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一
抽水蓄能概述
抽水蓄能（Pumed hydro storage plants）是一種大規(guī)模的儲(chǔ)能方法，即通過電能-水勢(shì)能的轉(zhuǎn)化進(jìn)行能源儲(chǔ)存。抽水蓄能作為目前電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛、壽命周期最長(zhǎng)、容量最大、技術(shù)最成熟的一種儲(chǔ)能技術(shù)，其發(fā)展備受各國(guó)關(guān)注。
>>抽水蓄能技術(shù)原理及特性
1、基礎(chǔ)構(gòu)成
抽水蓄能的工作原理是利用可逆的水泵水輪機(jī)組，在電力負(fù)荷低谷時(shí)利用多余電能將下水庫中的水抽到上水庫儲(chǔ)存起來，在電力負(fù)荷高峰時(shí)放水發(fā)電。抽水蓄能電站由上下水庫、引水系統(tǒng)（高壓部分和低壓部分）、電站廠房和機(jī)組等構(gòu)成。理論來說，水量和落差越大，儲(chǔ)能就越多。
圖 抽水蓄能電站構(gòu)成
按照地理位置、結(jié)構(gòu)、功能等的不同，抽水蓄能電站可以分為各種不同的類型。按開發(fā)方式劃分，可分為純抽水蓄能電站和混合式抽水蓄能電站。按調(diào)節(jié)周期劃分，可分為日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。抽水蓄能技術(shù)主要包括以下幾方面。
（1）施工技術(shù)
信息化管理系統(tǒng)：通過信息化系統(tǒng)對(duì)整個(gè)建設(shè)過程進(jìn)行質(zhì)量、安全、進(jìn)度的跟蹤，管理電站的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)等的全過程。
隧洞機(jī)械掘進(jìn)施工技術(shù)：可以用于地下坑道、隧洞的開挖，特點(diǎn)是可以一次性快速開挖成型，沒有爆破震動(dòng)，進(jìn)而降低對(duì)圍巖的影響，減少襯砌量，縮短施工時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)性。
噴錨支護(hù)等柔性支護(hù)技術(shù)：經(jīng)濟(jì)效益和邊坡穩(wěn)定效果顯著，隨挖隨支與基坑開挖同時(shí)進(jìn)行。特點(diǎn)是適用性廣、及時(shí)、快速、不占獨(dú)立工期、可以減小占用的施工場(chǎng)地。
另外，還有發(fā)展應(yīng)用已經(jīng)較為成熟的全庫盆的瀝青混凝土面板防滲、適用于水庫岸邊的鋼筋混凝土面板防滲技術(shù)、混凝土岔管高HD值技術(shù)（設(shè)計(jì)水頭H與直徑D的乘積HD值超過6000 mm）等。
（2）機(jī)電制造技術(shù)
長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪技術(shù)：與普通的葉片轉(zhuǎn)輪技術(shù)相比，可以提高全部運(yùn)行范圍內(nèi)水輪機(jī)的效率，減少部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的壓力脈動(dòng)，改善水泵進(jìn)口處空化特性，減小出力范圍內(nèi)的振動(dòng)。
高水頭、大容量水泵水輪機(jī)：抽水蓄能電站揚(yáng)程越高，落差越大，儲(chǔ)能越多，可利用的水能越大，且單位千瓦越低，綜合經(jīng)濟(jì)性越好。
可變速機(jī)組：抽水蓄能電站上下水庫水位在工作中會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)電最佳效率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速也呈動(dòng)態(tài)改變，從而產(chǎn)生了對(duì)抽水蓄能機(jī)組可變速運(yùn)行的需求。
（3）特殊抽水蓄能電站技術(shù)
海水、高寒、水泵水輪機(jī)短路運(yùn)行技術(shù)等。
2、可變速抽水蓄能技術(shù)
（1）原理、分類及特性
風(fēng)電、光伏等可再生能源的大規(guī)模利用及在電網(wǎng)中所占比例的增加，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)，尤其是夜間頻率控制。另外，當(dāng)工作在發(fā)電模式時(shí)，抽水蓄能電站上下水庫水位同時(shí)發(fā)生變化，水頭變化較大。而水頭不同時(shí)，發(fā)電最佳效率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速也不同。故產(chǎn)生了抽水蓄能機(jī)組的可變速運(yùn)行的需求。
