丰宁抽水蓄能电站装机规模居世界首位，共安装12台单机容量300兆瓦的水泵水轮机/发电电动机组，总装机容量3600兆瓦，工程总投资192亿元，分两期开发建设，一、二期工程装机容量分别为1800兆瓦，预计年发电量可达到66.12亿千瓦时。电站12台机组全部投运后，一次连续满装机发电最长可达10.86小时，具有强大的调峰储能作用，是华北地区唯一具有周调节性能的抽水蓄能电站，作为京津及冀北地区新能源大规模开发与接入的“护航员”，是实现京津及冀北电网构建以新能源为主体新型电力系统的关键所在。
近三十年的逐梦砺剑，树立了这座我国抽水蓄能电站建设史上的丰碑，它究竟取得了怎样的卓越成就？蕴含着哪些令人惊叹的“科技密码”？
灵活多变——独具特色的运行方式
丰宁抽水蓄能电站为周调节抽水蓄能电站，电站建成后将在京津及冀北电网中主要承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用等功能。同时还可配合新能源电源运行，适时储能。由于泥沙问题尚需研究排沙运行方式，地处严寒地区，存在冬季运行防结冰问题等，因此丰宁抽水蓄能电站的运行方式是很复杂的
典型周运行模式：通过京津及冀北电网周调节模拟运行情况来看，丰宁抽水蓄能电站正常运行情况周一到周五以发电为主，每天发电工况运行历时7～12小时，运行历时和满发运行最长日发生在最大负荷日，工作日的日平均满发利用小时数约7.3小时；抽水工况运行历时4～7小时。周六到周日集中抽水，平均每天抽水工况运行6～8小时。
防洪调度运行方式：上水库洪水完全续存在库内，从安全角度考虑，上水库水位超过正常蓄水位1505米后停止运行；下水库防洪调度运行在兼顾蓄能电站运行的同时，为确保下游地区防洪安全，大坝下泄流量不能超过坝址天然洪峰流量。同时，遵循承德市防汛抗旱指挥部《关于对丰宁水电站汛限水位的批复》（承市汛办[2005]27号），汛期运行时遵循“电调”服从“水调”的原则。当洪水超过200年一遇设计洪水标准时，或者无论任何情况下下水库水位超过1061米时，电站应立即停机。
沙调度运行方式：丰宁抽水蓄能电站泥沙调度采用“蓄清排浑”的运行方式：汛期（6～9月），拦沙库运行方式为敞泄，以排沙和防洪为要任；补水期（4月），考虑到滦河干流4月份为桃汛期，甚至可能出现年最大洪水，存在大水大沙、水质混浊等问题。从保证蓄能电站下水库发电库容、满足水轮机对泥沙含量要求等方面考虑，4月份发生洪水时，暂停补水，以排沙为主，保证30年一遇以下洪水不入库，待洪水过后再根据实际情况补水。
防冰冻调度运行方式：每日至少保证电站有一台机组进行抽水、发电循环运行，并尽可能配合电网调峰需求，周一至周五在夜间抽水2～3小时，次日早高峰或晚高峰发电运行4～5小时；周末在夜间夜间抽水6～8小时，次日早高峰或晚高峰发电运行1～2小时，通过水流往复运动的特点使水位交替性的深水消落和急剧上充，利用水流造成的紊动和不同水温的水交换来解决冰冻问题，以确保冬季电站正常运行和防渗面板的安全。
生态流量泄放运行方式：当拦沙库开始蓄水至1053米期间，泄洪排沙洞闸门逐步关闭，保证最小下泄流量0.78立方米/秒，同时打开生态流量泄放管向下游放水。由于生态流量泄放管进口位于泄洪排沙洞内，可以保证生态流量泄放管进口不会被淤积，保持“门前清”。在生态流量泄放管检修期间或不能正常泄放生态流量的情况，可以打开蓄能专用库生态流量泄放闸，根据生态流量泄放闸下泄流量曲线，控制向下游泄放不小于0.78立方米/秒的生态流量。
“雕刻” 山川——铸就雄伟“地下宫殿”
行走在丰宁抽水蓄能电站地下厂房，但见洞室群纵横交错、上下连通，仿佛进入了恢弘壮丽的地下宫殿，不由得惊叹于现代科学技术的发达和大国工匠的“神通广大 ”。
