中國儲能網(wǎng)訊：在我國抽水蓄能行業(yè)發(fā)展初期，抽水蓄能技術(shù)被國外壟斷。經(jīng)過多年發(fā)展，我國探索出了一條自主創(chuàng)新發(fā)展之路，抽水蓄能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)和成套設(shè)備實(shí)現(xiàn)從無到有、由弱到強(qiáng)的根本性跨越。
技術(shù)發(fā)展
2003年之前，我國抽水蓄能機(jī)組及其輔助機(jī)電設(shè)備全部依賴進(jìn)口，之后，我國以工程為依托，不斷攻克機(jī)組及控制設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)，形成擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，研制出大型抽水蓄能機(jī)組及成套設(shè)備。
信息技術(shù)和機(jī)電技術(shù)的進(jìn)步，推動抽水蓄能機(jī)電技術(shù)不斷發(fā)展，變速抽水蓄能機(jī)組、中小容量抽水蓄能機(jī)組、海水蓄能機(jī)組、更大容量更高水頭蓄能機(jī)組、智能化抽水蓄能機(jī)組的技術(shù)發(fā)展是抽水蓄能機(jī)電技術(shù)發(fā)展的重要方向。
主要設(shè)備
●水泵水輪機(jī)
水泵水輪機(jī)是集水泵和水輪機(jī)兩種相反功能于一體的特殊水力機(jī)械，是抽水蓄能機(jī)組的重要組成部分和能量轉(zhuǎn)換核心。
隨著水力設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，水泵水輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率大幅提升。近期研制的水泵水輪機(jī)在抽水工況和發(fā)電工況的最優(yōu)效率均能達(dá)到92%以上，我國最新投產(chǎn)的機(jī)組達(dá)到94%。
抽水蓄能機(jī)組有多種型式，由于混流式水泵水輪機(jī)具有應(yīng)用水頭范圍廣、單機(jī)容量大、經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合優(yōu)勢突出等特點(diǎn)，成為目前世界上應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最先進(jìn)的機(jī)型，代表著大型、超大型抽水蓄能機(jī)組的發(fā)展方向。
主軸是水泵水輪機(jī)與發(fā)電電動機(jī)的連接部件，上端連接發(fā)電電動機(jī)軸，下端連接水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其作用是傳遞機(jī)組轉(zhuǎn)矩。由于抽水蓄能機(jī)組雙向旋轉(zhuǎn)，水泵水輪機(jī)主軸的使用條件遠(yuǎn)比常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組主軸復(fù)雜。
發(fā)電電動機(jī)是抽水蓄能電站實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的核心設(shè)備，因其在發(fā)電工況時作發(fā)電機(jī)使用，在抽水工況時作電動機(jī)使用，故稱發(fā)電電動機(jī)。與單一功能的水輪發(fā)電機(jī)相比，發(fā)電電動機(jī)具有大容量、高轉(zhuǎn)速、雙向旋轉(zhuǎn)、頻繁啟停、過渡過程復(fù)雜、設(shè)計制造難度大，需要專門啟動措施等特點(diǎn)和難點(diǎn)。
●大型變速抽水蓄能機(jī)組核心控制設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究
創(chuàng)新成果
隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電快速增加，對電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提出更高要求。變速抽水蓄能機(jī)組可為電力系統(tǒng)提供更靈活可靠的熱備用和旋轉(zhuǎn)備用電能，提高新能源消納水平和電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。
國網(wǎng)新源公司聯(lián)合南瑞集團(tuán)、中國電科院、許繼集團(tuán)等單位，對大型變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁、調(diào)速器、繼電保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)開展了關(guān)鍵技術(shù)研究和設(shè)備研制。提出一種交流勵磁多支路并聯(lián)系統(tǒng)的混合控制策略，形成變速抽水蓄能機(jī)組多工況運(yùn)行轉(zhuǎn)換控制流程，攻克了變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁與調(diào)速器之間的協(xié)調(diào)控制問題。
通過這一研究，我國掌握了變速抽水蓄能機(jī)組核心控制設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)，推動了變速抽水蓄能機(jī)組自主化工程應(yīng)用進(jìn)程。
●700米級350兆瓦抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究
隨著新技術(shù)、新材料、新工藝在抽水蓄能機(jī)組的廣泛應(yīng)用，開發(fā)高水頭、大容量、高轉(zhuǎn)速機(jī)組是目前行業(yè)的發(fā)展趨勢，也是打破國外壟斷、掌握關(guān)鍵核心技術(shù)的必由之路。
國網(wǎng)新源吉林敦化抽水蓄能有限公司聯(lián)合清華大學(xué)、河海大學(xué)等國內(nèi)高校聯(lián)合攻關(guān)，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了700米級350兆瓦抽水蓄能機(jī)組的完全自主研發(fā)、設(shè)計和制造。發(fā)電機(jī)采用“一根軸”結(jié)構(gòu)，成功解決了高轉(zhuǎn)速機(jī)組擺度控制難題。推力軸承創(chuàng)新采用噴淋式冷卻方式，既提高了機(jī)組效率，還提高了推力軸承的承載能力，使高速雙向軸承運(yùn)行更加安全。采用直筋機(jī)座+斜支臂結(jié)構(gòu)、阻尼環(huán)內(nèi)連接結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)，為后續(xù)高水頭大容量抽水蓄能電站工程提供了重要的參考和借鑒。
●TBM施工關(guān)鍵技術(shù)研究
抽水蓄能電站地下隧洞群目前主要采用鉆爆、反井鉆、爬罐法開挖，安全風(fēng)險高、施工工期長、作業(yè)面環(huán)境差，容易引發(fā)安全生產(chǎn)事故。國網(wǎng)新源公司大力推廣以多類型硬巖隧道全斷面掘進(jìn)機(jī)（TBM）為代表的機(jī)械化施工設(shè)備，在國內(nèi)率先將TBM施工方法引入抽水蓄能電站工程建設(shè)，并提出了適合TBM施工的抽水蓄能電站平洞、斜井等建筑物設(shè)計理念，統(tǒng)一了不同電站功能相近隧洞的開挖斷面型式和尺寸。
來源：國網(wǎng)新源公司、《國家電網(wǎng)報》《抽水蓄能機(jī)組及其輔助設(shè)備技術(shù)》（中國電力出版社出版）