除了定速抽水蓄能機(jī)組的作用之外，可變速抽水蓄能機(jī)組還具有以下優(yōu)勢(shì)：提供系統(tǒng)自動(dòng)控制容量，適應(yīng)更寬水頭范圍提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)有功功率的高速調(diào)節(jié)，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以使用變頻裝置進(jìn)行水泵工況啟動(dòng)，優(yōu)化土建工程的設(shè)計(jì)。
抽水蓄能電站可變速機(jī)組的變速方式分為2種，一種是分檔變速（一般為兩檔），包括變極變速和雙轉(zhuǎn)子雙定子變速等，目前應(yīng)用較多、發(fā)展較快的是另一種連續(xù)調(diào)速方式，包括雙饋?zhàn)冾l調(diào)速和全功率變頻調(diào)速。
（2）雙饋方式實(shí)現(xiàn)及控制
采用雙饋可變速技術(shù)的抽水蓄能電站，不僅可以快速單獨(dú)調(diào)節(jié)有功功率和無功功率來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)的柔性連接，提高發(fā)電效率，還可以有效控制電網(wǎng)負(fù)荷頻率，并平衡可再生能源引起的頻率波動(dòng)，改善電能質(zhì)量。有效控制電力系統(tǒng)中電壓失穩(wěn)、低頻振蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定控制能力。同時(shí)，利用可變速機(jī)組的無功調(diào)節(jié)能力，還可以維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。目前已有大量雙饋方式的可變速抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。
（3）全功率方式實(shí)現(xiàn)及控制
同為連續(xù)調(diào)速可變速技術(shù)，相對(duì)于雙饋可變速抽水蓄能電站，基于全功率變流器（full-size converter，F(xiàn)SC）和同步電機(jī)的可變速抽水蓄能電站得到研究和關(guān)注的原因主要有：
1）三相交流勵(lì)磁轉(zhuǎn)子組成的大容量雙饋可變速抽水蓄能機(jī)組的轉(zhuǎn)子和啟動(dòng)程序較為復(fù)雜，多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)存在附加損耗、噪聲和可靠性問題。
2）FSC將發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)完全隔離，電機(jī)調(diào)速范圍更寬，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的完全調(diào)節(jié)。
3）不管是設(shè)計(jì)安裝新的電站，還是改裝現(xiàn)有的抽水蓄能電站，F(xiàn)SC機(jī)組都具有一定的優(yōu)勢(shì)。
4）將普通的抽水蓄能機(jī)組改裝為全功率機(jī)組時(shí)，抽水蓄能電站的主要投資僅增加了2%~4%。同時(shí)還可以降低水輪機(jī)的摩擦損耗，減少水流對(duì)水輪機(jī)的損壞，從而增長(zhǎng)機(jī)組的維修周期，降低維修時(shí)消耗的人力、物力和財(cái)力。
FSC可變速抽水蓄能機(jī)組可以補(bǔ)償可再生能源引起的功率波動(dòng)，可在含大規(guī)模可再生能源的電力系統(tǒng)控制中發(fā)揮作用。隨著控制技術(shù)的快速發(fā)展和電力電子器件價(jià)格的降低，傳統(tǒng)抽水蓄能行業(yè)的新時(shí)代特性將會(huì)得到進(jìn)一步挖掘，全功率變流器將會(huì)得到更深入的研究。
3、特殊抽水蓄能技術(shù)
（1）海水抽水蓄能技術(shù)
隨著沿海核電、海上風(fēng)電、太陽能、海上潮流能、潮汐能等新能源的大規(guī)模發(fā)展，以及溫室效應(yīng)的加劇和淡水資源的短缺，海水抽水蓄能電站可以幫助維持電力系統(tǒng)有功功率和無功功率的平衡，構(gòu)建安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)清潔的沿海能源供應(yīng)體系。
海水抽水蓄能電站面臨的主要問題：1）上庫防滲效果和海水對(duì)地表及地下水污染的評(píng)價(jià)；2）海水中有機(jī)物質(zhì)對(duì)管道及水輪機(jī)的粘附作用以及由此造成發(fā)電和抽水效率降低的評(píng)價(jià)；3）在高壓和高速水流作用下海水對(duì)金屬材料的腐蝕作用；4）在高海浪情況下，管道進(jìn)出口海水的輸入和排泄的不穩(wěn)定性對(duì)發(fā)電出力的影響；5）上庫海水因臺(tái)風(fēng)等風(fēng)力作用而飄到水庫周圍，對(duì)植物、動(dòng)物及其他生物的影響；6）對(duì)生息在下庫出口周圍的珊瑚及其他有機(jī)生物的影響。
