“黑麋峰中低水頭抽水蓄能機組技術國產化改造升級項目整體技術處于國際領先水平。”6月10日，東方電氣集團東方電機有限公司（簡稱“東方電機”）在湖南長沙組織召開了黑麋峰中低水頭抽水蓄能機組國產化改造技術成果總結暨專家鑒定會，與會專家給出了一致結論。黑麋峰改造項目是首次由國內廠家對引進技術的抽蓄機組進行的國產化改造，東方電機在300米水頭段抽水蓄能關鍵技術領域取得了重大突破，樹立了抽水蓄能機組技術國產化改造的典范。
“黑麋峰抽水蓄能機組國產化改造，徹底解決了長期困擾電站安全運行的特定水頭限負荷、非同步導葉等一系列問題。東方電機發(fā)明了一種頭部懸伸式6+6長短葉片新型轉輪，在保證能量特性的同時，解決了機組相位共振及動靜干涉引起的振動超標和異常噪聲問題?！睎|方電氣集團東方電機有限公司副總經理尹國軍接受《中國電力報》記者采訪時表示，新轉輪是世界上首個得到工程應用的6+6長短葉片轉輪，為水泵水輪機轉輪設計開辟了一條全新的技術路線。
國內首個抽蓄改造機組換上“中國心”
核心閱讀 黑麋峰抽水蓄能機組改造是首次由國內廠家成功改造國外廠家設計的機組，被行業(yè)內專家譽為“抽水蓄能機組技術國產化的典范”，也標志著東方電機在300米水頭段水泵水輪機關鍵技術領域取得突破。
黑麋峰抽水蓄能電站位于湖南省長沙市望城區(qū)，是湖南第一座抽水蓄能電站，也是湖南省目前唯一在運的抽水蓄能電站。該電站安裝4臺30萬千瓦可逆式抽水蓄能機組，額定水頭295米，轉速300轉/分鐘，全部機組采用國外公司技術和設計方案，是我國發(fā)電設備企業(yè)通過“打捆招標”引進國外技術的典型機組。
該機組自2010年投運以來，一直存在諸多穩(wěn)定性問題。尤其是4號機組，存在“特定水頭限負荷運行”“采用非同步導葉并網”等問題，為保障電站安全運行，國網新源控股有限公司于2017年啟動了4號機組改造工程，東方電機承擔了機組國產化改造核心技術攻關任務。
“在國網新源控股有限公司的主導和黑麋峰抽水蓄能有限公司的大力支持下，東方電機通過多輪次優(yōu)化和多方案比選，在多個關鍵技術領域進行了大膽創(chuàng)新并取得突破。2020年12月，東方電機自主研制的世界首臺6+6長短葉片轉輪成功應用于黑麋峰電站4號機組，國內首個抽水蓄能改造機組換上了‘中國心’?！币鼑姼嬖V《中國電力報》記者。
通過對該機組改造，東方電機取得發(fā)明專利3項、實用新型專利12項。徹底解決了長期困擾電站安全運行的一系列問題，達到了預期改造目標。在解決過渡過程特性和非同步導葉問題的同時，還顯著改善了原轉輪的無葉區(qū)壓力脈動幅值偏高、水泵工況空化裕量不足等問題，同時保持了原轉輪的高效率水平，實現(xiàn)了機組性能的全方位提升。
據(jù)了解，東方電機黑麋峰抽水蓄能機組改造新方案具有以下創(chuàng)新點：一是首次采用了6+6長短葉片轉輪型式；二是首次將水輪機S特性區(qū)域細分為“大S”和“小S”，并對各分區(qū)對不同性能的影響進行了量化研究；三是首次對轉輪幾何參數(shù)對不同區(qū)域S特性的影響進行了系統(tǒng)性試驗研究，并總結了寶貴經驗。
為國內中低水頭段抽蓄機組改造樹立典范
核心閱讀 我國大規(guī)模開發(fā)建設抽水蓄能電站是近20年的事，經過十幾年的運行實踐，早期機組存在的主要問題之一就是因設計時未充分考慮到當前抽蓄機組運行特點對穩(wěn)定性的要求導致機組運行時穩(wěn)定性較差。黑麋峰機組改造為其他類似電站改造提供了經驗和技術路線。
“黑麋峰抽水蓄能機組是300米水頭段代表性機組，我國已投運的抽水蓄能機組有一批與黑麋峰機組類似，水輪機結構型式和水力設計接近，出現(xiàn)的問題和應對措施也差不多?！敝袊娊瘓F中南勘測設計研究院有限公司市場總監(jiān)張強接受《中國電力報》記者采訪時說，黑麋峰機組原9個葉片、20個導葉水輪機結構型式在已運行機組中具有代表性，出現(xiàn)問題后，采取投入非同步小導葉、球閥參與調節(jié)及調速器延遲10秒關閉等。黑麋峰機組改造采用6+6長短葉片，成功地解決了這一系列問題，為其他電站改造提供了經驗和技術路線。
東方電機為黑麋峰4號機組自主研制的世界首臺“6+6”長短葉片轉輪，徹底解決了原機組遺留的一系列問題。改善了過渡過程特性，解決了原機組甩負荷過程尾水負壓問題，為電站摘掉“特定水頭限負荷運行”的帽子創(chuàng)造了條件；改善了水輪機工況S特性，原機組需要預開6個非同步導葉才能并網，也是國內已投運抽蓄機組中情況最惡劣的，新機組徹底了取消非同步導葉，機組并網非常平穩(wěn)，啟動時間大大縮短。
