4月1日，黄河流域在建海拔最高、装机最大的水电工程——国家能源集团玛尔挡水电站首台机组正式并网发电，这意味着黄河上游青海段首个千万千瓦级“水风光蓄”多能互补全清洁能源一体化项目的核心工程向全面投产迈出关键一步。
在高海拔地区建设水电站并非易事。玛尔挡水电站的建设者们如何克服困难、为电站建设提速？玛尔挡水电站的顺利建成能为其他高海拔地区提供哪些经验？该电站并网发电对于当地能源转型有何意义？本报记者日前在玛尔挡水电站进行了现场采访。
水电站建设刷新多项纪录
——同类工程机电安装工期通常需60个月，玛尔挡水电站仅用36个月就完成全部机组安装
3月31日，国家能源集团玛尔挡水电站首台机组并网发电前一天。站在上游处远眺，一座高200余米、长340余米、坝顶宽10余米的大坝格外醒目——这正是玛尔挡水电站的“外衣”，有“高原第一坝”之称。
玛尔挡水电站位于青海省海南藏族自治州同德县和果洛藏族自治州玛沁县交界处，是国家重点能源项目。国家能源集团青海玛尔挡公司副总经理李红心告诉记者，玛尔挡水电站的大坝工程是国内在建海拔最高的200米级特高混凝土面板堆石坝，填筑总量约1055万立方米。
“在高海拔地区建水电站很不容易。”李红心参与过多个水电站建设工作，但在青藏高原海拔3300多米的峡谷建水电站，还是头一次。“这里最低气温能达到零下三十几摄氏度，冬季时长差不多有6个月，施工条件很辛苦。就拿建筑需要的混凝土来说，高寒高海拔地区对混凝土防冻抗裂要求较高，由于当地气温干燥，刚浇好的混凝土如果不多加保护，很容易开裂受损。另外，高原地区气压比平原地区低，对于泄洪建筑物抗冲耐磨等要求也很高。”李红心说。
正是在建设条件如此不易的高原上，玛尔挡水电站创下了多项施工纪录——剔除冬歇期，大坝设计工期31.5个月，实际上18个月就完成了填筑；同类工程机电的安装工期通常需要60个月，玛尔挡水电站只花了36个月就完成全部机组安装……
为何能不断刷新建设纪录？李红心告诉记者，这其中有建设者的辛劳，也有一项项技术创新。
“为了找到适合高原地区建筑使用的混凝土，我们委托相关科研单位提前实验，对比不同气压和温度，最终敲定混凝土等原材料的最佳配比。在施工过程中，我们利用智能养护系统，监测内外温度分布、环境湿度、风力风速、太阳辐射等因素，实现自动分析控制洒水时间和频次。我们还首次采用了36吨重型震动碾进行坝体填筑碾压，相较于常见的32吨级，能有效提升大坝的填筑质量。碾压过程中，运用GPS智能碾压技术，对铺料压实厚度、震动碾行驶轨迹、振动状态、碾压遍数等进行实时监控和反馈，极大提升了作业效率。”李红心说。
类似的创新手段还有很多：施工团队“就地取材”，借鉴当地传承百年的“堆砌石”技艺，在坝体建设中采用堆石干砌工艺，打造成一座200米特高级面板堆石坝；冬季施工气温低，项目便利用暖棚法、伴热带加热和棉被覆盖等保温措施，给排水管“穿衣服”，给作业面“搭棚子”“烤炉子”，给混凝土“盖被子”……
“玛尔挡水电站建设过程中的很多创新点都是‘国内首次’，吸引了不少其他高海拔地区的工程建设者专门前来学习借鉴。”李红心说。
“西电东送”迎来一条重要线路
——成功并网后，该机组每秒能发155度电，相当于一个三口之家半个月的用电量
玛尔挡水电站大坝右侧有几组进水孔，水电站的几个发电机组就“藏”在进水孔背后地下200多米深的地方。
跟随指引，记者步入地下200多米的玛尔挡水电站厂房内。抬头看，厂房层高约70多米，相当于一座20余层楼房的高度。环视四周，厂房空间开阔，总长超过240米，宽度达29.3米，能容纳下32座C919大飞机。在厂房最深处，一台标注着数字“05”、外观呈圆柱状的发电机组伫立于此——这就是玛尔挡水电站此次实现并网发电的5号机组。
利用水力发电，必须打造上游来水和发电机组之间的“位差”，利用水流落下的动力驱动水轮机，再将水轮机的机械能转换为电能。在玛尔挡水电站厂房5号发电机组内部，记者看到机组水轮机转轮正带动发电转子高速旋转，其转动速度达到每分钟140多圈，折合每秒能转2圈半。折算下来，该机组每秒就能发出155度电，相当于一个三口之家半个月的用电量。