電站建設(shè)過程中關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方案：1）上池采用防水性能好的EPDM（ethylene propylene diene monomers）橡膠板襯砌防滲。2）排水管采用防腐性能好的環(huán)氧樹脂噴涂鋼筋混凝土管，排水口則采用具有良好耐磨和耐腐蝕性的特殊陶瓷噴涂材料。3）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)流葉片采用耐氣蝕和耐腐蝕的特殊不銹鋼材料，大規(guī)模采用雙向纏繞結(jié)構(gòu)的纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料（FBP）可達(dá)到預(yù)期效果。4）電氣防腐蝕裝置。采用防腐蝕電流可調(diào)的外加電源，分為陰極法和陽極法兩種，并設(shè)置氯氣排放裝置來防止海水電解產(chǎn)生的氯氣破壞不銹鋼鈍化膜。5）采用可變速的抽水發(fā)電系統(tǒng)，以適應(yīng)發(fā)電和抽水情況高效轉(zhuǎn)換。6）及時(shí)檢測(cè)和分析周圍海水濃度和動(dòng)植物群生長(zhǎng)狀況。
（2）高寒地區(qū)抽水蓄能技術(shù)
在風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)之前，甘肅、新疆等地已經(jīng)出現(xiàn)因?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)峰能力不足而制約風(fēng)電消納的情況，今后更大規(guī)模的風(fēng)電、光電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰能力的要求將更高，因此，在這些地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站已變得十分必要。
西北大部分地區(qū)海拔高，新疆、青海、甘肅抽水蓄能電站基本位于海拔2000~3500m高程。因此，高寒地區(qū)的抽水蓄能電站需克服困難、依據(jù)具體情況來改進(jìn)。保證過機(jī)含沙量不超標(biāo)、保證電站發(fā)電用水及冰凍期電站安全運(yùn)行是西北地區(qū)抽水蓄能電站設(shè)計(jì)中需要解決的重要問題。
解決方案：1）預(yù)防措施，做好選點(diǎn)規(guī)劃工作，盡可能將電站位置定在日照長(zhǎng)的陽坡坡面，并在選擇渠線時(shí)盡量順直。每年冬季來臨之前對(duì)進(jìn)水口攔污柵進(jìn)行徹底清理，提出副攔污柵并鎖于平臺(tái)上以減少冰凌掛在攔污柵上的機(jī)會(huì)，減緩攔污柵掛冰的速度。嚴(yán)格控制庫區(qū)水位在規(guī)定區(qū)間內(nèi)變化，防止冰面上漲造成冰面與壩面底部封死或冰面下降造成庫區(qū)涌冰。2）引水渠口與渠道結(jié)合處，增加設(shè)置一個(gè)滑冰隔離板，使上游的冰塊在流入引水渠口前，就被滑冰板隔離到主干河道沖至攔河壩以下，使引水渠只進(jìn)水不進(jìn)冰。3）為保證發(fā)電用水，設(shè)計(jì)中考慮水損備用庫容。保證過機(jī)含沙量滿足要求的主要措施是建攔沙壩。4）加強(qiáng)建設(shè)管理和運(yùn)行管理，建立完善的建設(shè)運(yùn)行管理機(jī)制。
（3）混合式抽水蓄能技術(shù)
混合式抽水蓄能電站是指結(jié)合常規(guī)水電站開發(fā)抽水蓄能電站，既可以在常規(guī)水電站建設(shè)的同時(shí)一并開發(fā)建設(shè)，也可在已建成的常規(guī)水電站上進(jìn)行擴(kuò)建或續(xù)建。
混合式抽水蓄能電站主要有以下幾大優(yōu)勢(shì)：1）節(jié)省工程投資；2）能量轉(zhuǎn)換效益最大化；3）常規(guī)機(jī)組和蓄能機(jī)組可聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行；4）優(yōu)化常規(guī)梯級(jí)水電站水庫調(diào)度運(yùn)行。
（4）水泵水輪機(jī)短路運(yùn)行抽水蓄能技術(shù)
基于定速機(jī)組和水泵水輪機(jī)短路運(yùn)行（hydraulic shortcircuit operation）方式的抽水蓄能技術(shù)，省去了工況轉(zhuǎn)換和機(jī)組的啟停過程，同時(shí)運(yùn)行在發(fā)電和電動(dòng)模式下，靈活可靠，更方便地隨著電網(wǎng)的功率波動(dòng)而進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)抽水蓄能電站有一臺(tái)機(jī)組時(shí)，該機(jī)組同時(shí)運(yùn)行在發(fā)電模式和電動(dòng)模式。當(dāng)抽水蓄能電站有多臺(tái)機(jī)組時(shí)，可以使一部分機(jī)組運(yùn)行在發(fā)電模式，一部分機(jī)組運(yùn)行在電動(dòng)模式。
