东北地区最大“电力粮仓”建设背后——走进清原抽水蓄能电站

  今年1至10月份，全国水电、风电、光伏发电等可再次生产的能源新增装机再创历史上最新的记录，占全国新增发电装机的76%。然而，由于风电、光伏发电具有“看天吃饭”的特性，当“极热无风”“极寒无光”，就轻易造成电力供应出现波动。

  要解决风电、光电发电功率波动大的问题，最简单的方法就是把这些电用“充电宝”存起来，然后再稳定放电。清原抽水蓄能电站就是东北地区最大的“超级充电宝”，是国家“十三五”期间重点工程、新一轮国家振兴东北老工业基地139个重点项目之一，也是国内首个百万千瓦级包含设计、施工、采购完整产业链的 EPC 总承包抽水蓄能建设试点项目。电站由北京院牵头水电六局、水电八局组成 EPC总承包联合体建设。

  “你知道吗？这个‘超级充电宝’在电力富余时，把低处的水抽到高处储能。在用电高峰时，把高处的水放下来发电。与其他常规电源不同，抽水蓄能电站本身并不增加电力供应，其功能作用主要是为电力系统提供调节服务。”中国电建北京院副总工程师、首席技术专家，清原EPC总承包项目管理部总经理姚宝永见面就进行了科普。

  因为抽水蓄能电站形式特殊，一般是建两个地势高低不同的水库，从低处抽水到高处发电。但“一抽一发”，平均下来每发3度电要消耗4度电抽水，即电站综合效率为75%左右。但是为什么还要“4度电换3度电”呢？

  “电网负荷低谷时抽水，将电能转化为水的势能并储存，此时电量为低谷电，电量价格较低；负荷高峰时放水发电，此时电量为高峰电，电量电价较高。用低谷电发出高峰电，这个账就能算出来值不值。”姚宝永和记者说，鉴于抽水蓄能电站的主要任务，用形象的术语来表达，能够说是电网的“调压器”“稳压器”和“电力粮仓”，也因为能保障大电网安全稳定运行，它还被称为“巨型充电宝”。

  “你们是否有印象，早年家里的灯泡，有时会忽明忽暗？”中国电建集团北京院副总工程师、辽宁清原抽水蓄能电站EPC总承包项目管理部副总经理兼总工程师王志国和记者说，抽水蓄能电站的主要任务是调峰、填谷、调频、调相及事故备用，同时清原抽水蓄能电站还具有黑启动功能。其作用的对象是电网，维持电网稳定，平衡电网的能量是基本任务。

  清原抽水蓄能电站总装机容量180万千瓦，设计年发电量30亿千瓦时，年抽水电量40亿千瓦时。项目建成后，将在电网中承担调峰、填谷、调频等任务，每年将为辽宁电网节约标煤15.8万吨，减少二氧化碳排放37.5万吨、二氧化硫0.7万吨，对保证电网安全稳定运行、优化电源结构起到重要作用。

  “由于清原抽水蓄能电站位于大山深处，生态环境脆弱。因此，整座电站的建设都采用清水混凝土工艺设计，坝顶结构、启闭机室、地下厂房等主要设施不做额外装修，低碳环保，最大限度减少对生态环境的影响。”姚宝永自豪地和记者说，“电站枢纽建筑物主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房系统和地面开关站等组成。上水库四周峰峦环绕，堪称一个天然优良的‘大库盆’。最重要的‘心脏’部分是一座相当于200多米长、27米宽、20多层楼房高的地下发电厂房。6台30万千瓦可逆式水泵水轮发电机组藏在大山腹部。巨大的山体就像一个保护罩，既保障了‘心脏’安全，又留住了绿水青山。”

  姚宝永和记者说，清原抽水蓄能电站工程总承包的独特之处在于采取EPC模式，由中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司牵头，由中国水利水电第六工程局有限公司、中国水利水电第八工程局有限公司组成的联合体承建，并组建中国电建辽宁清原抽水蓄能电站EPC总承包项目管理部。

