在北京西北郊的蟒山深处，从荒凉的山包到誉满京城的“天池”；从危石嶙峋的地下洞室到明亮辉煌的“宫殿式”厂房……弹指一挥，历经风雨，在几代建设者手中，作为我国北方第一座大型抽水蓄能电站，十三陵抽水蓄能电站无疑具有先锋意义。 电站工作人员正在对机组进行检修。 建设前 华北地区拉闸限电现象严重 当年，明成祖朱棣郊游至天寿山，见表里山河，龙盘虎踞，盆地平川，一泻千里，极具帝王之气，便降旨将此地辟为建造帝王陵墓之地。 1958年，一代伟人毛泽东携他的战友朱德、周恩来等来到这里，汇入数十万民众的人海，挥锨挖土，挑担拉车，一起修建旨在防洪灌溉、为民造福的十三陵水库。 1974年，一队人马悄然在此安营扎寨，他们披荆斩棘，测量、绘图、钻探、取样。从这时起，“抽水蓄能电站”这个名词，开始频频出现在中国水电战线的刊物上。 没过多久，一个“要在水库边建电站”的消息不胫而走。然而，这个消息至20世纪80年代末才得到印证。1988年，十三陵抽水蓄能电站前期准备工程开始。 人们不会忘记20世纪90年代华北电力系统的“9511工程”，也就是“到1995年11月底不再拉闸限电”。当时，北京用电紧张，每一位从那个年代走过来的人都会有苦涩的回忆。让我们看看下面一组数字：1970年北京缺电负荷15万千瓦，1972年30万千瓦，1981年40万千瓦，1990年50万千瓦、1994年90万千瓦。 1992年，京津唐地区拉闸14.8万路次，北京地区拉闸7.8万路次，最多的一天竟高达1000路次以上。  在电站建设过程中，时任全国政协副主席钱正英考察上水库工地。1994年夏天高温期间，北京市半数以上10千伏线路超载运行，造成市区配网“大痉挛”。东四、西四、大栅栏、新街口等6处繁华地区的电缆被毁，492台配电变压器严重超负荷运行，熔断保险77.5台次，其中4台烧毁；大栅栏地区烧毁电缆接头100余处，烧毁低压线路20余次，烧毁市民家用电器多台，给群众造成巨大精神损失和经济损失。 其实，如果仅将当时的用电情况完全理解为缺电也不合适，电网调节手段不足也是一个重要原因。 20世纪80年代中期以后，我国电网规模不断扩大，以火电为主的华北、华东等电网的调峰供需矛盾日益突出。由于受地区水力资源的限制，可供开发的水电容量很少，电网缺少经济调度的手段，修建抽水蓄能电站解决以火电为主电网的调峰问题逐步形成共识。于是，承担电网削峰填谷，调频调相和事故备用重任的十三陵蓄能电站应运而生。 建设中 遭遇复杂地质引发的重重阻力 十三陵蓄能电站于1992年9月11日奠基，主体工程全面开工。1997年6月，电站工程按批准的设计规模和设计标准建成。该电站装有4台20万千瓦的水泵水轮机组，总投资37.31亿元。  十三陵抽水蓄能电站工作原理示意图。电站的主要建筑物包括：在十三陵水库左岸修建库容为446万立方米的上水库；两条约2000米长的水道。下水库为十三陵水库，库容约8000万立方米。上下水库最大落差481米。 建设十三陵抽水蓄能电站工程浩大，因此有许多意想不到的困难，但最令人揪心的事情是由于地质恶劣引发的塌方。 十三陵抽水蓄能电站地处蟒山，属燕山山脉中段，东、西、南方向各有不同程度的断裂带，而这些断裂均为区域性大断裂。远古火山的多次喷发和地壳运动，使这里的岩石构造十分复杂，断层交汇、裂隙密集、交叉切割导致了几百次大小塌方。工程区基本地震裂度为7度。承担上水库、水道、地下厂房施工任务的水电工程局的员工为极端恶劣的地质条件伤透了脑筋。 原水电部副部长、国际大坝协会副主席、水电专家李鹗鼎在研究十三陵抽水蓄能电站地质问题的会议上感叹道：干了一辈子水电，从没见过十三陵抽水蓄能电站这么复杂的地质条件！ 1992年8月24日、9月4日先后发生两次大规模涌水塌方，把施工单位刚刚投入使用的多臂钻砸坏。为了处理塌方，施工人员专门打了一条500多米的施工支洞，还从山体表层向山体内的塌方处灌注混凝土。上水库钢筋混凝土面板防渗工程浇筑开始后不久，山体发生蠕动，半米厚的钢筋混凝土像烙饼一样被扭变形，水库边塌下一个大洞。 据工程技术人员介绍，为了处理塌方，工程进度计划受到严重影响，但最终还是抢回了工期。 建成后 成为稳定电网的调节器 十三陵抽水蓄能电站投产后不久，就小试牛刀。1996年7月3日20时31分17秒，某电厂试验机组突发故障，监视屏显示电网频率降至49.90。当时十三陵抽水蓄能电站1、2号机组正以10万千瓦出力运行，值班员张维民一见，来不及等中调通知，立即将出力调至20万千瓦，仅过20秒，频率升至49.97。20时40分，中调打来电话，对值班员的妥善处置给予表扬。 1999年3月，持续的漫天大雾笼罩华北大地，电网因雾闪造成线路事故不断，形势危急。在这关键时刻，十三陵抽水蓄能电站犹如一支轻骑兵，拍马杀将出来，随着中调一道道指令，开机、停机、抽水、发电，如此往复，5天内十三陵抽水蓄能电站开机48次，发电1948万千瓦时，启动成功率100%。 2000年5月，十三陵抽水蓄能电站进行了一次应载入中国电力史的“黑启动”试验，“黑启动”试验取得圆满成功。