中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：單臺(tái)裝機(jī)容量375兆瓦，國(guó)網(wǎng)新源仙居抽水蓄能電站開創(chuàng)400兆瓦級(jí)超大容量抽水蓄能電站建設(shè)先河；最大揚(yáng)程712米，吉林敦化投運(yùn)我國(guó)首個(gè)700米級(jí)超高水頭大型抽水蓄能機(jī)組；總裝機(jī)容量3600兆瓦，國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站創(chuàng)下全球裝機(jī)規(guī)模之最……一個(gè)個(gè)“之最”、一次次“首創(chuàng)”見證了我國(guó)抽水蓄能自主化發(fā)展的漫漫長(zhǎng)路。
抽水蓄能是當(dāng)前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、最具大規(guī)模開發(fā)條件的電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)電源，是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。二十年來(lái)，國(guó)網(wǎng)新源集團(tuán)有限公司堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，以需求為牽引聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新，從探索起步、消化成長(zhǎng)到規(guī)模應(yīng)用，走出了一條大型抽水蓄能成套設(shè)備自主化發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)了大型抽水蓄能從依賴進(jìn)口到自主創(chuàng)新再到技術(shù)引領(lǐng)的跨越。
摘取水電領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，實(shí)現(xiàn)成套設(shè)備自主化
2003年以前，我國(guó)抽水蓄能領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)研究還未起步，設(shè)備全是“舶來(lái)品”。進(jìn)口設(shè)備價(jià)格高昂，核心機(jī)電設(shè)備投資占總投資的一半以上，關(guān)鍵部件的供貨周期有時(shí)需要3～6個(gè)月。
與高昂的投資成本、滯后的技術(shù)服務(wù)相對(duì)的，是建設(shè)抽水蓄能電站的迫切需要。進(jìn)入21世紀(jì)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，用電需求持續(xù)攀升，電力峰谷差逐漸拉大。2001年年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)3.38億千瓦，其中火力發(fā)電占比75%，系統(tǒng)調(diào)峰問(wèn)題日益突出。
開展大型抽水蓄能機(jī)組及成套設(shè)備自主化工作迫在眉睫。2003年，在國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局的組織協(xié)調(diào)下，國(guó)家電網(wǎng)有限公司和各有關(guān)單位共同研究，確定了采用技貿(mào)結(jié)合方式，以工程與科研協(xié)同推進(jìn)，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、掌握優(yōu)化和自主創(chuàng)新三個(gè)階段，逐步實(shí)現(xiàn)我國(guó)大型抽水蓄能機(jī)組自主化的策略。
水泵水輪機(jī)是自主化要邁過(guò)的第一道門檻。抽水蓄能機(jī)組集水泵與水輪機(jī)于一體，正向抽水儲(chǔ)能，反向放水發(fā)電?！半p向運(yùn)行聽上去簡(jiǎn)單，做起來(lái)極難。水泵和水輪機(jī)的水力特性完全相反，常規(guī)設(shè)計(jì)難以兼顧穩(wěn)定性和效率。有人把水泵水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)比喻為水電技術(shù)領(lǐng)域‘皇冠上的明珠’?！薄按笮统樗钅軝C(jī)組水泵水輪機(jī)研制”課題負(fù)責(zé)人覃大清解釋。
為了摘取這顆“皇冠上的明珠”，研究人員對(duì)幾十個(gè)水泵水輪機(jī)模型和上百種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、試驗(yàn)，最終采取以水泵與水輪機(jī)特性并行迭代的水力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從根本上保障了雙向運(yùn)行的穩(wěn)定性，破解了這一世界性難題。
此后，研究人員相繼創(chuàng)新發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)安全性方法、降低水泵水輪機(jī)無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)方法等，我國(guó)逐漸掌握了大型抽水蓄能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)。
