中國儲能網訊：“并網發(fā)電！”隨著指令長一聲令下，位于浙江省天臺縣蒼山深處的電站“心臟”——單機容量達42.5萬千瓦的水輪機組，開始高速運轉。
前不久，浙江天臺抽水蓄能電站（以下簡稱“天臺抽蓄電站”）首臺機組正式并網發(fā)電，為我國華東電網添加了一座巨型“充電寶”：山頂上水庫內水流奔涌而下，借助724米超高水頭，驅動水輪機組源源不斷發(fā)出綠電；山腳下水庫敞開胸懷接納來水，待水量充盈、電量富裕時，再將水送至上水庫儲存起來，完成蓄能。
“一放一蓄間，這座世界額定水頭最高、國內單機容量最大、國內引水斜井最長的抽水蓄能電站，巧妙地利用勢能與電能相互轉換，在時空上完成電力‘搬運’?！敝袊龒{建工（集團）有限公司董事長高鵬近日接受科技日報記者采訪時介紹，天臺抽蓄電站建成后，預計每年可提供17億度清潔電能，滿足一座160萬人口城市一年的生活用電。
澆筑“防裂大壩”
當水位升至953米、蓄水量達689萬立方米時，“滿盆”庫容會產生巨大的靜水壓力，時刻考驗天臺抽蓄電站上水庫大壩的堅固度與耐久性。
“大壩一般由柔性堆石壩和剛性混凝土面板組成，雖能有效抗壓但天然‘懼怕’拉伸?！敝袊龒{建工（集團）有限公司所屬浙江天臺抽水蓄能有限公司（以下簡稱“天臺抽蓄公司”）工程管理部副主任周濤向記者解釋，混凝土面板下的堆石壩一旦因冷熱變形脫空，將造成面板開裂風險。
“必須想方設法讓混凝土面板更抗裂?！碧炫_抽蓄公司專業(yè)師杜俊良打趣道，“熱了不行、冷了也不行，面板猶如需要精心呵護的孩子?！?/span>
“思慮再三，我們決定從水泥配方這個源頭著手，解決抗裂難題?！敝軡f。研發(fā)團隊將市面上性能良好的材料悉數納入研究視野，不斷變換材料組合方式、配方比例和摻合劑量。
一開始，6種配方同時投入試驗。結果令人沮喪，要么早期強度不達標，要么成本飆升到無法承受。最棘手的是，有些配方反而加劇了裂縫生長。
“我們像是在黑暗中摸索?！敝軡陧椖咳罩局袑懙?，“每個變量都影響著其他變量，簡單的疊加思維行不通?！?/span>
轉折發(fā)生在第3個月。周濤在觀察玄武巖纖維的微觀結構時靈感突現(xiàn)：“這些纖維表面如果能和水泥基體形成化學鍵而不僅僅是物理嵌合，會不會更好？”
這個想法點亮了新方向——材料間的界面效應可能是關鍵。
團隊調整了策略，不再進行“試錯式”篩選，而是建立了系統(tǒng)的性能矩陣。他們將18種配方按照3個維度排列：熱力學性能、力學性能、耐久性能，每個配方都要經過12項標準測試和3項模擬環(huán)境測試。
6個月后，成功的曙光近在眼前?！暗蜔崴?玄武巖纖維+防裂劑”的組合表現(xiàn)優(yōu)異：在溫差循環(huán)測試中，裂縫寬度比基準組減少了近60%；后續(xù)的疲勞測試中，極限抗拉伸性能提升約30%，溫差耐受度提高10℃，實現(xiàn)控溫、抗拉雙重效果。
配方有了，團隊更進一步，又為大壩量身定制出全生命周期溫控模型?！袄迷撃Ｐ停粌H能夠精準預測出面板溫度引發(fā)應力變化的規(guī)律，還能模擬面板澆筑時邊界因素對應力的影響，有效支撐大壩控溫與限裂措施改進?！倍趴×颊f。
如今，這座高62.5米、頂部長566米的大壩巍峨矗立在群山之中，抗裂性能出色，滲漏量僅為設計指標的十分之一，居國內抽蓄行業(yè)領先水平。
鍛造“超級滑梯”
大壩穩(wěn)固了，研發(fā)團隊面臨的另一個難題，是如何將上水庫中水流安全引至地下發(fā)電廠房。
“我們需要建造兩條長483.4米、坡度高達58度的巨型鋼制斜井?！碧炫_抽蓄公司副總經理姚亮告訴記者，“這兩條堪稱‘超級滑梯’的斜井，必須承受住來自724米額定水頭的超高水壓?！?/span>
彼時，國內最高等級水電鋼材是800兆帕級高強鋼。
“要么花重金從國外引進1000兆帕級水電高強鋼，要么抓住世界最高水頭這個千載難逢的應用場景，自主研發(fā)同等級產品?！币α梁芮宄?，擺在面前的只有這兩條路。
團隊很快給出答案——下定決心，與國內企業(yè)一起向1000兆帕級水電高強鋼發(fā)起攻關！