“水轮发电机的结构主要包括转子和定子，转子上设置有导体线圈，在磁场中旋转时，导体线圈会产生感应电动势，从而驱动负载发电。定子也是水轮发电机组用于发电的核心部件之一，而定子铁芯片又是决定定子能否正常工作的重要部件之一。”国家能源集团青海玛尔挡公司运行维护部主任李天晨告诉记者，每片厚度仅有0.5毫米、共计26万多片的定子铁芯片，玛尔挡水电站的10名技术工仅用1个月就提前完成了安装。
保障水电机组顺利并网发电，需要提前开展多次充电试验。3月28日深夜，玛尔挡水电站5号机组正式并网发电前几日，在玛尔挡水电站地下厂房内，建设者们在发电设备和线路前忙个不停，为5号机组330千伏线路和主变充电试验做准备。
“主变充电试验是发电机组在并网发电前的关键环节，做好设备安装调试和线路检修工作后，来自省电网的电流会对5号机组330千伏线路和主变进行5个轮次的逆向冲击，以此对电力系统稳定性和可靠性进行检验，确定是否具备并网发电条件。”李天晨说。
3月29日上午10时20分，玛尔挡水电站收到充电试验指令。8分钟后，来自青海省电网的电流瞬间涌向玛尔挡水电站，线路、新投设备、保护均未发生异常。紧接着，时长分别为5分钟、3分钟、2分钟、1分钟的4次充电试验顺利进行。下午5时58分，主变第五次充电成功，玛尔挡水电站5号机组330千伏线路和主变充电试验圆满结束。
“5号机组发电后送至330千伏输电线路，再送往目前国内海拔最高的玛尔挡750千伏云杉变电站，升压至750千伏后输送进大电网。这意味着‘西电东送’‘青电入豫’又迎来一条重要线路。”李天晨说。
为青海能源转型注入新动能
——全机组投产后，预计年均发电量达73.04亿千瓦时，可满足182.5万个年用电量为4000度的家庭用电需求
国家能源集团青海玛尔挡公司总经理陈玉林介绍，预计今年底，玛尔挡水电站全部机组将实现投产发电。项目全机组投产后，预计平均年发电量达73.04亿千瓦时，可满足182.5万个年用电量为4000度的家庭用电需求，每年可节约标准煤约220万吨，减少排放二氧化碳约816万吨。
“我们将以玛尔挡水电站为依托，发挥周边新能源资源优势，集水能、风能、光能‘多能互补’于一体，通过多种能源互补开发，配置各类可再生能源3112万千瓦，全力打造玛尔挡‘水风光蓄’千万千瓦级全清洁能源一体化基地。”国家能源集团青海公司工程建设部主任周开平说。
打造“水风光蓄”一体化基地是集团助推青海省能源转型的重要举措。在青海等风光资源富集地区，新能源开发利用主要依赖风电、光伏项目，但这类可再生能源具有“看天吃饭”的特性，夜间无光、极热无风时，还需要其他能源及时“顶上”，确保电力可靠稳定供应。
“玛尔挡水电站打造的‘水风光蓄’一体化基地，将结合高精度数值的天气预报、黄河上游区域水情、水电光伏机组数据等，研究各类能源供应最佳组合，比如在光照强时多用光伏发电，夜间主要依赖水力发电等，共同保障清洁能源供得上、用得好。”国家能源集团青海玛尔挡公司副总经理王恩重说。
前几年，受极端天气影响，国内部分地区出现罕见干旱气候，枯水期来水极少，导致水电站发电受限。玛尔挡水电站如何应对这个潜在问题？
“玛尔挡水电站水库具有季调节性能，我们制定了合理的水库调度图，确保玛尔挡水库的最佳经济型调度，保证水电系统在较长时间的效益。同时，玛尔挡水电站在大型水电机组上进行‘压水调相’研究，也就是用压缩空气强制压低尾水管中的水位，使得转轮完全脱离尾水并在空气中旋转，以减少调相运行方式下的有功损耗，提升发电效率。在枯水期电力供应能力较弱时，还可以借助大电网进行调节，比如借助各类储能，高峰时充电、低谷时放电，起到平衡电力供应的作用。从这个层面来说，我们打造的‘水风光蓄’一体化基地也将起到积极作用。”王恩重说。
国家能源局日前发布的《2024年能源工作指导意见》提出，稳步推进水电核电开发建设，编制主要流域水风光一体化基地规划。国家能源集团有关负责人表示，伴随玛尔挡“水风光蓄”千万千瓦级全清洁能源一体化基地落成，“水风光蓄储”及光热等能源有序开发利用，“西电东送”将有效缓解大城市用电需求，玛尔挡水电站也将为青海能源转型作出积极贡献。