抽水蓄能機(jī)組設(shè)備繁多、運(yùn)行工況復(fù)雜、轉(zhuǎn)換頻繁，如何指揮、協(xié)調(diào)、控制電站所有設(shè)備？控制保護(hù)系統(tǒng)承擔(dān)著大腦和中樞神經(jīng)的職責(zé)?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)模型和參數(shù)設(shè)計(jì)極其復(fù)雜，對(duì)安全可靠性要求極高，當(dāng)時(shí)核心技術(shù)被國(guó)外企業(yè)控制，技術(shù)引進(jìn)無(wú)從談起。為了打破技術(shù)壟斷，公司先后多次立項(xiàng)開展自主科研攻關(guān)。
在國(guó)網(wǎng)新源集團(tuán)牽頭組織下，經(jīng)過(guò)6年攻關(guān)，研究人員厘清了抽水蓄能電站控制邏輯關(guān)系，研發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控、勵(lì)磁、調(diào)速和保護(hù)系統(tǒng)。
2012年11月18日，機(jī)組轟鳴啟動(dòng)，水流奔涌激蕩，國(guó)網(wǎng)新源安徽響水澗抽水蓄能電站最后一臺(tái)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。這是我國(guó)第一座全面實(shí)現(xiàn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的大型抽水蓄能電站，標(biāo)志著我國(guó)抽水蓄能電站步入主輔設(shè)備設(shè)計(jì)制造國(guó)產(chǎn)化階段，我國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)300兆瓦級(jí)以下機(jī)組及成套設(shè)備自主化，顯著提升了我國(guó)高端裝備技術(shù)實(shí)力，形成了抽水蓄能裝備中國(guó)制造新格局。
適應(yīng)新型電力系統(tǒng)需求，向著400兆瓦級(jí)、700米級(jí)機(jī)組國(guó)產(chǎn)化邁進(jìn)
在浙江仙居縣群山環(huán)抱之中，坐落著我國(guó)自主研發(fā)、制造、安裝、調(diào)試的大型抽水蓄能電站——國(guó)網(wǎng)新源仙居抽水蓄能電站。電站地下廠房深藏于地下450米，4臺(tái)375兆瓦的巨型機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。在仙居抽水蓄能電站這塊“試驗(yàn)田”上，我國(guó)開展了400兆瓦級(jí)抽水蓄能機(jī)組研發(fā)制造，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)化裝備上臺(tái)階。
國(guó)網(wǎng)新源集團(tuán)聯(lián)合科研院所、制造廠家等多方組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，攻克了推力軸承、剛強(qiáng)度、大直徑球閥等方面一系列世界級(jí)技術(shù)難題。2016年4月，仙居抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)400兆瓦級(jí)抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)制造的技術(shù)空白。
進(jìn)入“十三五”，我國(guó)新能源發(fā)電裝機(jī)爆發(fā)式增長(zhǎng)，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的波動(dòng)性、隨機(jī)性給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步提高抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)性，抽水蓄能向著高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量方向發(fā)展。
國(guó)家能源局《水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，全面實(shí)現(xiàn)高性能大容量水電機(jī)組和高水頭大容量抽水蓄能機(jī)組成套設(shè)備設(shè)計(jì)和制造的自主化。
2021年6月4日，國(guó)網(wǎng)新源吉林敦化抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。700米水頭的高壓水流傾瀉而下，沖擊轉(zhuǎn)輪，9片合金葉片在20個(gè)精密導(dǎo)葉的調(diào)控下高速旋轉(zhuǎn)，機(jī)組瞬間達(dá)到每分鐘500轉(zhuǎn)的額定轉(zhuǎn)速。
該電站是我國(guó)首座700米級(jí)水頭抽水蓄能電站，機(jī)組最高揚(yáng)程達(dá)712米?！皺C(jī)組試運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)、擺度及瓦溫等關(guān)鍵指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)各部導(dǎo)軸承擺度均小于0.1毫米?！倍鼗樗钅茈娬靖笨偨?jīng)理張德浩說(shuō)。
