中國儲能網(wǎng)訊：7月25日零時，世界裝機容量最大的抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站(以下簡稱“國網(wǎng)新源豐寧電站”)地下廠房，國內(nèi)首臺大型交流勵磁變速抽水蓄能機組投入試運行。
從2013年5月開工，國網(wǎng)新源豐寧電站建設(shè)者們用11年多的時間實現(xiàn)了世界最大抽水蓄能電站自主設(shè)計和建設(shè)，創(chuàng)造了我國抽水蓄能發(fā)展史上多個紀錄，為我國抽蓄電站建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗、夯實了技術(shù)基礎(chǔ)。
今年年底，12臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電后，這座世界最大的“超級充電寶”每年可供應(yīng)綠電66億千瓦時，能滿足260萬戶家庭一年的用電需求。
削峰填谷
“超級充電寶”這樣運行
豐寧滿族自治縣四岔口鄉(xiāng)永利村群山間，兩座碧波蕩漾的水庫，如兩顆寶石鑲嵌在山谷間、山巔上。條條銀線、座座鐵塔，從天際一端翻山越嶺而來，又奔向遠方。
我省承德、張家口壩上地區(qū)風(fēng)光資源富集，風(fēng)電、光伏裝機規(guī)模均突破千萬千瓦級。然而，因風(fēng)機、光伏發(fā)電具有波動性、隨機性，在電網(wǎng)用電低谷時，會產(chǎn)生過剩電能。如何消納過剩綠電，關(guān)系清潔能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展大局。
“相比其他儲能方式，抽水蓄能具有設(shè)備壽命長、儲能規(guī)模大、轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)成熟等優(yōu)勢，是當前儲能主力軍?！?月24日，國網(wǎng)新源豐寧電站工程部高級工程師賈晉說，抽蓄電站主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、下水庫等組成，是為解決電網(wǎng)負荷高峰和低谷之間供需矛盾而生。在電網(wǎng)負荷低谷時，它利用過剩電能將下水庫的水抽至上水庫，將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能儲存起來；待負荷高峰時，再從上水庫放水發(fā)電，將低谷過剩電能轉(zhuǎn)換為高峰優(yōu)質(zhì)電能，顯著提高電網(wǎng)削峰填谷能力。
早在1995年，國網(wǎng)新源豐寧電站便開始謀劃建設(shè)，選址、勘測、設(shè)計等前期工作歷時18年。2013年5月，總裝機容量達360萬千瓦、世界最大的抽蓄電站正式開工建設(shè)。
在建設(shè)中，國網(wǎng)新源豐寧電站攻克復(fù)雜地質(zhì)條件下超大型地下洞室群建造關(guān)鍵技術(shù)等一道道難關(guān)，建成了世界規(guī)模最大的地下洞室群和單體地下廠房。
2021年12月，國網(wǎng)新源豐寧電站首批兩臺機組投產(chǎn)發(fā)電。截至目前，已有10臺機組投產(chǎn)發(fā)電。
電站2號通風(fēng)洞位于海拔1000米左右的半山腰，記者驅(qū)車進入隧道，向山腹內(nèi)行駛1.7公里后，到達地下廠房。在長414米、寬25米的發(fā)電機層，12臺機組滑環(huán)室如白色蒙古包般一字排列。
“我們剛剛對機組進行了巡檢，設(shè)備狀態(tài)一切正常?！眹W(wǎng)新源豐寧電站運行部負責(zé)人趙日升說，近日天氣持續(xù)高溫，京津唐電網(wǎng)用電負荷激增。為保障電網(wǎng)電力供應(yīng)，在運10臺機組經(jīng)常全部開機，白天配合新能源消納抽水運行，晚上配合電網(wǎng)負荷高峰頂峰發(fā)電。
根據(jù)電網(wǎng)負荷周期性變化情況，電站機組每天大致分4個時間段運行。早上6時至8時，電網(wǎng)早高峰，發(fā)電運行；9時至16時，光伏發(fā)電高峰，消納新能源抽水運行；17時至22時，電網(wǎng)晚高峰，頂峰發(fā)電運行；23時至次日5時，夜間低谷或配合風(fēng)電消納，抽水運行。
“抽蓄電站在電網(wǎng)中承擔(dān)著調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、系統(tǒng)備用、黑啟動等功能，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)重要的穩(wěn)壓器、調(diào)節(jié)器和存儲器?！壁w日升說，在電網(wǎng)互通互聯(lián)大系統(tǒng)中建設(shè)適當規(guī)模的抽蓄電站，可充分發(fā)揮其與光伏、風(fēng)電運行的互補性，減少新能源大規(guī)模隨機并網(wǎng)對系統(tǒng)的沖擊。同時，在遠距離特高壓電網(wǎng)的受電端、中間落點，甚至電源送端建設(shè)抽蓄電站，還可發(fā)揮其獨有的快速反應(yīng)特性，有效防范電網(wǎng)發(fā)生故障的風(fēng)險，防止事故擴大和系統(tǒng)崩潰。
