靠近華東電網(wǎng)負(fù)荷中心,調(diào)峰能力極強(qiáng)。電站高峰發(fā)電能力為180萬千瓦,低谷填谷能力為198萬千瓦,峰谷最大調(diào)峰能力可達(dá)378萬千瓦,目前華東最大峰谷差8200萬,調(diào)峰能力占4.39%。
天荒坪抽水蓄能電站自投產(chǎn)以來,典型的運(yùn)行方式是每天早、晚峰發(fā)電,早峰8時(shí)至12時(shí),晚峰17時(shí)至22時(shí),低谷23時(shí)至次日6時(shí)抽水,即“兩抽一發(fā)”。在系統(tǒng)負(fù)荷特別緊張時(shí),電站采用“兩發(fā)兩抽”“三發(fā)兩抽”運(yùn)行方式最大限度滿足系統(tǒng)需求。
天荒坪電站機(jī)組具有快速響應(yīng)能力,由靜態(tài)到滿載發(fā)電僅需2分鐘,為電網(wǎng)應(yīng)急調(diào)頻和事故備用創(chuàng)造了非常有利的條件和手段。天荒坪抽水蓄能電站在華東電網(wǎng)歷次重大事故處理過程中都展現(xiàn)了卓越的性能。例如,2018年7月4日16時(shí)44分14秒至16時(shí)46分14秒,紹興站損失2147兆瓦,系統(tǒng)頻率降至49.92赫茲,天荒坪抽水蓄能電站一次調(diào)頻正確動(dòng)作,總出力由1138兆瓦升至1162兆瓦,四臺(tái)機(jī)組出力及導(dǎo)葉開度均增加,使系統(tǒng)逐步恢復(fù)正常運(yùn)行。
并且,當(dāng)華東電網(wǎng)一旦處于癱瘓狀態(tài)時(shí),天荒坪電站可以作為500千伏主網(wǎng)架的黑啟動(dòng)電源。黑啟動(dòng)就是在整個(gè)電力系統(tǒng)因故障停運(yùn)后,處于全“黑”狀態(tài)時(shí),不依賴別的網(wǎng)絡(luò)的幫助,通過系統(tǒng)中具有自啟動(dòng)能力的機(jī)組的啟動(dòng),帶動(dòng)無自啟動(dòng)能力的機(jī)組,逐步擴(kuò)大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍,最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的恢復(fù)。電網(wǎng)崩潰后,柴油發(fā)電機(jī)作為天荒坪電站唯一的安保電源,提供廠用電,其容量為650千伏,可以供一臺(tái)機(jī)組黑啟動(dòng)。電站一次可向系統(tǒng)提供60萬千瓦時(shí)的事故電源,電源前備用;能夠頂替60萬千瓦事故運(yùn)行一小時(shí),運(yùn)行前加容量。黑啟動(dòng)時(shí),利用這60萬千瓦時(shí)寶貴資源,帶動(dòng)系統(tǒng)其他發(fā)電機(jī)組,并逐步恢復(fù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
安吉縣天荒坪鎮(zhèn)余村,三面青山環(huán)繞,入眼皆是美景。 攝影/黎明
天荒坪抽水蓄能電站的興建,大幅增加了地方財(cái)政稅收,改善了當(dāng)?shù)亟煌ā⑼ㄓ嵉然A(chǔ)設(shè)施,電站上下水庫(kù)被打造成為環(huán)境優(yōu)美的風(fēng)景區(qū),極大推動(dòng)了當(dāng)?shù)芈糜问聵I(yè)蓬勃發(fā)展,為當(dāng)?shù)貛砹孙@著的社會(huì)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。
1991年,天荒坪抽水蓄能電站工程建設(shè)公司成立時(shí),安吉縣還是一個(gè)貧困縣。1992年6月,天荒坪電站前期準(zhǔn)備工程開工,8月,原安吉縣山河鄉(xiāng)更名為天荒坪鎮(zhèn)。1994年,電站進(jìn)入施工高峰期,從小鎮(zhèn)到電站建設(shè)工地,處處機(jī)器轟鳴,大型施工車輛往來穿梭,一派熱火朝天的建設(shè)景象。這個(gè)時(shí)期,大量外來人口涌進(jìn)這個(gè)浙北山區(qū)小鎮(zhèn),小鎮(zhèn)的百行百業(yè)也逐漸開始興旺。
