9月9日，抽水蓄能發(fā)展再迎新利好。國家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，提出到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、管理優(yōu)質(zhì)、國際競爭力強的抽水蓄能現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企業(yè)。
國家電網(wǎng)有限公司高度重視抽水蓄能發(fā)展，“十三五”以來開工建設了一批重點項目，今年3月又出臺構(gòu)建新型電力系統(tǒng)加快抽水蓄能開發(fā)建設六項重要舉措。國網(wǎng)新源控股有限公司作為公司集約化、專業(yè)化開發(fā)建設運營抽水蓄能電站的平臺企業(yè)，在抽水蓄能領域積累了豐富的建設、運維經(jīng)驗，并致力于科技創(chuàng)新，推動設備國產(chǎn)化和標準建設，為促進行業(yè)持續(xù)健康高質(zhì)量發(fā)展作出積極探索。
創(chuàng)新施工工藝 建設精品工程
“癸丑之三月晦，自寧海出西門。云散日朗，人意山光，俱有喜態(tài)。”在《徐霞客游記》開篇第一句描述的浙江寧海縣，青山碧水間，一座抽水蓄能電站正在緊鑼密鼓地建設中。
8月19日凌晨，伴隨著機器的轟鳴聲，超小轉(zhuǎn)彎半徑硬巖全斷面隧道掘進機（TBM）在181天的掘進作業(yè)后，從寧海抽水蓄能電站工程廠房自流排水洞出洞。在直徑3.5米、長2522.4米的隧洞內(nèi)，巖壁上一環(huán)環(huán)淺淺的紋理，是TBM穿行的痕跡，也是國網(wǎng)新源公司抽水蓄能電站隧洞施工工藝的體現(xiàn)。
抽水蓄能電站的隧道洞室藏于山體內(nèi)，是電站的核心區(qū)域。洞室和通道的開挖、支護是抽水蓄能電站施工最難的部分之一。與傳統(tǒng)人工鉆爆作業(yè)相比，TBM施工技術(shù)具有安全風險低、環(huán)境影響小、自動化程度高、施工速度快、進度保證率高的優(yōu)點。
2019年，為山東文登抽水蓄能電站量身定制的超小轉(zhuǎn)彎半徑TBM研發(fā)成功并投入應用。這是我國首次將TBM施工方法引入抽水蓄能工程建設。今年1月20日，TBM從文登抽水蓄能電站運抵寧海抽水蓄能電站，重新組裝、調(diào)試后，開始應用于寧海抽水蓄能電站的建設中。“我們在TBM尾部增設了一臺儲渣礦車，在廠房排水洞外布設了兩條軌線和兩臺出渣電瓶車，實現(xiàn)洞室開挖出渣同步作業(yè)，明顯提高了掘進速率。”寧海抽水蓄能電站負責人馬明剛介紹，在廠房排水洞開挖過程中，TBM月進尺超過530.76米，單日進尺達26米，創(chuàng)下了國內(nèi)抽水蓄能行業(yè)內(nèi)的最快紀錄。
目前，國網(wǎng)新源公司在建抽水蓄能電站共有30座。該公司副總經(jīng)理路振剛說：“在建項目多，就意味著施工中有很多短洞要打，可以通過統(tǒng)一洞徑，用TBM在一個電站打完，再接著打另一個，實現(xiàn)迭代長打，這是管理突破。此外，TBM能夠?qū)崿F(xiàn)小轉(zhuǎn)彎，可以把原來上下三層獨立的洞室串到一起變成螺旋形的長洞，實現(xiàn)短洞長打，這是技術(shù)突破。”電站群的建設讓TBM利用效率更高，攤薄了單個項目成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。
國網(wǎng)新源公司積極推廣機械化施工工藝。目前，除了超小轉(zhuǎn)彎半徑TBM在推廣應用，大斷面平洞TBM、斜井TBM、可變徑TBM等系列設備應用試點和TBM施工洞室支護方案、定額編制等配套研究工作也在有序推進。針對抽水蓄能電站輸水隧洞布置特點，該公司還創(chuàng)新應用高精度定向鉆結(jié)合反井鉆進行陡傾角、長斜井開挖施工，創(chuàng)新了斜井施工新工藝。
針對傳統(tǒng)地質(zhì)災害排查預警不及時等問題，國網(wǎng)新源公司還引進了地質(zhì)災害隱患衛(wèi)星遙感排查與監(jiān)測預警系統(tǒng)，于2020年在陜西鎮(zhèn)安、重慶蟠龍抽水蓄能電站開展試點應用，實現(xiàn)對試點電站所有工程區(qū)域的實時監(jiān)測分析。今年4月，該系統(tǒng)提前13小時預警了鎮(zhèn)安抽水蓄能電站公路高邊坡塌方，不僅幫助施工人員及時撤離，也為應急處置工作爭取了寶貴時間。
