“并網(wǎng)發(fā)電！”隨著指令長(zhǎng)一聲令下，位于浙江省天臺(tái)縣蒼山深處的電站“心臟”——單機(jī)容量達(dá)42.5萬千瓦的水輪機(jī)組，開始高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
前不久，浙江天臺(tái)抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱“天臺(tái)抽蓄電站”）首臺(tái)機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電，為我國(guó)華東電網(wǎng)添加了一座巨型“充電寶”：山頂上水庫(kù)內(nèi)水流奔涌而下，借助724米超高水頭，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)組源源不斷發(fā)出綠電；山腳下水庫(kù)敞開胸懷接納來水，待水量充盈、電量富裕時(shí)，再將水送至上水庫(kù)儲(chǔ)存起來，完成蓄能。
“一放一蓄間，這座世界額定水頭最高、國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大、國(guó)內(nèi)引水斜井最長(zhǎng)的抽水蓄能電站，巧妙地利用勢(shì)能與電能相互轉(zhuǎn)換，在時(shí)空上完成電力‘搬運(yùn)’�！敝袊�(guó)三峽建工（集團(tuán)）有限公司董事長(zhǎng)高鵬近日接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹，天臺(tái)抽蓄電站建成后，預(yù)計(jì)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(dāng)水位升至953米、蓄水量達(dá)689萬立方米時(shí)，“滿盆”庫(kù)容會(huì)產(chǎn)生巨大的靜水壓力，時(shí)刻考驗(yàn)天臺(tái)抽蓄電站上水庫(kù)大壩的堅(jiān)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。”中國(guó)三峽建工（集團(tuán)）有限公司所屬浙江天臺(tái)抽水蓄能有限公司（以下簡(jiǎn)稱“天臺(tái)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(fēng)險(xiǎn)。
“必須想方設(shè)法讓混凝土面板更抗裂�！碧炫_(tái)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(hù)的孩子�！�
“思慮再三，我們決定從水泥配方這個(gè)源頭著手，解決抗裂難題�！敝軡f。研發(fā)團(tuán)隊(duì)將市面上性能良好的材料悉數(shù)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(shí)投入試驗(yàn)。結(jié)果令人沮喪，要么早期強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，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(zhǎng)。
“我們像是在黑暗中摸索�！敝軡陧�(xiàng)目日志中寫道，“每個(gè)變量都影響著其他變量，簡(jiǎn)單的疊加思維行不通。”
轉(zhuǎn)折發(fā)生在第3個(gè)月。周濤在觀察玄武巖纖維的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)靈感突現(xiàn)：“這些纖維表面如果能和水泥基體形成化學(xué)鍵而不僅僅是物理嵌合，會(huì)不會(huì)更好？”
這個(gè)想法點(diǎn)亮了新方向——材料間的界面效應(yīng)可能是關(guān)鍵。
團(tuán)隊(duì)調(diào)整了策略，不再進(jìn)行“試錯(cuò)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(gè)維度排列：熱力學(xué)性能、力學(xué)性能、耐久性能，每個(gè)配方都要經(jīng)過12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和3項(xiàng)模擬環(huán)境測(cè)試。
6個(gè)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(cè)試中，裂縫寬度比基準(zhǔn)組減少了近60%；后續(xù)的疲勞測(cè)試中，極限抗拉伸性能提升約30%，溫差耐受度提高10℃，實(shí)現(xiàn)控溫、抗拉雙重效果。
配方有了，團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步，又為大壩量身定制出全生命周期溫控模型。“利用該模型，不僅能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)出面板溫度引發(fā)應(yīng)力變化的規(guī)律，還能模擬面板澆筑時(shí)邊界因素對(duì)應(yīng)力的影響，有效支撐大壩控溫與限裂措施改進(jìn)�！倍趴×颊f。
如今，這座高62.5米、頂部長(zhǎng)566米的大壩巍峨矗立在群山之中，抗裂性能出色，滲漏量?jī)H為設(shè)計(jì)指標(biāo)的十分之一，居國(guó)內(nèi)抽蓄行業(yè)領(lǐng)先水平。
鍛造“超級(jí)滑梯”
大壩穩(wěn)固了，研發(fā)團(tuán)隊(duì)面臨的另一個(gè)難題，是如何將上水庫(kù)中水流安全引至地下發(fā)電廠房。
“我們需要建造兩條長(zhǎng)483.4米、坡度高達(dá)58度的巨型鋼制斜井�！碧炫_(tái)抽蓄公司副總經(jīng)理姚亮告訴記者，“這兩條堪稱‘超級(jí)滑梯’的斜井，必須承受住來自724米額定水頭的超高水壓。”
彼時(shí)，國(guó)內(nèi)最高等級(jí)水電鋼材是800兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼。
“要么花重金從國(guó)外引進(jìn)1000兆帕級(jí)水電高強(qiáng)鋼，要么抓住世界最高水頭這個(gè)千載難逢的應(yīng)用場(chǎng)景，自主研發(fā)同等級(jí)產(chǎn)品�！币α梁芮宄�，擺在面前的只有這兩條路。
團(tuán)隊(duì)很快給出答案——下定決心，與國(guó)內(nèi)企業(yè)一起向1000兆帕級(jí)水電高強(qiáng)鋼發(fā)起攻關(guān)！