精準可靠
國內(nèi)首臺大型抽蓄變速機組即將投運
7月24日10時50分，國網(wǎng)新源豐寧電站中央控制室人員接到國網(wǎng)華北分部調(diào)度控制中心指令，啟動一臺機組，以300兆瓦滿負荷狀態(tài)進行發(fā)電。操作人員迅速打開電腦控制系統(tǒng)，輸入指令數(shù)值，按下啟動鍵，隨著機組運行，開始為電網(wǎng)輸送綠電。
“發(fā)電工況下，變速機組同期并網(wǎng)更快。定速機組在勵磁系統(tǒng)投入后到完全并網(wǎng)需要50多秒，如果是變速機組，勵磁系統(tǒng)投入后到完全并網(wǎng)，只需2秒鐘?！眹W(wǎng)新源豐寧電站機電部主任陳磊說。經(jīng)過近半年的安裝調(diào)試，國內(nèi)首臺大型抽蓄變速機組已于7月25日進入為期15天的試運行，即將正式投產(chǎn)發(fā)電。
地下廠房最左側(cè)，11號、12號機組滑環(huán)室明顯比其他10臺機組大了不少。這兩臺大家伙，便是我國首次從國外引進的變速機組。它發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子重475噸，比定速機組發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子重115噸。其交流勵磁系統(tǒng)占據(jù)一個400平方米的“單間”，而定速機組勵磁控制系統(tǒng)僅有5平方米左右。
變速機組不僅塊頭大，本領(lǐng)也更強?！跋啾榷ㄋ贆C組抽水工況固定300兆瓦輸入功率，變速機組抽水工況可在220兆瓦至330兆瓦范圍內(nèi)線性調(diào)節(jié)，從而更加靈活響應(yīng)電網(wǎng)指令，做到按需供應(yīng)。”陳磊說，如電網(wǎng)中存在260兆瓦的負荷缺口，啟動1臺300兆瓦的定速機組抽水，無法直接平衡電網(wǎng)需求，而變速機組可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流，精準快速調(diào)至260兆瓦抽水運行，直接滿足電網(wǎng)需求。
變速機組還具備較強進相運行能力，可通過交流勵磁實現(xiàn)自啟動，替代外接變頻器及背靠背啟動方式。其運行時，可根據(jù)水頭寬度自動改變轉(zhuǎn)速，讓機組始終保持最佳運行狀態(tài)，提升運行穩(wěn)定性和效率，更好平衡新能源大規(guī)模接入對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成的影響。
輸入電源開關(guān)柜、交流勵磁變壓器、變流器、冷卻裝置產(chǎn)自德國，公共電柜產(chǎn)自奧地利，交流勵磁母線產(chǎn)自瑞士……雖然變速機組優(yōu)勢明顯，但此前國內(nèi)沒有安裝、整組啟動調(diào)試標準和工作經(jīng)驗，陳磊和團隊面臨嚴峻考驗。
為啃下這塊硬骨頭，陳磊組織團隊深入研究水輪機、電機學(xué)等知識，多次帶領(lǐng)團隊同國外設(shè)備廠商開展交流學(xué)習(xí)。設(shè)備研發(fā)設(shè)計階段，積極分析轉(zhuǎn)輪開發(fā)邊界條件，組織變速機轉(zhuǎn)輪模型開發(fā)優(yōu)化工作，滿足機組運行性能要求。機電安裝調(diào)試階段，研究引入激光跟蹤儀定子圓度測量、電纜三維敷設(shè)等技術(shù)，實現(xiàn)了新技術(shù)在抽水蓄能電站的首次應(yīng)用。主機設(shè)備安裝前，打破常規(guī)優(yōu)化機組安裝順序，及時解決轉(zhuǎn)子組裝出現(xiàn)的問題，為變速機組設(shè)計制造爭取了時間。
通過分析數(shù)據(jù)、翻閱圖紙資料等方式，陳磊帶領(lǐng)團隊編制了變速機組質(zhì)量控制標準，鞏固了電站在變速機組安裝方面的主導(dǎo)地位。
“經(jīng)過反復(fù)測試，兩臺變速機組轉(zhuǎn)速可在負7%到正6.2%范圍變速，抽水工況功率調(diào)節(jié)范圍為220兆瓦到330兆瓦。所有指標均達到設(shè)計要求?！标惱谡f，他們將依托兩臺變速機組安裝調(diào)試平臺，培養(yǎng)一批攻關(guān)變速機組關(guān)鍵技術(shù)的青年技能人才。同時，全方面總結(jié)數(shù)據(jù)資料、技術(shù)路線等相關(guān)經(jīng)驗，為助推變速機組國產(chǎn)化進程貢獻力量。
據(jù)介紹，今年年底國網(wǎng)新源豐寧電站12臺機組全部投運后，每年可節(jié)省標煤量48萬噸，減少二氧化碳排放120萬噸，相當于造林24萬余畝，有力助推京津冀地區(qū)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。