丰宁抽水蓄能电站地下洞室群主要由地下厂房和主变洞等组成，地下厂房长414米，宽25米，高55米；主变洞长450.5米，宽21米，高22.5米，其规模在世界抽水蓄能电站中位居第一,世界水电站中位居第四，两个主要洞室的开挖体积就能够放下13个故宫太和殿。铸就如此宏伟的工程，需要“巧夺天工”的设计理念和精准细腻的“岩上雕花”功夫。
地下厂房规模大、机组台数多、机组间距小、洞室交叉纵横，加之区域地质环境复杂，地质条件较差，施工难度很大。地下厂房开挖过程中，受区域地质环境复杂、围岩完整性差、岩体蚀变、不利地应力等共同影响，建设之初，地下厂房出现了以往抽水蓄能电站地下厂房没有遇到过的较大围岩变形，给地下厂房开挖支护设计及施工带来了较大困扰。
针对上述情况，为提供安全、可靠的设计思路， 全力保证地下厂房的安全建设和施工，北京院集思广益，对地下厂房开展了系统、全面的研究论证，从地质赋存环境、关键块体稳定、开挖变形与应力扰动机制及加固效果，到岩体分级、地质结构、节理裂隙、断层等地质环境因素、地应力分布规律及其与厂房轴线方向的空间关系等方面系统研究，揭示了地下洞室群围岩破坏规律，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。
厂房开挖完成后观测结果表明，采取的工程处理措施达到了良好效果，厂房洞室围岩整体稳定。
“驭水”有术——滤沙蓄水出平湖
站在电站下水库大坝俯视，水面波光粼粼，静谧清澈。殊不知，在建设过程中，这原本是条拦住去路的“流沙河 ”。
据悉，下水库在原丰宁水库基础上修建，由于前些年上游地区过度放牧和砍伐，植被破坏严重，加之西山湾水库建成后，改变了下游河道天然情况下的水沙关系，使得丰宁抽水蓄能电站水库泥沙淤积严重，如果维持原有的水库运行方式，经计算分析，40年后，水库调节库容将损失殆尽，且无论采用何种运行方式，由于泥沙淤积，下水库剩余调节库容都不能满足抽水蓄能电站运行 50 年所需的调节库容。
湍急的河流裹着泥沙，叫嚣着滚滚而来，对丰宁抽水蓄能电站的建设又一次提出了考验。
如何通过设置拦排沙系统，妥善解决泥沙淤积问题，在保证下水库库容需求的同时，满足下水库进/出水口过机泥沙的要求，从而保证抽水蓄能电站正常运行，成为本工程设计的关键技术问题之一。
经过北京院项目团队的研究论证，提出通过设置拦沙坝将下水库分为蓄能专用下水库和拦沙库两部分的设想，拦排沙系统建筑物包括拦沙坝、泄洪排沙洞、拦沙库溢洪道等。同时，拦沙库上游存在一个天然“S ”形河道，如利用原河道不进行河道改造，极易造成泥沙淤泥。因此，在设计的角度提出“S ”弯段就弯取直，设置导沙明渠，并与下游泄洪排沙洞组合，极大地增强了排沙能力。
下水库拦排沙系统建成后，泄洪排沙洞汛期敞泄，非汛期蓄水运行，能够满足丰宁抽水蓄能电站正常运行的要求。经过论证，在运行至30年左右时，拦沙库基本达到冲淤平衡状态；在运行至50年时，拦沙库仍能维持一定的蓄水补水功能，专用下水库剩余库容能够满足电站所需要的有效库容的要求。因此，拦排沙系统布置合理，能够有效解决电站下库严重的泥沙淤积问题。拦住去路的“流沙河”，就这样被“降服”。
理念超前——变速机组开创先河
变速蓄能机组除了具备定速蓄能机组的功能外，还具有提供频率自动控制容量、实现有功功率的高速调节、水泵入力在一定范围内连续可调以及提高机组运行的稳定性和效率等优点。相比定速机组，变速机组能够更有效地服务于电网。
丰宁抽水蓄能电站二期工程装设2台采用自起动方式的300兆瓦交流励磁变速蓄能机组，接入京津及冀北电网，并与张北可再生能源柔性直流电网示范工程配套运行，该变速机组由北京院设计。这是国内首次采用交流励磁变速机组，填补了国内空白，具有划时代意义。北京院也是目前中国唯一一家具有变速机组专题科研和工程应用设计业绩的设计单位。