在管控體系方面，國網(wǎng)新源公司以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為契機，運用“大云物移智”等技術(shù)，開展基建數(shù)字化管控系統(tǒng)建設，打造統(tǒng)一、開放、共享的基建數(shù)字化管控平臺，目前已完成33個基建數(shù)字化模塊的研發(fā)和兩級部署；在項目層面全面推廣地質(zhì)災害隱患衛(wèi)星遙感監(jiān)測、非接觸式灌漿監(jiān)控、施工用電智能監(jiān)控、工程安全監(jiān)測、質(zhì)量驗評、試驗檢測、移動巡檢等模塊，實現(xiàn)對項目建設關鍵環(huán)節(jié)的智能管控。
推動設備國產(chǎn)化 引領行業(yè)技術(shù)方向
在有“神仙居所”美譽的浙江省仙居縣，千嶂疊翠，清流湍急，風光秀美。在梧桐山下，永安溪畔，坐落著仙居抽水蓄能電站。這是我國首座自主研發(fā)、自主制造、自主安裝、自主調(diào)試的抽水蓄能電站。
抽水蓄能機組集水泵和水電機組功能于一體，正向抽水儲能，反向放水發(fā)電，其水力、機械、電氣和控制技術(shù)與常規(guī)水泵、水電機組存在本質(zhì)差別。2003年以前，我國抽水蓄能機組全部依賴進口，缺乏抽水蓄能技術(shù)研究的理論積累、開發(fā)能力和實驗研究平臺。
2003年，我國通過打捆招標和技貿(mào)結(jié)合的方式，從國外引進了30萬千瓦大型抽水蓄能機組設備的設計和制造技術(shù)。2010年，在仙居抽水蓄能電站這塊試驗田上，我國開展了40萬千瓦級抽水蓄能機組研發(fā)制造，進一步提升抽水蓄能裝備國產(chǎn)化水平。
2016年4月，仙居抽水蓄能電站1號機組成功并網(wǎng)發(fā)電，機組的核心水泵水輪機、發(fā)電機以及自動控制系統(tǒng)均擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)了40萬千瓦級抽水蓄能機組關鍵技術(shù)完全國產(chǎn)自主化。
“國產(chǎn)化道路不會一帆風順，不可能一個坑都踩不到，但我們也要蹚出一條新路，支撐國產(chǎn)化技術(shù)進步。”時任仙居抽水蓄能電站負責人姜成海說。
在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題中，我國抽水蓄能技術(shù)取得了長足的進步。位于湖南省長沙市望城區(qū)的黑麋峰抽水蓄能電站4號機組存在特定水頭限負荷運行的問題。2015年，國網(wǎng)新源公司開展該機組優(yōu)化工作。經(jīng)過32輪模型試驗、8次專題協(xié)調(diào)會，“6+6”長短葉片轉(zhuǎn)輪的優(yōu)化方案被確定下來。作為世界首臺應用“6+6”長短葉片轉(zhuǎn)輪的抽水蓄能機組，4號機組更換轉(zhuǎn)輪后，使得整個黑麋峰抽水蓄能電站的穩(wěn)定性、安全性及服務大電網(wǎng)能力都得到大幅提升。
國網(wǎng)新源公司始終將科技創(chuàng)新擺在突出重要位置，聯(lián)合有關高校、科研院所、設計院、制造廠家等單位開展攻關，歷時十余年，在抽水蓄能水泵水輪機、發(fā)電電動機、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、靜止變頻系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)及調(diào)試、運行和其他輔助裝備等方面取得全面突破。
6月份，我國首座700米級水頭抽水蓄能電站——吉林敦化抽水蓄能電站1號機組投產(chǎn)發(fā)電。工程在電站設計、制造、安裝，機組水力、電機、結(jié)構(gòu)等多方面取得了重大突破：電站設計的出線電纜為國內(nèi)最長單根無中間接頭500千伏交聯(lián)聚乙烯高壓電纜；機組額定水頭655米，最高揚程達712米，是我國首次自主研制的700米級超高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量抽水蓄能機組；發(fā)電機采用“一根軸”結(jié)構(gòu)，解決了高轉(zhuǎn)速機組擺度控制難題；推力軸承創(chuàng)新采用噴淋式冷卻方式，提高了機組效率和推力軸承的承載能力。