>>抽水蓄能在新型電力系統(tǒng)中的作用
推動(dòng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，新能源將逐漸成為電源主體，電力電子設(shè)備大量應(yīng)用，系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)、控制基礎(chǔ)和運(yùn)行機(jī)理將發(fā)生深刻變化，面臨的復(fù)雜性和不確定性大幅提升，電力電量平衡、安全穩(wěn)定控制等將面臨前所未有的挑戰(zhàn)。因此，新形勢(shì)下，以新能源供給為主體，增強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和可靠供電，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要解決的主要矛盾。
在新型電力系統(tǒng)中，抽水蓄能的作用發(fā)揮將更加全面和突出，主要體現(xiàn)在“六應(yīng)對(duì)、六提升”：
有效應(yīng)對(duì)高比例新能源為電力系統(tǒng)帶來的潛在安全影響，提升電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能力；有效應(yīng)對(duì)高比例新能源帶來的系統(tǒng)調(diào)峰困難，提升電力系統(tǒng)大容量調(diào)峰能力；有效應(yīng)對(duì)高比例新能源的隨機(jī)性和波動(dòng)性，提升電力系統(tǒng)快速調(diào)節(jié)能力；有效應(yīng)對(duì)高比例新能源出力與電力系統(tǒng)負(fù)荷需求不匹配，提升新能源利用水平；有效應(yīng)對(duì)高比例新能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足，提升電力系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力；有效應(yīng)對(duì)高比例新能源上網(wǎng)帶來的高調(diào)節(jié)成本問題，提升電力系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性。
總體來看，抽水蓄能作為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，是新型電力系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電源的主體、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵支撐、新能源大規(guī)模發(fā)展的重要保障。
二
國(guó)內(nèi)外抽水蓄能發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
>>國(guó)外抽水蓄能發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
1、發(fā)展歷程概覽
（1）抽水蓄能電站發(fā)展起步階段
瑞士蘇黎世奈特拉電站是第一座抽水蓄能電站，于1882年正式落成。截至1950年底，全世界建成抽水蓄能電站31座，總裝機(jī)容量約1300MW(部分混合式電站按泵工況最大入力統(tǒng)計(jì))，主要分布在瑞士、意大利、德國(guó)、奧地利、捷克、法國(guó)、西班牙、美國(guó)、巴西、智利和日本。
（2）20世紀(jì)50年代~60年代
20世紀(jì)50年代是抽水蓄能電站開始迅速發(fā)展的起步階段，到1960年全世界抽水蓄能電站裝機(jī)容量3420MW。20世紀(jì)60年代年均增長(zhǎng)1259MW，到60年代后期，美國(guó)抽水蓄能裝機(jī)容量躍居世界第一，并保持20多年。
（3）20世紀(jì)70年代~80年代
20世紀(jì)70年代和80年代為發(fā)展黃金時(shí)期，年均增長(zhǎng)率分別達(dá)到11.26%和6.45%。到1990年底，全世界抽水蓄能電站裝機(jī)容量增至86879MW，已占總裝機(jī)容量的3.15%。
（4）20世紀(jì)90年代
進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度有所放慢，抽水蓄能電站建設(shè)年均增長(zhǎng)率從80年代的6.45%猛降至2.75%，到2000年全世界抽水蓄能電站裝機(jī)容量達(dá)到114000MW。進(jìn)入90年代，日本后來居上，超過美國(guó)成為抽水蓄能電站裝機(jī)容量最大的國(guó)家。