項(xiàng)目成功打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，使我國(guó)成為第三個(gè)擁有700米級(jí)超高水頭大型抽水蓄能關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)家，700米級(jí)350兆瓦抽水蓄能機(jī)組成套設(shè)備入選國(guó)家能源局2021年度能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備項(xiàng)目。
高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量抽水蓄能技術(shù)研究帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，相關(guān)技術(shù)在國(guó)網(wǎng)新源安徽績(jī)溪、河北豐寧、重慶蟠龍等大型抽水蓄能電站實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，為新能源靈活并網(wǎng)、高效消納提供裕度。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)化設(shè)備建設(shè)成本大幅降低。
當(dāng)前新型電力系統(tǒng)加快建設(shè)，抽水蓄能功能定位由調(diào)峰、系統(tǒng)備用為主轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲(chǔ)能、系統(tǒng)備用、黑啟動(dòng)等。截至2024年年底，我國(guó)新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到14.5億千瓦，超過(guò)火電。要形成與新能源發(fā)展相適應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，需要具備更廣泛調(diào)節(jié)能力的變速抽水蓄能技術(shù)。
國(guó)網(wǎng)新源豐寧抽水蓄能電站在國(guó)內(nèi)首次采用交流勵(lì)磁變速機(jī)組——2臺(tái)采用自啟動(dòng)方式的300兆瓦交流勵(lì)磁變速抽水蓄能機(jī)組，與張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程配套運(yùn)行，支撐京津電網(wǎng)及冀北電網(wǎng)靈活調(diào)用需求，為后續(xù)我國(guó)實(shí)現(xiàn)大型變速抽水蓄能機(jī)組自主化打下基礎(chǔ)。
“在加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)背景下，我國(guó)抽水蓄能行業(yè)逐步掌握了大型抽水蓄能機(jī)組的水力開發(fā)、電磁設(shè)計(jì)、機(jī)電網(wǎng)控制等關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)抽水蓄能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)跨越，促進(jìn)了我國(guó)電力裝備制造業(yè)的科技進(jìn)步?！敝袊?guó)工程院院士陳厚群表示。
創(chuàng)新建設(shè)運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，讓中國(guó)經(jīng)驗(yàn)成世界標(biāo)準(zhǔn)
截至2024年年底，公司有在運(yùn)在建抽水蓄能電站75座，是全球運(yùn)營(yíng)抽水蓄能規(guī)模最大的企業(yè)。作為專業(yè)化開發(fā)建設(shè)綠色調(diào)節(jié)電源的服務(wù)運(yùn)營(yíng)商，國(guó)網(wǎng)新源集團(tuán)在設(shè)計(jì)制造、建設(shè)施工和運(yùn)行維護(hù)等方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)了抽水蓄能電站高質(zhì)量建設(shè)、高效率運(yùn)行。
如果將抽水蓄能電站地下廠房比作心房，那么輸水系統(tǒng)就是上下水庫(kù)水雙向流動(dòng)的血管，輸水系統(tǒng)中的引水斜井就是動(dòng)脈。國(guó)網(wǎng)新源河南洛寧抽水蓄能電站1號(hào)引水斜井長(zhǎng)927米，開挖直徑7.23米，高差近560米，是國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站最長(zhǎng)斜井，具有掘進(jìn)傾角大、長(zhǎng)度長(zhǎng)、高差大的特點(diǎn)。
2024年9月9日，伴隨著轟鳴聲，斜井硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）“永寧號(hào)”在洛寧抽水蓄能電站2號(hào)引水斜井開挖面破土而出，標(biāo)志著斜井TBM在抽水蓄能行業(yè)首次應(yīng)用取得成功。掘進(jìn)過(guò)程中，“永寧號(hào)”最大單日進(jìn)尺16.086米，最大月進(jìn)尺171米，提升了開挖質(zhì)量和工藝水平。
大壩填筑應(yīng)用無(wú)人駕駛振動(dòng)碾施工技術(shù)，巖石邊坡開挖采用無(wú)爆破切割技術(shù)，輸水系統(tǒng)壓力鋼管安裝采用自動(dòng)焊接技術(shù)……機(jī)械化技術(shù)手段的廣泛應(yīng)用提升了建設(shè)速度、安全和質(zhì)量水平。