圍繞抽水蓄能“卡脖子”問題，國網(wǎng)新源公司加速關鍵核心技術(shù)攻關，累計獲得省部級和行業(yè)科學技術(shù)獎114項，取得專利授權(quán)2101項（其中發(fā)明專利270項）；加強技術(shù)標準布局，共承擔和參與制定、修訂國際標準2項、國家標準26項以及行業(yè)、團體、公司等標準131項，逐步引領國內(nèi)抽水蓄能行業(yè)技術(shù)方向。
保障大電網(wǎng)安全 促進新能源消納
9月6日，目前世界在建裝機規(guī)模最大的抽水蓄能電站——河北豐寧抽水蓄能電站具備倒送電條件。這座2022年北京冬奧會配套綠色能源重點工程的總裝機容量達到360萬千瓦，12臺機組全部投運后，每年可促進消納風電、太陽能發(fā)電超過87億千瓦時。
新能源發(fā)電易受天氣變化影響，出力不穩(wěn)定，需要匯集各種資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以增強整體靈活性、適應性。抽水蓄能技術(shù)成熟，具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用和黑啟動等六大功能和容量大、工況多、速度快、可靠性高、經(jīng)濟性好等五大技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，在保障大電網(wǎng)安全、促進新能源消納、提升全系統(tǒng)性能等方面發(fā)揮著重要作用。
位于遼寧丹東的蒲石河抽水蓄能電站是我國東北地區(qū)建成的第一座大型抽水蓄能電站。今年，為助力東北地區(qū)風電消納，蒲石河抽水蓄能電站響應調(diào)度指令要求，臨時啟動機組抽水516臺次；為保障東北電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，3臺機組單日最高啟動次數(shù)達到19次。
國家電網(wǎng)已經(jīng)成為全球新能源裝機規(guī)模最大、發(fā)展最快的電網(wǎng)。公司經(jīng)營區(qū)在運抽水蓄能電站28座、裝機2341萬千瓦，在建35座、裝機4853萬千瓦，保障著大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
“作為以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，抽水蓄能電站可以有效應對新能源發(fā)電的隨機性和波動性，它的雙倍調(diào)節(jié)能力能滿足新能源‘靠天吃飯’帶來的靈活調(diào)節(jié)需求。”國網(wǎng)新源公司發(fā)展部主任余賢華說，抽水蓄能電站在2～3分鐘內(nèi)便可以啟動，迅速響應電網(wǎng)需求，是當前技術(shù)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。
今年夏天，浙江省全社會最高用電負荷突破1億千瓦，創(chuàng)下新高。抽水蓄能電站面對大負荷考驗也變得“忙碌”起來。8月12日9時，華東電力調(diào)度控制分中心要求浙江桐柏抽水蓄能電站啟動3臺機組發(fā)電運行。
作為電網(wǎng)調(diào)峰的重要手段，抽水蓄能電站能夠有效調(diào)節(jié)電力生產(chǎn)、供應、使用之間的動態(tài)平衡，助力大電網(wǎng)平穩(wěn)運行。8月12日，桐柏抽水蓄能電站不再采用典型的“兩發(fā)一抽”或者“兩發(fā)兩抽”運行方式，而是增加運行頻次，采用“三發(fā)兩抽”的運行方式：在上午、下午、晚間3個用電高峰時段發(fā)電運行，中午、凌晨2個用電低谷時段抽水運行，以補充發(fā)電運行時段消耗的上水庫水量，為用電高峰期發(fā)電做好準備。
“抽水蓄能電站就像一個用水做成的大型蓄電池，利用上下水庫的落差，在電網(wǎng)負荷低谷時可將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能儲存起來，負荷高峰時再將水能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)削峰填谷。”余賢華介紹，當各地迎來較高用電負荷時，抽水蓄能電站會根據(jù)電網(wǎng)需求改變運行模式。
今年1～8月，國網(wǎng)新源公司全部抽水蓄能機組累計啟動41076次，較去年同期增長19.46%；發(fā)電量176.27億千瓦時，較去年同期增長20.92%；促進新能源電量消納162億千瓦時。
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