  实现了以设计为龙头，实行“现场引领后方”的设计工作方式，克服了设计、采购、施工相互制约、相互脱节的痼疾。总承包模式下，设计施工通过总承包合同联系在一起，形成命运共同体并接受总承包部统一管理，为设计施工深层次地融合提供了平台。

  “EPC模式的优势不仅体现在统筹规划、统一指挥、资源整合、优化配置、优势互补、合作共赢，更体现在提升建设效率。”姚宝永和记者说，传统DBB模式，质量终检由实施工程单位负责。EPC模式集设计、采购、施工于一体，总包部最终把关质量验收，项目产品质量直接代表联合体各方建设水平和市场声誉，各级人员更重视工程质量，施工自律性更强。

  行走在清原抽水蓄能电站厂区，可见绝大部分工程部位墙面圆润平整，富有光泽，清水混凝土工艺不做任何额外装饰，直接展现混凝土本身的肌理、质感，使工程建筑与周围环境融为一体。

  “清水混凝土只能一次浇筑成型，对施工工艺及工序的要求极高，在原料配合比、浇筑工艺、模板的设计及使用、施工环境和温度等方面都有着特殊的要求，这里很多工程部位的清水混凝土墙面，可以呈现出镜面效果，就像站在镜子前一样，被称为‘六年磨一镜’。”清原设计项目部项目经理张建富说，将清水混凝土工艺融入工程建设中，呈现建筑物本身所特有的美感，力求塑造与展现建筑美学，是姚宝永的“执念”，也代表了清原抽水蓄能电站促进人与自然和谐发展的建设理念。

  在东北，寒冷是“标签”，混凝土在严寒地区防裂抗裂是行业永久性技术难题，如何避免产生危害性裂缝是电站建设的重中之重。清原抽水蓄能电站通过监测手段和试验模拟研究库区冰情、冰害形成及发展规律，结合库区建筑物在低温运行环境下的要求，针对性地开展一系列止水材料、抗冰冻新材料的研究。截至目前，结合新材料研制及运用，配套研究新工艺、新设备等，研究成果已申报国家专利10余项，发表核心论文10余篇。随着研究的深入，形成了一套严寒地区抽水蓄能电站库区抗冰冻关键技术体系，填补行业抗冰冻研究领域多项空白，提升严寒地区抽水蓄能设计的核心竞争力。

  “清原数字化电站结合了清原EPC管理模式，以电站三维模型为载体，依托可视化平台，进行动态模型构建及业务数据融合，通过构建数字孪生电站，为工程建设提供全面可视化管理，保障工程建设质量。”清原抽水蓄能电站EPC总承包部技术质量工艺部主任田政介绍。

  “电站从规划、设计到施工的每一个细节，都将绿色理念和科学技术创新贯穿工程建设全过程。比如说，输水系统管道部分为压力钢管，钢材总用量达2.8万吨。其中，引水压力钢管长约1136米，尾水支管长121米，最大管径6.8米。这么大、这么多的钢管在后方工厂制作并运输到工地，运输难度大、也不经济，最佳解决方案是在工地现场自建加工厂，将采购来的高强钢板加工成所需的压力钢管。清原电站压力钢管制作的步骤中进行了大量技术创新。”田政滔滔不绝地介绍说，制作的步骤中首次在水电行业成功使用双丝埋弧自动焊技术，效率提高70%以上。压力钢管加劲环数字控制机床下料，加工工艺将传统的火焰切割成型工艺改进为冷弯成型工艺，提高制作效率同时降低了板材耗损，可节省钢板约260吨。

  “采用自主研制的焊接工作站进行加劲环焊接，焊缝成型质量更稳定，施工效率提高两倍以上。另外，水力机械系统管路加工采用‘三维设计、智能焊接、工厂化预制’及数字化安装技术，明显提高焊接质量，减少焊工投入，同时效率提高50%以上。”姚宝永和记者说，在清原抽水蓄能电站，科学技术创新百花齐放，蔚然成风。抽水蓄能电站的一般使用的时间为70年，清原电站设计使用期为150年，建设期间已经进行了大量的工艺创新和研发技术，目前已获得省部级科技进步奖特等奖1项、一等奖1项，QC成果奖项44项，省级工法5项，申请专利83项。