當(dāng)下，抽水蓄能提質(zhì)開發(fā)、批量建設(shè)、集中投產(chǎn)、高頻運(yùn)行高度疊加，如何確保已投運(yùn)機(jī)組隨調(diào)隨啟、穩(wěn)定運(yùn)行？一套精心操作、精細(xì)維護(hù)、精準(zhǔn)評(píng)價(jià)、精益管控的生產(chǎn)管理體系讓電站發(fā)揮最大效能。
今年上半年，國(guó)網(wǎng)新源北京十三陵抽水蓄能電站發(fā)電量6.68億千瓦時(shí)，較2024年同期增長(zhǎng)61.7%。自1995年投產(chǎn)發(fā)電以來(lái)，該電站擔(dān)負(fù)著華北地區(qū)調(diào)頻調(diào)峰、事故備用、新能源消納等責(zé)任?！皺C(jī)組運(yùn)行強(qiáng)度大，我們精心運(yùn)維、操作，今年上半年還完成3臺(tái)機(jī)組C修及4臺(tái)機(jī)組定檢工作，讓30年的老機(jī)組隨調(diào)隨啟，保持100%啟動(dòng)成功率。”該電站運(yùn)行部主任鄒志偉說(shuō)。
標(biāo)準(zhǔn)助推創(chuàng)新發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)時(shí)代進(jìn)步?！耙劳性诔樗钅芗夹g(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用中的實(shí)踐積累，我們聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游編制了涵蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程施工、安裝調(diào)試和運(yùn)維檢修等方面的抽水蓄能全生命周期技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?！眹?guó)網(wǎng)新源集團(tuán)科信部主任常玉紅說(shuō)。截至5月，該集團(tuán)共主編、參編標(biāo)準(zhǔn)474項(xiàng)，其中國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)36項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)94項(xiàng)，基本實(shí)現(xiàn)了抽水蓄能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全業(yè)務(wù)覆蓋，推動(dòng)了行業(yè)安全、快速、健康發(fā)展。
“十四五”時(shí)期，《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021～2035年）》《抽水蓄能電站開發(fā)建設(shè)管理暫行辦法》等先后發(fā)布，推動(dòng)抽水蓄能從“提速增量”向“提質(zhì)有序”發(fā)展?！冻樗钅苤虚L(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021～2035年）》明確，到2035年，形成滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展需求的，技術(shù)先進(jìn)、管理優(yōu)質(zhì)、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的抽水蓄能現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)。
中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)抽水蓄能行業(yè)分會(huì)副秘書長(zhǎng)余賢華認(rèn)為，抽水蓄能功能已演變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定的調(diào)節(jié)單元、清潔高效的調(diào)節(jié)資源，“調(diào)”的功能日益凸顯?！盀檫m應(yīng)系統(tǒng)日益復(fù)雜和豐富多樣的靈活調(diào)節(jié)需求，抽水蓄能行業(yè)需要主動(dòng)創(chuàng)新求變，發(fā)展新一代抽水蓄能。這是一項(xiàng)前瞻性、系統(tǒng)性工程，需要從理論研究、規(guī)劃設(shè)計(jì)、裝備制造和調(diào)控運(yùn)維等全環(huán)節(jié)發(fā)力?！彼f(shuō)。
隨著“雙碳”目標(biāo)深入推進(jìn)和新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，抽水蓄能將迎來(lái)更廣闊發(fā)展空間。從最初的設(shè)備引進(jìn)、技術(shù)消化到如今的自主創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)輸出，二十余年來(lái)，我國(guó)抽水蓄能行業(yè)不僅實(shí)現(xiàn)了技術(shù)能力的跨越式提升，更積累了深厚的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和人才儲(chǔ)備。技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，將續(xù)寫中國(guó)抽水蓄能自主創(chuàng)新的故事。