研發(fā)緊鑼密鼓地展開，首要任務是做出強度、韌性和塑性達標的鋼材?！瓣P鍵在于鋼板合金成分的設計?！眳⑴c攻關的寶山鋼鐵股份有限公司首席工程師劉自成坦言。
然而兩年過去，國內5家鋼廠提交的鋼板試樣均未達標。無奈之下，團隊一頭扎進軋鋼現(xiàn)場，逐項分析工序，不斷調配化學成分配比，直至第一塊質量合格鋼板誕生。
就在大家分享喜悅之時，一瓢冷水澆了下來——鋼板批量生產合格率不足50%?！皢栴}應該出在制造工藝上。”劉自成仔細分析后得出結論。
團隊重振旗鼓，一次次開展技術研討、專題論證，多次請來業(yè)內頂尖專家“把脈問診”，最終鎖定鋼板質量波動的原因是沒能精準把控熱處理工藝。
明確癥結后，大家迅速調試熱處理設備：首先著手解決熱處理溫度的均勻性，確保爐內各點溫差精準控制接近于零；再通過氧探頭、露點儀等多參數監(jiān)控與互校調整氣氛控制；在冷卻過程中進一步強化攪拌系統(tǒng)，讓槽內各點冷卻速度一致……隨著工藝流程不斷改進、生產標準持續(xù)完善，鋼板批量生產合格率最終提升至92%?！斑@標志著我國真正掌握了1000兆帕水電高強鋼鋼材制造的核心技術！”姚亮感慨。
2024年9月，1000兆帕水電高強鋼在天臺迎來“大考”——模型鋼岔管水壓爆破試驗。隨著水壓持續(xù)升高，儀表盤上數值急劇上升，“砰”的一聲，巨響在山谷間回蕩，“成績”定格在26.5兆帕?！颁摬砉鼙茐毫υO計值為24.9兆帕，實際耐壓性能超出預期目標?！币α良硬灰?。
如今，國產1000兆帕級高強鋼已成功應用于天臺抽蓄電站引水系統(tǒng)核心部位，每平方厘米承壓能力可達10萬噸。
安裝“巨型心臟”
上水庫水流順著“超級滑梯”奔騰至地下廠房，將直接沖向可逆式水泵水輪發(fā)電機組。
“如果說水是電站運轉的‘血液’，那么發(fā)電機組則是催動血液流動的‘巨型心臟’。”天臺抽蓄公司副主任專業(yè)師馬志忠解釋，它既能變身水泵，將水抽至上水庫“存”起來；又能在用電高峰時轉為發(fā)電機，釋放綠電。
面對超高水頭、超大流量的挑戰(zhàn)，必須精準控制機組安裝位置?！皬淖h(huán)和蝸殼吊裝開始，15個月里，廠房就是我們的家?！瘪R志忠笑著說，“機組安裝就像拼積木，每個零部件都必須落在指定位置?！?/span>
天臺抽蓄機組轉子直徑4.996米、重481噸，是機組中最重的部件，也是安裝成敗的關鍵。設計要求轉子中心偏差小于0.1毫米，水平偏差更是要控制在0.02毫米以內。
“哪怕是0.01毫米偏差，轉子高速運轉后也會影響整個機組運行效率和使用壽命?！碧炫_抽蓄公司副主任專業(yè)師強林林強調。
為了盡可能減小偏差，團隊請來經驗豐富的軌道橋機駕駛員，采用垂直吊裝入坑的方式進行安裝。當轉子緩緩吊入機坑，監(jiān)控屏幕上代表同心度的兩條曲線并沒有完美重合，出現(xiàn)一道刺眼的“缺口”，這意味著數百噸重的轉子可能發(fā)生“微小的傾斜”。
吊裝被立即叫停，大家集結到機坑邊分析研判?！叭绱烁呔?，用目測完全無法判斷。”強林林說，若想驗證并糾偏，必須在現(xiàn)有基礎上新增更精密的監(jiān)測設備。
手足無措之時，馬志忠突然想到機坑建設時預留的三維激光定位儀，“從坑底向上監(jiān)測，應該能輔助轉子精準落位”。
駕駛員重新開機，在雙重系統(tǒng)監(jiān)測下，小心翼翼地調整入坑角度。大家屏著呼吸，恨不得雙手扶著轉子移動。1分鐘、10分鐘……30分鐘，轉子終于平穩(wěn)“入巢”。檢測結果顯示：轉子中心偏差0.05毫米、水平偏差0.01毫米。“成功了！”所有人長舒了一口氣。
天臺抽蓄電站建設隨之駛入快車道。2025年12月25日，首臺機組并網發(fā)電；2026年1月9日，2號機組具備商業(yè)運行條件；預計2026年9月，全部4臺機組可實現(xiàn)投產。
“十五五”規(guī)劃綱要提出，深入實施能源安全新戰(zhàn)略，加快構建清潔低碳安全高效的新型能源體系，建設能源強國。面向未來，高鵬表示：“我們將進一步加大關鍵核心技術攻關力度，扛起建設新型能源體系的央企擔當！”
