由北京城區(qū)驅車向北，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，灤河東去，落日雄渾，耳畔只有發(fā)動機的轟鳴和呼嘯的朔風……
在這偏遠貧瘠的山區(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”，由中國電建集團承擔設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，實現(xiàn)了首批機組（1號機組、10號機組）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)建設與發(fā)展的洪流之中。
豐寧抽水蓄能電站裝機規(guī)模居世界首位，共安裝12臺單機容量300兆瓦的水泵水輪機/發(fā)電電動機組，總裝機容量3600兆瓦，工程總投資192億元，分兩期開發(fā)建設，一、二期工程裝機容量分別為1800兆瓦，預計年發(fā)電量可達到62.88 億千瓦時。
電站12臺機組全部投運后，一次連續(xù)滿裝機發(fā)電最長可達近11小時，具有強大的調峰儲能作用，是華北地區(qū)唯一具有周調節(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“護航員”，是實現(xiàn)京津及冀北電網(wǎng)構建以新能源為主體新型電力系統(tǒng)的關鍵所在。 同時，作為2022年北京冬奧會配套的綠色能源重點工程，還肩負起冬奧會和京津及冀北地區(qū)電網(wǎng)安全運行的保障責任，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志性工程，從預可研到投產(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，用責任與信念，傳承與創(chuàng)新，拼搏與實干，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史上的豐碑，它究竟取得了怎樣的卓越成就？蘊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，機器轟鳴。行走于此，但見洞室群縱橫交錯、上下連通，仿佛進入了恢弘壯麗的地下宮殿，不由得驚嘆于現(xiàn)代科學技術的發(fā)達和大國工匠的“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”的設計理念和精準細膩的“巖上雕花”功夫。
地下廠房規(guī)模大、機組臺數(shù)多、機組間距小、洞室交叉縱橫，加之區(qū)域地質環(huán)境復雜，地質條件較差，施工難度很大。地下廠房開挖過程中，受區(qū)域地質環(huán)境復雜、圍巖完整性差、巖體蝕變、不利地應力等共同影響，建設之初，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設計及施工帶來了較大困擾。
針對上述情況，為提供安全、可靠的設計思路，全力保證地下廠房的安全建設和施工，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，從地質賦存環(huán)境、關鍵塊體穩(wěn)定、開挖變形與應力擾動機制及加固效果，到巖體分級、地質結構、節(jié)理裂隙、斷層等地質環(huán)境因素、地應力分布規(guī)律及其與廠房軸線方向的空間關系等方面系統(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。
在建設過程中，巖層上固定巖錨梁是施工的關鍵問題所在，被稱為“巖上雕花”，工程難度大，風險高。對此，水電七局成立了“巖錨梁開挖及混凝土QC小組”，通過反復梳理分析地質預報、結合現(xiàn)場通過模擬試驗精心計算細化爆破設計參數(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，順利實現(xiàn)了巖臺開挖點、線、面滿足規(guī)范要求，同時達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果表明，采取的工程處理措施達到了良好效果，廠房洞室圍巖整體穩(wěn)定。
“馭水”有術——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系，使得豐寧抽水蓄能電站水庫泥沙淤積嚴重，如果維持原有的水庫運行方式，經(jīng)計算分析，40年后，水庫調節(jié)庫容將損失殆盡，且無論采用何種運行方式，由于泥沙淤積，下水庫剩余調節(jié)庫容都不能滿足抽水蓄能電站運行50年所需的調節(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又一次提出了考驗。
如何通過設置攔排沙系統(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/出水口過機泥沙的要求，從而保證抽水蓄能電站正常運行，成為本工程設計的關鍵技術問題之一。
經(jīng)過北京院項目團隊的研究論證，提出通過設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，如利用原河道不進行河道改造，極易造成泥沙淤泥。因此，在設計的角度提出“S”彎段就彎取直，設置導沙明渠，并與下游泄洪排沙洞組合，極大地增強了排沙能力。
下水庫攔排沙系統(tǒng)建成后，泄洪排沙洞汛期敞泄，非汛期蓄水運行，能夠滿足豐寧抽水蓄能電站正常運行的要求。經(jīng)過論證，在運行至30年左右時，攔沙庫基本達到?jīng)_淤平衡狀態(tài)；在運行至50年時，攔沙庫仍能維持一定的蓄水補水功能，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——變速機組開創(chuàng)先河
變速蓄能機組除了具備定速蓄能機組的功能外，還具有提供頻率自動控制容量、實現(xiàn)有功功率的高速調節(jié)、水泵入力在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調以及提高機組運行的穩(wěn)定性和效率等優(yōu)點。相比定速機組，變速機組能夠更有效地服務于電網(wǎng)。
豐寧抽水蓄能電站二期工程裝設2臺采用自起動方式的300兆瓦交流勵磁變速蓄能機組，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)示范工程配套運行，該變速機組由北京院設計。這是國內(nèi)首次采用交流勵磁變速機組，填補了國內(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組專題科研和工程應用設計業(yè)績的設計單位。
事實上，早在2009年北京院就開始關注變速抽水蓄能技術，并進行資料積累、技術儲備和工程設計研發(fā)工作。
