中國儲能網(wǎng)訊：7月7日，粵港澳大灣區(qū)首個變速抽水蓄能工程——肇慶浪江300兆瓦級大型抽水蓄能電站地下廠房開挖完畢，全面進入機電安裝的新階段。這是我國大型變速抽水蓄能機組研制的又一里程碑節(jié)點，標志著我國加快向首臺（套）裝備實現(xiàn)工程應用的目標邁進。
以“變”應“變”，抽水蓄能助力能源轉(zhuǎn)型的“接力長跑”
2023年6月12日，南方電網(wǎng)肇慶浪江、惠州中洞兩座抽水蓄能電站機組及輔助設備采購合同在南方電網(wǎng)股份有限公司（以下簡稱“南網(wǎng)儲能公司”）辦公大樓內(nèi)簽訂。這次合同簽訂因采購設備包含“首臺國產(chǎn)300兆瓦、400兆瓦變速抽水蓄能機組”引起廣泛關注，標志著國產(chǎn)大型變速抽水蓄能機組正式進入了工程應用階段。
截至2024年5月底，我國風電、光伏裝機總量達11.5億千瓦，已占發(fā)電裝機總量的37.8%，預計年內(nèi)新能源發(fā)電累計裝機規(guī)模將首次超過煤電裝機規(guī)模。抽水蓄能電站具有上下兩個水庫，電力系統(tǒng)負荷低谷時用電抽水，負荷高峰時放水發(fā)電，是目前技術最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)、最具大規(guī)模開發(fā)條件的電力系統(tǒng)綠色低碳清潔靈活調(diào)節(jié)電源。在我國大力建設新型電力系統(tǒng)驅(qū)動下，抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步進入“快車道”，在運及在建抽水蓄能電站規(guī)模均穩(wěn)居世界第一。與此同時，我國聚焦抽水蓄能機組這一電站核心裝備，積極推動機組裝備制造核心技術從“跟跑”“并跑”到“領跑”的跨越式發(fā)展。
安裝變速抽水蓄能機組能夠通過改變機組轉(zhuǎn)速實現(xiàn)功率的靈活調(diào)節(jié)，更好地適應風電、光伏等間歇性、波動性新能源穩(wěn)定接入電網(wǎng)。針對新能源“變”的特性帶給電網(wǎng)穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，我國持續(xù)加快了國產(chǎn)大型變速抽水蓄能機組技術攻關步伐。2017年7月，國家重點研發(fā)計劃“海水抽水蓄能電站前瞻技術研究”項目啟動，將“可變速抽水蓄能機組全景物理模擬技術”列為重要內(nèi)容；2022年5月，我國自主研發(fā)的5兆瓦小型變速抽水蓄能機組在春廠壩抽水蓄能電站投運；同月，我國公布了年度能源領域首臺（套）重大技術裝備項目清單，“300兆瓦級變速抽水蓄能機組成套設備”列75個項目之首，明確南方電網(wǎng)肇慶浪江抽水蓄能電站等工程為其依托工程；2022年6月，中國科協(xié)發(fā)布年度10個產(chǎn)業(yè)技術問題，“如何研制大型可變速抽水蓄能機組”位列其中；2022年11月，300兆瓦級大容量變速抽水蓄能機組國產(chǎn)化依托工程全部開工建設；2022年12月，我國首個超大容量變速抽水蓄能工程南方電網(wǎng)惠州中洞抽水蓄能電站全面開工，將安裝1臺400兆瓦國產(chǎn)大型變速抽水蓄能機組；2023年5月，“海水抽水蓄能電站前瞻技術研究”科技成果通過鑒定，南方電網(wǎng)牽頭研制了國內(nèi)首套10兆瓦可變速機組主機及變流器工程樣機，與武漢大學聯(lián)合搭建了我國首座可變速抽水蓄能機組實證平臺……
“國產(chǎn)大型變速抽水蓄能機組研制是產(chǎn)學研用多方同向發(fā)力、持續(xù)攻關的一場‘接力長跑’，盡管各方有著不同的職責任務，但終點共通，就是要以變速前沿技術催生抽水蓄能產(chǎn)業(yè)的新動能?！蹦戏诫娋W(wǎng)戰(zhàn)略級技術專家彭煜民表示。
向“新”而行，工程建設推進與新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的“雙向奔赴”
