高海拔水電站是怎么建成的?

　　4月1日，黃河流域在建海拔最高、裝機最大的水電工程——國家能源集團瑪爾擋水電站首臺機組正式并網發電，這意味著黃河上游青海段首個千萬千瓦級“水風光蓄”多能互補全清潔能源一體化項目的核心工程向全面投產邁出關鍵一步。

4月1日，瑪爾擋水電站外景。 新華社記者張 龍攝

　　在高海拔地區建設水電站并非易事。瑪爾擋水電站的建設者們如何克服困難、為電站建設提速?瑪爾擋水電站的順利建成能為其他高海拔地區提供哪些經驗?該電站并網發電對于當地能源轉型有何意義?本報記者日前在瑪爾擋水電站進行了現場采訪。

　　水電站建設刷新多項紀錄

　　——同類工程機電安裝工期通常需60個月，瑪爾擋水電站僅用36個月就完成全部機組安裝

　　3月31日，國家能源集團瑪爾擋水電站首臺機組并網發電前一天。站在上游處遠眺，一座高200余米、長340余米、壩頂寬10余米的大壩格外醒目——這正是瑪爾擋水電站的“外衣”，有“高原第一壩”之稱。

　　瑪爾擋水電站位于青海省海南藏族自治州同德縣和果洛藏族自治州瑪沁縣交界處，是國家重點能源項目。國家能源集團青海瑪爾擋公司副總經理李紅心告訴記者，瑪爾擋水電站的大壩工程是國內在建海拔最高的200米級特高混凝土面板堆石壩，填筑總量約1055萬立方米。

　　“在高海拔地區建水電站很不容易。”李紅心參與過多個水電站建設工作，但在青藏高原海拔3300多米的峽谷建水電站，還是頭一次。“這里最低氣溫能達到零下三十幾攝氏度，冬季時長差不多有6個月，施工條件很辛苦。就拿建筑需要的混凝土來說，高寒高海拔地區對混凝土防凍抗裂要求較高，由于當地氣溫干燥，剛澆好的混凝土如果不多加保護，很容易開裂受損。另外，高原地區氣壓比平原地區低，對于泄洪建筑物抗沖耐磨等要求也很高。”李紅心說。

　　正是在建設條件如此不易的高原上，瑪爾擋水電站創下了多項施工紀錄——剔除冬歇期，大壩設計工期31.5個月，實際上18個月就完成了填筑;同類工程機電的安裝工期通常需要60個月，瑪爾擋水電站只花了36個月就完成全部機組安裝……

　　為何能不斷刷新建設紀錄?李紅心告訴記者，這其中有建設者的辛勞，也有一項項技術創新。

　　“為了找到適合高原地區建筑使用的混凝土，我們委托相關科研單位提前實驗，對比不同氣壓和溫度，最終敲定混凝土等原材料的最佳配比。在施工過程中，我們利用智能養護系統，監測內外溫度分布、環境濕度、風力風速、太陽輻射等因素，實現自動分析控制灑水時間和頻次。我們還首次采用了36噸重型震動碾進行壩體填筑碾壓，相較于常見的32噸級，能有效提升大壩的填筑質量。碾壓過程中，運用GPS智能碾壓技術，對鋪料壓實厚度、震動碾行駛軌跡、振動狀態、碾壓遍數等進行實時監控和反饋，極大提升了作業效率。”李紅心說。

　　類似的創新手段還有很多：施工團隊“就地取材”，借鑒當地傳承百年的“堆砌石”技藝，在壩體建設中采用堆石干砌工藝，打造成一座200米特高級面板堆石壩;冬季施工氣溫低，項目便利用暖棚法、伴熱帶加熱和棉被覆蓋等保溫措施，給排水管“穿衣服”，給作業面“搭棚子”“烤爐子”，給混凝土“蓋被子”……

　　“瑪爾擋水電站建設過程中的很多創新點都是‘國內首次’，吸引了不少其他高海拔地區的工程建設者專門前來學習借鑒。”李紅心說。

　　“西電東送”迎來一條重要線路

　　——成功并網后，該機組每秒能發155度電，相當于一個三口之家半個月的用電量

　　瑪爾擋水電站大壩右側有幾組進水孔，水電站的幾個發電機組就“藏”在進水孔背后地下200多米深的地方。

　　跟隨指引，記者步入地下200多米的瑪爾擋水電站廠房內。抬頭看，廠房層高約70多米，相當于一座20余層樓房的高度。環視四周，廠房空間開闊，總長超過240米，寬度達29.3米，能容納下32座C919大飛機。在廠房最深處，一臺標注著數字“05”、外觀呈圓柱狀的發電機組佇立于此——這就是瑪爾擋水電站此次實現并網發電的5號機組。

　　利用水力發電，必須打造上游來水和發電機組之間的“位差”，利用水流落下的動力驅動水輪機，再將水輪機的機械能轉換為電能。在瑪爾擋水電站廠房5號發電機組內部，記者看到機組水輪機轉輪正帶動發電轉子高速旋轉，其轉動速度達到每分鐘140多圈，折合每秒能轉2圈半。折算下來，該機組每秒就能發出155度電，相當于一個三口之家半個月的用電量。