此外，徹底消除了原機組引起的廠房內以及上游管路2倍葉頻的異常噪聲問題，新機組運行平穩(wěn)、安靜，水車室內噪聲無任何優(yōu)勢頻率，現(xiàn)場體感改善明顯；徹底解決了原機組推力瓦溫偏高的問題，改造后瓦溫降低4~5攝氏度；顯著改善了廠房振動問題，新機組運行時，機組各關鍵部位振動擺動非常優(yōu)秀，機組旁邊的樓板幾乎沒有振感；取消了球閥參與調解，消除了球閥的安全隱患，更好地保障了電站和機組的安全；取消了導葉延時關閉機制，新機組采用一段直線關閉即可全面滿足要求，極大地提升了運行的安全性和穩(wěn)定性。
“將抽水蓄能電站比作是點亮電網的最后一根火柴一點都不夸張。到2030年我國風電、光伏發(fā)電裝機將達到12億千瓦，大量受氣候影響的不穩(wěn)定電源進入電網，將對電網安全造成很大影響，加之社會用電峰谷差加大，電網對儲能電站的需求量越來越大?！睆垙姼嬖V《中國電力報》記者，目前在所有儲能技術中，抽水蓄能因其容量大、綜合效率高、壽命長、安全性高、響應快等優(yōu)點，是保障電網安全的優(yōu)質調節(jié)電源。世界發(fā)達國家儲能裝機容量一般占電網總裝機容量的3~8%，目前我國儲能裝機占比不到1.5%，在國家“雙碳”目標下，抽水蓄能將會有一個蓬勃發(fā)展期。
東方電機抽蓄機組整體研制水平世界領先
核心閱讀 從績溪抽水蓄能電站“一年五投六并網”創(chuàng)造行業(yè)新紀錄，到黑麋峰抽水蓄能改造樹立國產化改造典范；從國內首臺700米水頭段敦化抽水蓄能電站投運，到國內最高水頭長龍山抽水蓄能電站通過單機甩100%負荷試驗，東方電機抽水蓄能機組整體研制水平已經達到國內領先、世界一流水平。
“東方電機作為國家研制大型發(fā)電設備的重大技術裝備制造骨干企業(yè)，現(xiàn)已形成了水、火、核、氣、風、光‘六電并舉’的產業(yè)發(fā)展格局，發(fā)電設備產量連續(xù)17年位居世界前列，國內發(fā)電設備裝機容量穩(wěn)居行業(yè)第一?！币鼑娊邮堋吨袊娏蟆酚浾卟稍L時表示，在抽水蓄能領域，東方電機是國內首個同時具備抽水蓄能機組研制和整組調試能力的發(fā)電設備制造企業(yè)，在制和已運行機組65臺套，機組容量覆蓋4萬千瓦至37.5萬千瓦，國內市場占有率達到38%。
三十多年來，東方電機勇攀抽水蓄能高峰。抽水蓄能機組單機容量從4萬千瓦到國內最大的37.5萬千瓦，水頭從國內首個650米、首個700米到國內最高水頭750米，轉速從150轉每分鐘到500轉每分鐘。目前，東方電機已成為抽水蓄能行業(yè)研發(fā)技術水平最高、加工制造能力最強的企業(yè)之一，抽水蓄能機組整體研制水平已經達到國內領先、世界一流水平。牢牢把關鍵核心技術掌握在了自己手中。
2020年，東方電機為績溪項目研制的抽水蓄能機組實現(xiàn)了“一年五投六并網”目標，創(chuàng)造了業(yè)內抽水蓄能機組安裝調試的新紀錄；今年6月4日，東方電機研制的敦化抽水蓄能電站國內首臺700米級水頭段超高水頭、高轉速、大容量抽水蓄能機組正式投入商業(yè)運行；緊接著6月7日，東方電機研制的長龍山抽水蓄能電站國內最高水頭抽水蓄能機組通過100%甩負荷試驗……一臺臺精品機組鑄就一座座豐碑，引領中國抽水蓄能機組核心技術實現(xiàn)“領跑”跨越。
“從響洪甸、天荒坪、惠州、黑麋峰等項目的分包制造、請教學習，到仙游、仙居、深圳抽水蓄能機組實現(xiàn)自主組研制，從挑戰(zhàn)績溪、敦化、長龍山超高水頭段大容量抽水蓄能機組無人區(qū)，到豐寧、沂蒙、永泰、蟠龍抽水蓄能項目的全面開花……深耕抽水蓄能三十余年，東方電機完成了抽水蓄能技術的三級跳。”尹國軍說，機組參數(shù)水平達到世界先進水平；機組穩(wěn)定性、安全性指標達到世界先進水平；機組機型成功擴展至800米的高水頭段。隨著河北豐寧二期、山東沂蒙、福建永泰、重慶蟠龍等一大批抽水蓄能機組相繼中標，東方電機抽水蓄能技術正在全面升級換代。
面對構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)對抽水蓄能機組帶來的新要求，東方電機堅持創(chuàng)新驅動，著力研制具有完全自主知識產權、性能達到世界一流的抽水蓄能機組。在機組提質增效，滿足頻繁啟停及快速響應的基礎上，加快可變轉速抽水蓄能機組研發(fā)，不斷提升機組運行可靠性、穩(wěn)定性、靈活性。同時，東方電機不斷推進機組智慧化，以安全可靠的遠程診斷分析技術，為用戶提供診斷分析、維保、備件管理等全生命周期服務。
作者：于海江 楊靜