穿過1600余米的交通洞，來到“300兆瓦級變速抽水蓄能機組成套設備”依托工程肇慶浪江抽水蓄能電站工程的“心臟”——地下廠房。這個外觀如同“巨型地宮”的新廠房長179米、寬26米、高59米，總體積超過27萬立方米，相當于108個標準游泳池大小。“廠房開挖歷時近19個月，從上至下分7層施工完成，我們通過對爆破、支護、混凝土澆筑等關鍵流程的技術參數(shù)和作業(yè)指標進行嚴格管控，施工優(yōu)良率高達96%，達到國內(nèi)領先水平?！蹦暇W(wǎng)儲能公司肇慶浪江抽蓄項目部工程管理專責張軒指著頭頂上方開挖作業(yè)入口介紹。
據(jù)了解，對于一座總建設周期約7年半的抽水蓄能電站而言，挖好廠房僅僅是工程進入機電安裝階段的起始。每臺抽水蓄能機組安裝要經(jīng)過5節(jié)尾水管組裝、125噸重的蝸殼座環(huán)安裝、基坑基礎安裝、導水機構(gòu)安裝、350噸重的機組定子安裝、410噸重的機組轉(zhuǎn)子安裝等施工工序，歷時24個月。要讓抽水蓄能機組的抽水和發(fā)電兩大功能得以發(fā)揮，還得開挖總?cè)莘e近2000萬立方米、接近一個半西湖大小的上下水庫，總長超過20公里的35個地下隧洞、埋藏大山數(shù)百米處的2.8公里長的輸水水道、500余米深的引水豎井?！澳壳?，近2000名建設者正同步推進機電設備安裝、上下水庫及豎井開挖等40余個施工面的工作任務，整個工地本質(zhì)上是新質(zhì)生產(chǎn)力鍛造的‘大熔爐’，提高勞動生產(chǎn)率的施工新模式處處可見?！蹦暇W(wǎng)儲能公司肇慶浪江抽蓄項目部總經(jīng)理鄭智談到。
在電站引水調(diào)壓井正井作業(yè)平臺上，約10層樓高的井架映入眼簾，正在緊張進行工程引水深豎井施工作業(yè)。走到井邊往下看，一個深度超過500米的“長洞”直通山體內(nèi)部，正在進行正井擴挖。這是“引水深豎井正井法”先進施工法首次應用我國水電工程領域，此前主要應用于礦山開挖領域。這套施工法包括鑿巖、排渣、灌漿、排水等13道復雜工序，實現(xiàn)井架支撐、主副提升、穩(wěn)車懸吊、立井鉆爆等16個機械裝備系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)，可直接減少現(xiàn)場人工作業(yè)人員約30%，大幅優(yōu)化工程工期，做到“更少人工、更快施工”。
電站設計長度5050米的自流排水洞，將在兩個月后迎來名字響亮的“掘進者”——“肇慶一號”?！罢貞c一號”是代表目前隧洞施工技術最先進水平的裝備“全斷面硬巖隧道掘進機”，簡稱“TBM”。利用TBM掘進作業(yè)，不僅在掘進速度達到傳統(tǒng)人工鉆爆的4倍，而且能夠大大降低作業(yè)安全風險，已在南寧抽水蓄能電站高質(zhì)量地完成掘進作業(yè)。肇慶浪江抽水蓄能電站自流排水洞的TBM作業(yè)將實現(xiàn)該套裝備在粵港澳大灣區(qū)抽蓄工程領域的首次應用。
“我們正充分利用抽水蓄能工程建設的規(guī)模優(yōu)勢，加快推進先進施工技術、方法和經(jīng)驗在9個在建抽水蓄能工程的復制應用，積極探索發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的科學路徑，更高效地為變速抽水蓄能機組等高端技術裝備的應用搭好平臺?！蹦暇W(wǎng)儲能公司基建部總經(jīng)理余建生如是說。
凝心聚力，技術攻關和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“深度融合”
2023年3月，我國首臺自主研制變速抽水蓄能機組的超大直徑護環(huán)鍛件在江蘇無錫成功下線。這個直徑約5米、外觀并無特殊的“圓環(huán)”，是東方電機聯(lián)合派克科技一年多來技術攻關的重大成果，填補了超大直徑非磁性金屬護環(huán)鍛件國產(chǎn)化制造空白，吸引了南方電網(wǎng)等近10家設備業(yè)主單位、設計研究機構(gòu)技術代表們遠道而來見證。