研發(fā)緊鑼密鼓地展開，首要任務(wù)是做出強(qiáng)度、韌性和塑性達(dá)標(biāo)的鋼材�！瓣P(guān)鍵在于鋼板合金成分的設(shè)計(jì)�！眳⑴c攻關(guān)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(guó)內(nèi)5家鋼廠提交的鋼板試樣均未達(dá)標(biāo)。無奈之下，團(tuán)隊(duì)一頭扎進(jìn)軋鋼現(xiàn)場(chǎng)，逐項(xiàng)分析工序，不斷調(diào)配化學(xué)成分配比，直至第一塊質(zhì)量合格鋼板誕生。
就在大家分享喜悅之時(shí)，一瓢冷水澆了下來——鋼板批量生產(chǎn)合格率不足50%。“問題應(yīng)該出在制造工藝上�！眲⒆猿勺屑�(xì)分析后得出結(jié)論。
團(tuán)隊(duì)重振旗鼓，一次次開展技術(shù)研討、專題論證，多次請(qǐng)來業(yè)內(nèi)頂尖專家“把脈問診”，最終鎖定鋼板質(zhì)量波動(dòng)的原因是沒能精準(zhǔn)把控?zé)崽幚砉に嚒?/p>
明確癥結(jié)后，大家迅速調(diào)試熱處理設(shè)備：首先著手解決熱處理溫度的均勻性，確保爐內(nèi)各點(diǎn)溫差精準(zhǔn)控制接近于零；再通過氧探頭、露點(diǎn)儀等多參數(shù)監(jiān)控與互校調(diào)整氣氛控制；在冷卻過程中進(jìn)一步強(qiáng)化攪拌系統(tǒng)，讓槽內(nèi)各點(diǎn)冷卻速度一致……隨著工藝流程不斷改進(jìn)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)完善，鋼板批量生產(chǎn)合格率最終提升至92%�！斑@標(biāo)志著我國(guó)真正掌握了1000兆帕水電高強(qiáng)鋼鋼材制造的核心技術(shù)！”姚亮感慨。
2024年9月，1000兆帕水電高強(qiáng)鋼在天臺(tái)迎來“大考”——模型鋼岔管水壓爆破試驗(yàn)。隨著水壓持續(xù)升高，儀表盤上數(shù)值急劇上升，“砰”的一聲，巨響在山谷間回蕩，“成績(jī)”定格在26.5兆帕。“鋼岔管爆破壓力設(shè)計(jì)值為24.9兆帕，實(shí)際耐壓性能超出預(yù)期目標(biāo)�！币α良�(dòng)不已。
如今，國(guó)產(chǎn)1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼已成功應(yīng)用于天臺(tái)抽蓄電站引水系統(tǒng)核心部位，每平方厘米承壓能力可達(dá)10萬噸。
安裝“巨型心臟”
上水庫(kù)水流順著“超級(jí)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(jī)組。
“如果說水是電站運(yùn)轉(zhuǎn)的‘血液’，那么發(fā)電機(jī)組則是催動(dòng)血液流動(dòng)的‘巨型心臟’�！碧炫_(tái)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(kù)“存”起來；又能在用電高峰時(shí)轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)，釋放綠電。
面對(duì)超高水頭、超大流量的挑戰(zhàn)，必須精準(zhǔn)控制機(jī)組安裝位置。“從座環(huán)和蝸殼吊裝開始，15個(gè)月里，廠房就是我們的家�！瘪R志忠笑著說，“機(jī)組安裝就像拼積木，每個(gè)零部件都必須落在指定位置�！�
天臺(tái)抽蓄機(jī)組轉(zhuǎn)子直徑4.996米、重481噸，是機(jī)組中最重的部件，也是安裝成敗的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)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(nèi)。
“哪怕是0.01毫米偏差，轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)后也會(huì)影響整個(gè)機(jī)組運(yùn)行效率和使用壽命。”天臺(tái)抽蓄公司副主任專業(yè)師強(qiáng)林林強(qiáng)調(diào)。
為了盡可能減小偏差，團(tuán)隊(duì)請(qǐng)來經(jīng)驗(yàn)豐富的軌道橋機(jī)駕駛員，采用垂直吊裝入坑的方式進(jìn)行安裝。當(dāng)轉(zhuǎn)子緩緩吊入機(jī)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(shù)百噸重的轉(zhuǎn)子可能發(fā)生“微小的傾斜”。
吊裝被立即叫停，大家集結(jié)到機(jī)坑邊分析研判�！叭绱烁呔�，用目測(cè)完全無法判斷�！睆�(qiáng)林林說，若想驗(yàn)證并糾偏，必須在現(xiàn)有基礎(chǔ)上新增更精密的監(jiān)測(cè)設(shè)備。
手足無措之時(shí)，馬志忠突然想到機(jī)坑建設(shè)時(shí)預(yù)留的三維激光定位儀，“從坑底向上監(jiān)測(cè)，應(yīng)該能輔助轉(zhuǎn)子精準(zhǔn)落位”。
駕駛員重新開機(jī)，在雙重系統(tǒng)監(jiān)測(cè)下，小心翼翼地調(diào)整入坑角度。大家屏著呼吸，恨不得雙手扶著轉(zhuǎn)子移動(dòng)。1分鐘、10分鐘……30分鐘，轉(zhuǎn)子終于平穩(wěn)“入巢”。檢測(cè)結(jié)果顯示：轉(zhuǎn)子中心偏差0.05毫米、水平偏差0.01毫米。“成功了！”所有人長(zhǎng)舒了一口氣。
天臺(tái)抽蓄電站建設(shè)隨之駛?cè)肟燔嚨馈?025年12月25日，首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電；2026年1月9日，2號(hào)機(jī)組具備商業(yè)運(yùn)行條件；預(yù)計(jì)2026年9月，全部4臺(tái)機(jī)組可實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)。
“十五五”規(guī)劃綱要提出，深入實(shí)施能源安全新戰(zhàn)略，加快構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系，建設(shè)能源強(qiáng)國(guó)。面向未來，高鵬表示：“我們將進(jìn)一步加大關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)力度，扛起建設(shè)新型能源體系的央企擔(dān)當(dāng)！”
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