產(chǎn)業(yè)集群
打造綠電能源“碼頭”
走進豐寧滿族自治縣萬勝永鄉(xiāng)，巨大風(fēng)機在山嶺間勻速旋轉(zhuǎn)，一排排光伏板在山坡上閃著亮光。
“這是目前我省規(guī)模最大的風(fēng)、光、氫、儲、產(chǎn)一體化基地項目。項目全部投產(chǎn)后，每年將向京津冀地區(qū)提供綠電18億千瓦時、綠氫1700萬標方，減排二氧化碳約140萬噸，年產(chǎn)值約7.2億元。”豐寧滿族自治縣清潔能源中心主任邱艷東說，目前該基地項目100萬千瓦風(fēng)光電已經(jīng)建成并網(wǎng)，制氫、加氫項目正在加快推進。
截至目前，承德風(fēng)光電累計并網(wǎng)裝機規(guī)模達1148萬千瓦。2021年、2023年獲批項目及2024年出庫項目全部建成后，風(fēng)光電累計裝機規(guī)模將達到2300萬千瓦以上。
承德境內(nèi)清潔能源種類多樣、資源富集，風(fēng)電年平均利用小時數(shù)約2400小時，光伏年平均利用小時數(shù)約1400小時，屬于全國風(fēng)光資源二類地區(qū)。今年上半年，清潔能源發(fā)電量130.3億千瓦時，分別占全市電力總裝機和總發(fā)電量的89%和75%。
為有效促進新能源消納，推動清潔能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，承德持續(xù)在儲能端發(fā)力。
“承德境內(nèi)有灤河、潮河、遼河、大凌河四大水系，年自生水量37.6億立方米，加之獨特的自然地理條件和多年礦業(yè)開采形成的人工庫盆，抽水蓄能發(fā)展?jié)摿^大，具備多元化開發(fā)利用清潔能源的先決條件。”承德市發(fā)改委主任李浩說。
承德毗鄰京津、北靠遼蒙，是華北、東北地區(qū)綠電進京的必經(jīng)通道和中心節(jié)點城市，也是承接京津發(fā)達地區(qū)產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、人才轉(zhuǎn)移和功能疏解的首選之地。該市正積極打造綠色能源“碼頭”，向京津輸送綠電、綠氫。
目前，承德在建抽水蓄能項目3個，總規(guī)模760萬千瓦。其中，豐寧360萬千瓦抽蓄項目累計投產(chǎn)10臺機組，投產(chǎn)容量300萬千瓦；灤平一期120萬千瓦抽水蓄能項目、隆化280萬千瓦抽水蓄能項目加快建設(shè)。
記者手記
為發(fā)展注入澎湃清潔動力
承德是京津冀水源涵養(yǎng)功能區(qū)和京津冀西北部重要生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)，在生態(tài)保護方面肩負著重大使命。然而，改變經(jīng)濟欠發(fā)達現(xiàn)狀、加快自身發(fā)展是其必須直面的挑戰(zhàn)。
讓好生態(tài)成為發(fā)展新動力。為闖出一條“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”之路，承德將清潔能源作為全市重點支柱產(chǎn)業(yè)，努力建設(shè)清潔能源強市。
豐富的風(fēng)能、太陽能資源，為清潔能源的開發(fā)提供了廣闊空間。近年來，一座座風(fēng)機在山間矗立，一片片太陽能板在陽光下熠熠生輝。
雖然發(fā)電端不斷邁出新步伐，但也應(yīng)清醒地認識到，推動清潔能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，必須培育相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。
積極建設(shè)抽水蓄能電站群，在儲能端持續(xù)發(fā)力，是承德建鏈、補鏈、強鏈的主要舉措。隨著世界裝機容量最大的豐寧抽水蓄能電站12臺機組即將全部投產(chǎn)發(fā)電，灤平、隆化抽水蓄能電站加快建設(shè)，一座座“超級充電寶”正撬動一條完整產(chǎn)業(yè)鏈加速形成。
承德推進清潔能源發(fā)展的生動實踐，是河北加快建設(shè)新型能源強省的縮影。
2022年，河北明確提出加快建設(shè)清潔高效、多元支撐的新型能源強省。2023年11月1日，《河北省新能源發(fā)展促進條例》開始施行。
技術(shù)向上突圍，產(chǎn)業(yè)聚鏈成群。截至2023年底，河北可再生能源并網(wǎng)裝機累計超9300萬千瓦，占電力總裝機比重約63%，兩項均居全國前列。
轉(zhuǎn)型突圍中，河北堅定地站上新能源發(fā)展賽道。雖然仍面臨諸多困難和挑戰(zhàn)，但我們只要堅定信念，持續(xù)努力，必將實現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟的雙贏。