　　“水輪發電機的結構主要包括轉子和定子，轉子上設置有導體線圈，在磁場中旋轉時，導體線圈會產生感應電動勢，從而驅動負載發電。定子也是水輪發電機組用于發電的核心部件之一，而定子鐵芯片又是決定定子能否正常工作的重要部件之一。”國家能源集團青海瑪爾擋公司運行維護部主任李天晨告訴記者，每片厚度僅有0.5毫米、共計26萬多片的定子鐵芯片，瑪爾擋水電站的10名技術工僅用1個月就提前完成了安裝。

　　保障水電機組順利并網發電，需要提前開展多次充電試驗。3月28日深夜，瑪爾擋水電站5號機組正式并網發電前幾日，在瑪爾擋水電站地下廠房內，建設者們在發電設備和線路前忙個不停，為5號機組330千伏線路和主變充電試驗做準備。

　　“主變充電試驗是發電機組在并網發電前的關鍵環節，做好設備安裝調試和線路檢修工作后，來自省電網的電流會對5號機組330千伏線路和主變進行5個輪次的逆向沖擊，以此對電力系統穩定性和可靠性進行檢驗，確定是否具備并網發電條件。”李天晨說。

　　3月29日上午10時20分，瑪爾擋水電站收到充電試驗指令。8分鐘后，來自青海省電網的電流瞬間涌向瑪爾擋水電站，線路、新投設備、保護均未發生異常。緊接著，時長分別為5分鐘、3分鐘、2分鐘、1分鐘的4次充電試驗順利進行。下午5時58分，主變第五次充電成功，瑪爾擋水電站5號機組330千伏線路和主變充電試驗圓滿結束。

　　“5號機組發電后送至330千伏輸電線路，再送往目前國內海拔最高的瑪爾擋750千伏云杉變電站，升壓至750千伏后輸送進大電網。這意味著‘西電東送’‘青電入豫’又迎來一條重要線路。”李天晨說。

　　為青海能源轉型注入新動能

　　——全機組投產后，預計年均發電量達73.04億千瓦時，可滿足182.5萬個年用電量為4000度的家庭用電需求

　　國家能源集團青海瑪爾擋公司總經理陳玉林介紹，預計今年底，瑪爾擋水電站全部機組將實現投產發電。項目全機組投產后，預計平均年發電量達73.04億千瓦時，可滿足182.5萬個年用電量為4000度的家庭用電需求，每年可節約標準煤約220萬噸，減少排放二氧化碳約816萬噸。

　　“我們將以瑪爾擋水電站為依托，發揮周邊新能源資源優勢，集水能、風能、光能‘多能互補’于一體，通過多種能源互補開發，配置各類可再生能源3112萬千瓦，全力打造瑪爾擋‘水風光蓄’千萬千瓦級全清潔能源一體化基地。”國家能源集團青海公司工程建設部主任周開平說。

　　打造“水風光蓄”一體化基地是集團助推青海省能源轉型的重要舉措。在青海等風光資源富集地區，新能源開發利用主要依賴風電、光伏項目，但這類可再生能源具有“看天吃飯”的特性，夜間無光、極熱無風時，還需要其他能源及時“頂上”，確保電力可靠穩定供應。

　　“瑪爾擋水電站打造的‘水風光蓄’一體化基地，將結合高精度數值的天氣預報、黃河上游區域水情、水電光伏機組數據等，研究各類能源供應最佳組合，比如在光照強時多用光伏發電，夜間主要依賴水力發電等，共同保障清潔能源供得上、用得好。”國家能源集團青海瑪爾擋公司副總經理王恩重說。

　　前幾年，受極端天氣影響，國內部分地區出現罕見干旱氣候，枯水期來水極少，導致水電站發電受限。瑪爾擋水電站如何應對這個潛在問題?

　　“瑪爾擋水電站水庫具有季調節性能，我們制定了合理的水庫調度圖，確保瑪爾擋水庫的最佳經濟型調度，保證水電系統在較長時間的效益。同時，瑪爾擋水電站在大型水電機組上進行‘壓水調相’研究，也就是用壓縮空氣強制壓低尾水管中的水位，使得轉輪完全脫離尾水并在空氣中旋轉，以減少調相運行方式下的有功損耗，提升發電效率。在枯水期電力供應能力較弱時，還可以借助大電網進行調節，比如借助各類儲能，高峰時充電、低谷時放電，起到平衡電力供應的作用。從這個層面來說，我們打造的‘水風光蓄’一體化基地也將起到積極作用。”王恩重說。

　　國家能源局日前發布的《2024年能源工作指導意見》提出，穩步推進水電核電開發建設，編制主要流域水風光一體化基地規劃。國家能源集團有關負責人表示，伴隨瑪爾擋“水風光蓄”千萬千瓦級全清潔能源一體化基地落成，“水風光蓄儲”及光熱等能源有序開發利用，“西電東送”將有效緩解大城市用電需求，瑪爾擋水電站也將為青海能源轉型作出積極貢獻。(記者 廖睿靈)