所谓“黑启动”，就是假设电网发生垮网事故，北京遭遇大停电，在无法依靠外部送电的条件下，抽水蓄能机组也失去厂用电。这时，利用上水库的水，在机组短时间内无冷却水和冷却油的情况下，冲动水轮发电机，逐渐形成厂用电，完成自救，同时向无自救能力的火电厂提供厂用电，使火电机组逐步启动，迅速恢复首都用电。试验中，十三陵蓄能电站顺利完成电厂自救并向石景山电厂送电。有了“黑启动”这个法宝，华北犹如得到一根“定海神针”。 2003年春节前夕，十三陵蓄能电站经过进一步的技术改造，实现了无人值班。现在电站机组的起停操作完全可由几十千米外的中调遥控。也就是说，身处北京市区广安门的华北电网中调人员手指一动，蟒山深处的机组就能按照其指令开停。十三陵抽水蓄能电站运行人员的主要任务是加强现场的巡检。据了解，十三陵抽水蓄能电站和广州抽水蓄能电站是我国首批实现无人值班运行方式的水电站。 2008年北京奥运会期间，十三陵抽水蓄能电站再次发挥巨大作用。蓄能电站4台机组发电启动40台次，发电运行301小时，发电电量3670万千瓦时；抽水启动69台次，抽水运行249小时，抽水电量4996万千瓦时。4台机组同时发电运行5次，每天后半夜4台机组同时抽水运行。在频繁的启动和不同工况的转换间，所有机组运行平稳，机组启动成功率达到100%。 目前，全国已建成抽水蓄能电站20座，装机容量约1200万千瓦，在建电站11座，总规模约1308万千瓦，抽水蓄能电站已成为我国电力系统的重要组成部分。  旧闻重读紧张的20秒 1996年7月3日晚，北京十三陵抽水蓄能电站中控室。 十三陵抽水蓄能电站1、2号机组正在调峰调频运行，监盘运行人员全神贯注地监测着频率表，熟练地调整着机组出力。 20时30分，运行中的两台机组各带10万千瓦。此时，电网频率为50.01赫兹。 20时31分17秒，系统频率突然降至49.80赫兹。监盘运行人员张维民、当班值长邱春生同时发现这一突变的情况，立刻断定：电网出现异常，网内有机组掉闸！ “赶快升负荷！”在邱春生值长下令的同时，张维民以最快速度将两台机组出力设置到最大出力——20万千瓦。 中控室内所有值班人员的眼睛都紧紧盯在负荷表与频率表上。 1秒、2秒、3秒……时间在一秒秒地过去。 11万千瓦、12万千瓦、13万千瓦……１号机出力在快速上升。 17万千瓦、18万千瓦、19万千瓦……２号机出力也在快速上升。 49.91赫兹、49.3赫兹、49.96赫兹……频率表上显示的系统频率也在平稳上升。 20秒后，1、2号机组出力都已达到最大额定出力——20万千瓦。系统频率也上升到49.97赫兹。这时，中控室里的人员才长长地松了一口气。 20时40分整，华北电管局中调来电话：刚才网内某电厂机组甩负荷50万千瓦，由于十三陵电站两机组反应迅速，使电网快速恢复稳定。特向十三陵电站提出表扬并同时代表值长谢谢大家。 “职责所在，不必客气。”只有８个字的简单回答，邱值长缓缓放下了电话。此时，系统频率显示为50.01赫兹。 这20秒，十三陵电站1、2号机组起到了电网紧急事故备用机组的作用；这20秒，显示了抽水蓄能机组快速“爬坡”的优势；这20秒，也展示出十三陵电站运行人员在异常情况下操作的果敢与熟练…… （原文刊载于1996年7月11日《中国电力报》） 时代背景世界上抽水蓄能电站的建设与运行已有一百多年的历史，20世纪60年代进入快速发展期。我国抽水蓄能电站建设起步较晚。20世纪60年代，我国修建了岗南和密云小型抽水蓄能电站，装机容量分别为1.1万千瓦和2.2万千瓦。但在后来一段时间里，抽水蓄能电站的发展处于停滞状态。上世纪90年代后，我国抽水蓄能电站建设又进入了高潮期，兴建了广州抽蓄一期、北京十三陵、浙江天荒坪等一批大型抽水蓄能电站。 截至2008年年底，我国装机容量达到7.92亿千瓦；其中，火电占76.1%，水电占21.8%，核电占1.1%，风电占1.1%。目前，我国平均峰谷差在30%左右，部分地区峰谷差达到40%。在我国目前的电源构成中，调峰性能好的油、气电源比重较小，水电扣径流式电站占较大比例。 相比而言，世界发达国家调峰性能好的电源占有很大比重，如美国的天然气、双燃料、水电等装机容量占总装机的50%，英国气电比重高达33.1%。而我国电力系统调峰主要依靠煤电，由于煤电深度调峰能力的限制，系统调峰手段十分有限，而未来峰谷差还将进一步加大，调峰矛盾将越发显现。 我国经济的可持续发展要求电力工业要优化电源结构，加快核电、风电、太阳能等新能源的发展。截至2008年年底，我国核电装机容量已达910.8万千瓦，占全国总装机容量的1.15%，风电并网规模已达894万千瓦，占全国总装机容量的1.1%。目前我国核电一般带基荷运行，不参与调峰运行，而风电具有随机性、间歇性和反调峰等特点。当系统中核电、风电、太阳能的并网规模较大时，会增加系统的调峰压力，甚至会影响系统的安全稳定运行，制约了其大规模发展，新能源将是抽水蓄能发展的最大受益者。 责任编辑 | 韩旭
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