事实上，早在2009年北京院就开始关注变速抽水蓄能技术，并进行资料积累、技术储备和工程设计研发工作。
2012年，国网新源控股有限公司组织开展了变速机组技术的全面科研工作，北京院作为选定的主要参与方，于2015年底前完成了变速机组技术的应用研究课题。
2016年初，国网新源公司结合研究成果，决定在丰宁抽水蓄能电站二期工程实施建设两台变速机组，同时电网系统要求变速机组配合张北柔性直流电网实现孤网运行。
正是因为超前的发展理念和对工程技术的不懈追求，助力成就了丰宁抽水蓄能电站的卓越领先，也为北京院多年来在变速机组领域的潜心研究划下一个完美的句号。
焕彩“视”界——智能科技点亮黑暗
当纵横交错、恢弘庞大的地下厂房建成后，随之而来的，是要解决洞室的照明问题。面对着漫无边际的黑暗，建设者们不仅要“点亮黑夜”，还要用科技与智慧让这里变成焕彩“视界”。
智能照明系统由北京院设计，它的应用也充分体现了北京院在技术领域的超前理念和对业主要求的高度契合。2009年7月，国家电网提出了建设统一坚强智能电网的发展战略目标。抽水蓄能电站作为坚强智能电网的重要组成部分，新源公司提出以“两型两化 ”建设为总路径，以“美丽电站、幸福新源 ”为愿景，实现“两个引领 ”战略目标，加强智慧管控体系建设，全面提升管控效率。
因此，丰宁抽水蓄能电站采用智能照明系统符合国家电网对建设数字化智能型电站的要求。
全厂设置一套智能照明控制系统，系统提供自动化的完整解决方案，区域涵盖一期、二期地下厂房、上/下水库进出水口启闭机楼、地面开关站及中控室。智能照明控制系统通过一条总线连接所有控制元件，实现了远程全方位控制、现地面板分区域控制、现地触摸屏集中控制、自定义模式控制、自动感应照度控制等多种控制方式，同时提供了远程监控回路状态、异常状态报警、阶段性故障类型分析等服务。
该系统首次将机场、体育场馆、轨道交通、人民大会堂、G20峰会、港珠澳大桥等的智能照明设计理念大规模应用至水电行业，根据电站的具体运维要求设置了全厂网络化智能照明系统，实现了庞大工程枢纽的地下、地面建筑物群照明系统的智能控制和运维，提高了电站运营管理效率，践行了高效节能的“绿色照明 ”理念，创造出智能运行、方便维护、节能、安全、舒适的光环境。
“编织”美丽——深入践行“两山”理念
大力推进生态文明建设，努力建设美丽中国，是关乎人民福祉、关系民族未来的长远大计。随着时代的发展、理念的更新，抽水蓄能电站自然生态的保护、资源的综合开发利用越来越为人们所重视，已成为抽水蓄能电站建设的发展趋势。
在群山环抱、河道蜿蜒、山水相间、香花遍野的环境中建一座美丽电站，是丰蓄建设者们的一致追求。
丰宁抽水蓄能电站生态环境规划由北京院设计，核心内容在于对工程区的环境保护、环境构建、环境美化、资源综合利用进行系统规划，实现建设美丽电站的目标。一方面要建成生态绿色电站，最大限度地保护现有自然生态，合理规划，恢复开挖面和破坏面的复绿，维持山势地貌，梳理贯通水系，保持生态多样性。同时，在创建品牌电站的前提下，突出文化特色，在电站建设中融入具有地域及企业文化的特色景观内容，通过景观表现传承和延伸草原电站文化，提升电站整体的视觉影响。
设计遵循以自然要素为基础，充分贯彻保护性开发的基本原则，通过对当地气候因素、地形、地貌因素、原生生物群落因素等综合自然条件的分析，因势利导、因地制宜地进行电站生态整体规划。
以工程要素为依托。一方面，通过科学、合理的安排尽量减小对生态环境的影响程度；另一方面依托坝体工程的现代工业形象，来宣传新能源技术、可持续发展战略等，使其具备科普性教育功能。
通过景观设计，一个集生态环保、草原特色的抽水蓄能电站已轮廓初显。
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