“并網(wǎng)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(zhuǎn)。

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(wǎng)發(fā)電，為我國華東電網(wǎng)添加了一座巨型“充電寶”：山頂上水庫內(nèi)水流奔涌而下，借助724米超高水頭，驅(qū)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(nèi)單機容量最大、國內(nèi)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(zhuǎn)換，在時空上完成電力‘搬運’。”中國三峽建工（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(yù)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(dāng)水位升至953米、蓄水量達689萬立方米時，“滿盆”庫容會產(chǎn)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。”中國三峽建工（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(fēng)險。

“必須想方設(shè)法讓混凝土面板更抗裂。”天臺抽蓄公司專業(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。”

“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。”周濤說。研發(fā)團隊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種配方同時投入試驗。結(jié)果令人沮喪，要么早期強度不達標(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。

“我們像是在黑暗中摸索。”周濤在項目日志中寫道，“每個變量都影響著其他變量，簡單的疊加思維行不通。”

轉(zhuǎn)折發(fā)生在第3個月。周濤在觀察玄武巖纖維的微觀結(jié)構(gòu)時靈感突現(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，會不會更好？”

這個想法點亮了新方向——材料間的界面效應(yīng)可能是關(guān)鍵。

團隊調(diào)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(xué)性能、力學(xué)性能、耐久性能，每個配方都要經(jīng)過12項標(biāo)準(zhǔn)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。“低熱水泥+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(zhǔn)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。“利用該模型，不僅能夠精準(zhǔn)預(yù)測出面板溫度引發(fā)應(yīng)力變化的規(guī)律，還能模擬面板澆筑時邊界因素對應(yīng)力的影響，有效支撐大壩控溫與限裂措施改進。”杜俊良說。

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(shè)計指標(biāo)的十分之一，居國內(nèi)抽蓄行業(yè)領(lǐng)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。”天臺抽蓄公司副總經(jīng)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。”

彼時，國內(nèi)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(yīng)用場景，自主研發(fā)同等級產(chǎn)品。”姚亮很清楚，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(nèi)企業(yè)一起向1000兆帕級水電高強鋼發(fā)起攻關(guān)！

研發(fā)緊鑼密鼓地展開，首要任務(wù)是做出強度、韌性和塑性達標(biāo)的鋼材。“關(guān)鍵在于鋼板合金成分的設(shè)計。”參與攻關(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，國內(nèi)5家鋼廠提交的鋼板試樣均未達標(biāo)。無奈之下，團隊一頭扎進軋鋼現(xiàn)場，逐項分析工序，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，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。”劉自成仔細分析后得出結(jié)論。

團隊重振旗鼓，一次次開展技術(shù)研討、專題論證，多次請來業(yè)內(nèi)頂尖專家“把脈問診”，最終鎖定鋼板質(zhì)量波動的原因是沒能精準(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)各點溫差精準(zhǔn)控制接近于零；再通過氧探頭、露點儀等多參數(shù)監(jiān)控與互校調(diào)整氣氛控制；在冷卻過程中進一步強化攪拌系統(tǒng)，讓槽內(nèi)各點冷卻速度一致……隨著工藝流程不斷改進、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%。“這標(biāo)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(shù)！”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(shù)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。“鋼岔管爆破壓力設(shè)計值為24.9兆帕，實際耐壓性能超出預(yù)期目標(biāo)。”姚亮激動不已。

如今，國產(chǎn)1000兆帕級高強鋼已成功應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhǔn)控制機組安裝位置。“從座環(huán)和蝸殼吊裝開始，15個月里，廠房就是我們的家。”馬志忠笑著說，“機組安裝就像拼積木，每個零部件都必須落在指定位置。”

天臺抽蓄機組轉(zhuǎn)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(guān)鍵。設(shè)計要求轉(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)子高速運轉(zhuǎn)后也會影響整個機組運行效率和使用壽命。”天臺抽蓄公司副主任專業(yè)師強林林強調(diào)。

為了盡可能減小偏差，團隊請來經(jīng)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(dāng)轉(zhuǎn)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(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)到機坑邊分析研判。“如此高精度，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(chǔ)上新增更精密的監(jiān)測設(shè)備。

手足無措之時，馬志忠突然想到機坑建設(shè)時預(yù)留的三維激光定位儀，“從坑底向上監(jiān)測，應(yīng)該能輔助轉(zhuǎn)子精準(zhǔn)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(diào)整入坑角度。大家屏著呼吸，恨不得雙手扶著轉(zhuǎn)子移動。1分鐘、10分鐘……30分鐘，轉(zhuǎn)子終于平穩(wěn)“入巢”。檢測結(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！”所有人長舒了一口氣。

天臺抽蓄電站建設(shè)隨之駛?cè)肟燔嚨馈?025年12月25日，首臺機組并網(wǎng)發(fā)電；2026年1月9日，2號機組具備商業(yè)運行條件；預(yù)計2026年9月，全部4臺機組可實現(xiàn)投產(chǎn)。

“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(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系，建設(shè)能源強國。面向未來，高鵬表示：“我們將進一步加大關(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)！”

圖片來源：三峽集團供圖

來源：科技日報

編輯：柯欣

審核：王汝霖

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