這種新型護環(huán)技術將用于肇慶浪江抽水蓄能電站的300兆瓦變速抽水蓄能機組。“變速機組同定速機組名字只是一字之差，卻需要從零開始重塑一個新設備，需要很多像護環(huán)鍛件這樣的國內(nèi)首創(chuàng)。”前來參與見證的南網(wǎng)儲能公司技術專家徐鵬表示。
徐鵬口中的“重塑”源于變速抽水蓄能機組的特殊結(jié)構(gòu)原理。抽水蓄能機組集發(fā)電和抽水兩大功能于一體，主要包括發(fā)電電動機和水泵水輪機。變速機組的水泵水輪機在結(jié)構(gòu)和原理上與定速機組沒有差別，差別主要在發(fā)電電動機。
根據(jù)電機學原理，電機由固定部分的定子和轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的必要條件是定子和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場同步運行。對于常規(guī)的定速機組，由于電網(wǎng)頻率本身恒定，固定的定子的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速也不會變化，當轉(zhuǎn)子采取靜態(tài)不變的直流磁場旋轉(zhuǎn)時，只要設置固定的轉(zhuǎn)速，就可以實現(xiàn)定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的同步。變速機組則大不相同，由于轉(zhuǎn)子本身需要改變速度來實現(xiàn)功率的靈活調(diào)節(jié)，要與定子的旋轉(zhuǎn)磁場同步，只能選取同樣動態(tài)的交流磁場，根據(jù)轉(zhuǎn)速變化需要同步調(diào)節(jié)交流磁場的運動頻率，以實現(xiàn)兩者磁場同步。
機組原理變化了，帶給研發(fā)團隊的是整個研制工作“從無到有”的技術攻關?！拔覀兂闪⒘酥鳈C設備、控制保護、仿真研究、網(wǎng)源協(xié)調(diào)、標準建立等5個技術攻關組，聯(lián)合高校院所、設備廠商同步推進16項攻關任務，按周管控進度、按月總結(jié)進展。”南網(wǎng)儲能公司基建部副總經(jīng)理雷興春指著電腦里的技術攻關進度表說。
當前，肇慶浪江抽水蓄能電站變速機組的交流勵磁設備已完成電壓電流設計參數(shù)校核、輸出電壓波形仿真，基本完成整機試驗平臺設計，正在進行電氣細化設計以及聯(lián)調(diào)試驗方案編制工作。“就變速機組而言，不僅是加持關鍵技術的交流勵磁系統(tǒng)，通風系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設計、剛強度、制造工藝，每個領域都需要重新設計研究！”已經(jīng)聯(lián)合各個設備廠商召開數(shù)十次專題技術研討會的南網(wǎng)儲能公司建管分公司機電部總經(jīng)理葉飛感慨道。
技術研究過程允許不斷地“探索嘗試”，技術成果轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品一旦投入工程應用，就必須做到安全“萬無一失”，仿真是檢驗研發(fā)功能的有效工具。技術攻關啟動以來，彭煜民帶領技術團隊成員一直致力于變速機組不同運行工況的控制策略研究?！澳壳?，我們已經(jīng)完成了機組工況轉(zhuǎn)換流程的編制和數(shù)模仿真平臺的搭建，正持續(xù)開展有關功能測試?！迸盱厦窠榻B。
隨著技術攻關的各個擊破和依托工程的加快建設，我國首臺（套）變速抽水蓄能機組實現(xiàn)工程應用的腳步正加速臨近?！岸嗄陙淼脑O備研制，強烈感受到了關鍵核心技術攻關新型舉國體制對高端裝備產(chǎn)業(yè)鏈自主化的強大賦能，這也是我們作為技術工作者的底氣所在?！崩着d春說。