建設(shè)期間,天荒坪抽水蓄能電站工程建設(shè)公司也有意為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展助力,支出5067萬元用于當(dāng)?shù)貙?duì)外公路和電站下游滸溪河治理等地方收益的交通和水利項(xiàng)目。一條電站上下水庫(kù)的連接公路因帶動(dòng)了周圍鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,被當(dāng)?shù)卮迕駛兎Q為“十里致富路”。
除了推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展,天荒坪抽水蓄能電站還尤為關(guān)注生態(tài)保護(hù),并在建設(shè)過程中從生態(tài)的角度對(duì)電站選址布局進(jìn)行了考量。整個(gè)電站的建設(shè)是在基于不破壞整體生態(tài)的前提下進(jìn)行的,除去裸露在外的水庫(kù)工程,其余比如地下廠房洞室群等都在山體內(nèi)進(jìn)行建設(shè)。寧可花大資本與人力開挖山體內(nèi)部,也不從外部進(jìn)行施工,以盡量減少水電開發(fā)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響,旨在保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)。
隨著電站建成蓄水后,天荒坪電站的上下水庫(kù)如今都已是環(huán)境優(yōu)美秀麗的風(fēng)景區(qū)。每年來此的游客絡(luò)繹不絕。
2019年春節(jié)假期,電影《飛馳人生》開片不久,男主角張弛練車時(shí)疾馳的賽道正是在浙江安吉的天荒坪電站下水庫(kù)。 攝影/視覺中國(guó)
下水庫(kù)現(xiàn)在形成了一片集幽谷、青山、瀑布、小溪一體的風(fēng)景區(qū),并且有一個(gè)好聽的名字——“長(zhǎng)谷洞天”。從下水庫(kù)到上水庫(kù)有一條長(zhǎng)12公里的盤山公路,也就是前文中提到的“十里致富路”。這條路還以高山美景和彎道出名。今年年初上映的電影《飛馳人生》就在這條盤山公路和下水庫(kù)取景:沈騰所飾演的男主角張馳駕著一輛白色的賽車,在彎曲的公路上飛馳,鏡頭從下水庫(kù)的壩頂掠過,壩后是一道道“之”字形公路,賽車連續(xù)飄移過幾連發(fā)夾彎,刺激得讓人血脈僨張。
我們沿著電影里的這條公路,從下水庫(kù)驅(qū)車前往上水庫(kù)。上水庫(kù)風(fēng)景區(qū)名叫“江南天池”,是國(guó)家4A級(jí)景區(qū)。它如一面倒映著天空的鏡子安靜地躺在群山之巔,云霧繚繞在四周的山頂,宛如瑤池仙境。
電站工作人員介紹說,這里夏日能避暑親水,冬日能在被稱為“江南的長(zhǎng)白山”的冬季野外滑雪場(chǎng),盡享滑雪之樂,滑雪之余還可以去竹林間的高山溫泉放松身心。而且,這里還是享譽(yù)天文界的觀星夜公園,是全國(guó)首個(gè)夜天光保護(hù)區(qū)。晴朗的夜晚,會(huì)有大批天文愛好者聚集在此。優(yōu)美的風(fēng)景吸引了大量游客的到來,這讓水庫(kù)周邊村子里的很多人家看到了商機(jī),都開起了農(nóng)家樂和民宿,比電站庫(kù)區(qū)所在的大溪村涌現(xiàn)出兩百多戶農(nóng)家樂,成了“浙北農(nóng)家樂第一村”,并且近年來還逐步向高品質(zhì)民宿轉(zhuǎn)化,成為來這里旅游不可錯(cuò)過的一項(xiàng)特色體驗(yàn)。不僅在大溪村,旅游業(yè)還帶動(dòng)了例如余村、山河村等村莊的發(fā)展,如今的安吉縣也已是國(guó)內(nèi)著名的生態(tài)旅游縣。
站在天荒坪的最高點(diǎn)擱天嶺,俯瞰整個(gè)上水庫(kù),群山環(huán)抱,翠竹簇?fù)?,人工與自然完美結(jié)合。天荒坪抽水蓄能電站的建設(shè)從壩址選址開始就堅(jiān)持在保護(hù)中開發(fā),開發(fā)中保護(hù),實(shí)踐結(jié)果證明水電開發(fā)不僅可以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求,也能在資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)中找到平衡,并且發(fā)揮出顯著的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。