2012年，國網(wǎng)新源控股有限公司組織開展了變速機組技術的全面科研工作，北京院作為選定的主要參與方，于2015年底前完成了變速機組技術的應用研究課題。
2016年初，國網(wǎng)新源公司結合研究成果，決定在豐寧抽水蓄能電站二期工程實施建設兩臺變速機組，同時電網(wǎng)系統(tǒng)要求變速機組配合張北柔性直流電網(wǎng)實現(xiàn)孤網(wǎng)運行。
正是因為超前的發(fā)展理念和對工程技術的不懈追求， 助力成就了豐寧抽水蓄能電站的卓越領先，也為北京院多年來在變速機組領域的潛心研究劃下一個完美的句號。
煥彩“視”界——智能科技點亮黑暗
當縱橫交錯、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，建設者們不僅要“點亮黑夜”，還要用科技與智慧讓這里變成煥彩“視界”。
智能照明系統(tǒng)由北京院設計，它的應用也充分體現(xiàn)了北京院在技術領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)提出了建設統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略目標。抽水蓄能電站作為堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分，新源公司提出以“兩型兩化”建設為總路徑，以“美麗電站、幸福新源”為愿景，實現(xiàn)“兩個引領”戰(zhàn)略目標，加強智慧管控體系建設，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)對建設數(shù)字化智能型電站的要求。
全廠設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/下水庫進出水口啟閉機樓、地面開關站及中控室。智能照明控制系統(tǒng)通過一條總線連接所有控制元件，實現(xiàn)了遠程全方位控制、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、自動感應照度控制等多種控制方式，同時提供了遠程監(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。
該系統(tǒng)首次將機場、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計理念大規(guī)模應用至水電行業(yè)，根據(jù)電站的具體運維要求設置了全廠網(wǎng)絡化智能照明系統(tǒng)，實現(xiàn)了龐大工程樞紐的地下、地面建筑物群照明系統(tǒng)的智能控制和運維，提高了電站運營管理效率，踐行了高效節(jié)能的“綠色照明”理念，創(chuàng)造出智能運行、方便維護、節(jié)能、安全、舒適的光環(huán)境。
“編織”美麗——深入踐行“兩山”理念
大力推進生態(tài)文明建設，努力建設美麗中國，是關乎人民福祉、關系民族未來的長遠大計。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、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)劃由北京院設計，核心內(nèi)容在于對工程區(qū)的環(huán)境保護、環(huán)境構建、環(huán)境美化、資源綜合利用進行系統(tǒng)規(guī)劃，實現(xiàn)建設美麗電站的目標。 一方面要建成生態(tài)綠色電站，最大限度地保護現(xiàn)有自然生態(tài)，合理規(guī)劃，恢復開挖面和破壞面的復綠，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。
設計遵循以自然要素為基礎，充分貫徹保護性開發(fā)的基本原則，通過對當?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、因地制宜地進行電站生態(tài)整體規(guī)劃。
以文化要素為亮點。豐寧抽水蓄能電站作為當?shù)氐囊豁椫攸c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節(jié)有機結合來展示當?shù)氐娘L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?shù)匚幕氐闹踩雽⒊蔀殡娬镜囊粋€亮點。
以工程要素為依托。一方面，通過科學、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、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“百花齊放”
在豐寧抽水蓄能電站建設過程中，中國電建集團各參建單位依托工程，大力開展新技術、新工藝、新手段的研究應用，并圍繞關鍵技術問題開展科技攻關工作，為將豐寧抽水蓄能電站建設成為精品樣板工程提供“科技力量”。
為了加強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構，并制訂了相應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)表實用新型專利成果13項，目前已授權10項，受理中3項；發(fā)明專利成果已授權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量合格率》分獲中國電力建設企業(yè)協(xié)會2018年度電力建設優(yōu)秀質量管理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攻關團隊，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，在總結國內(nèi)類似工程施工經(jīng)驗的基礎上，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、上下水庫進出水口的開挖支護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，激蕩著建設者的錚錚豪情。
豐蓄“首發(fā)”，這是一段歷程的結束，也是另一段里程的開始。
我們回溯過往，感嘆建設者篳路藍縷，矢志不渝。我們放眼未來，澎湃于祖國能源事業(yè)建設飛速發(fā)展，日新月異。
我們要探尋的，是科學技術的重大突破和領先成果，更是凝結在建設者背后的默默奉獻與無悔付出——這是幾代電建人的堅守、責任、理想，和一往無前的執(zhí)著與信念……
我們不得而知，每一位建設者走過的心路歷程；我們難以名狀，每一段歷程蘊含的百感交集。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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