（5）2000年~2020年
進(jìn)入21世紀(jì)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增速放緩，抽水蓄能電站的建設(shè)規(guī)模有限。隨著亞洲國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度提升，特別是中國(guó)、韓國(guó)和印度，電力需求旺盛，對(duì)抽水蓄能電站的需求增加迅猛。2017年中國(guó)超越了日本達(dá)到28490MW，成為全世界抽水蓄能電站規(guī)模最大的國(guó)家。
2、主要國(guó)家抽蓄電站發(fā)展現(xiàn)狀
總體來看，目前國(guó)外在運(yùn)的抽水蓄能電站中，歐美80%以上是在上世紀(jì)60到90年代之間投產(chǎn)的，主要功能是配合核電運(yùn)行。本世紀(jì)以來，歐洲抽水蓄能的發(fā)展略有增長(zhǎng)，主要為應(yīng)對(duì)上世紀(jì)90年代和本世紀(jì)初能源需求的增加，以及風(fēng)電、光伏等波動(dòng)性電源的高速發(fā)展。
（1）日本
在日本，電網(wǎng)充分利用抽水蓄能機(jī)組實(shí)現(xiàn)削峰填谷，抽水蓄能電站的調(diào)峰、調(diào)頻、填谷、緊急事故備用以及經(jīng)濟(jì)性蓄水等性能都得到了較好的發(fā)揮。截至2019年底，日本抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模為27.6GW，位居世界第二。
（2）英國(guó)
在英國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，抽水蓄能發(fā)電已有一百多年歷史，其技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)且發(fā)電量大，是目前英國(guó)普遍應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)。英國(guó)抽水蓄能電站相對(duì)于燃?xì)怆娬救萘枯^小，主要承擔(dān)尖峰負(fù)荷、容量備用等任務(wù)。目前英國(guó)已經(jīng)形成發(fā)、售電市場(chǎng)全面競(jìng)爭(zhēng)體制，已建成較為成熟的電力交易市場(chǎng)，因此其抽水蓄能電站無需被動(dòng)接受電網(wǎng)公司調(diào)度指令，可以自由參與市場(chǎng)交易競(jìng)爭(zhēng)。
（3）美國(guó)
美國(guó)大部分抽水蓄能電站建設(shè)于1960～1990年之間，仍在運(yùn)行的抽水蓄能電站中近一半建于上世紀(jì)70年代。近幾年間，美國(guó)對(duì)抽水蓄能建設(shè)的興趣顯著增長(zhǎng)。如今，美國(guó)多個(gè)州正在關(guān)注發(fā)展抽水蓄能的可能性，2026年前加州將新增約1GW的抽水蓄能或類似的長(zhǎng)期儲(chǔ)能資源。此外，美國(guó)抽水蓄能電站的地域范圍也在不斷擴(kuò)大，賓夕法尼亞州、弗吉尼亞州、懷俄明州、俄克拉荷馬州、俄亥俄州、紐約州都在探索新項(xiàng)目。
>>國(guó)內(nèi)抽水蓄能發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
1、發(fā)展歷程概覽
我國(guó)抽水蓄能電站的發(fā)展歷程大致可以分為4個(gè)階段：探索與試驗(yàn)階段，總結(jié)與提高階段，快速發(fā)展階段，謹(jǐn)慎發(fā)展階段。
（1）探索與試驗(yàn)階段
1968年，我國(guó)首次在河北崗南水庫安裝了1臺(tái)從日本引進(jìn)的容量為11 MW的抽水蓄能機(jī)組，1972年在北京密云水庫安裝了2臺(tái)單機(jī)容量為12 MW的國(guó)產(chǎn)抽水蓄能機(jī)組。但由于調(diào)度和機(jī)組質(zhì)量問題，加之水頭低、容量小，這些機(jī)組并未受到電網(wǎng)的重視。1984年開工、1992年投產(chǎn)的潘家口抽水蓄能電站，安裝了3臺(tái)單機(jī)容量90 MW的可變速抽水蓄能機(jī)組，在電網(wǎng)中發(fā)揮了重要作用，抽水蓄能電站首次得到電網(wǎng)的認(rèn)可和重視。
（2）總結(jié)與提高階段
1980年以后，隨著核電的發(fā)展，尤其是廣東大亞灣核電站和浙江秦山核電站的建設(shè)，催生了廣州抽水蓄能電站和天荒坪抽水蓄能電站的建設(shè)。通過這2個(gè)電站的建設(shè)，培養(yǎng)了一批設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和業(yè)主高素質(zhì)工程建設(shè)人才，為下一步抽水蓄能電站的迅速發(fā)展積累了經(jīng)驗(yàn)。
（3）快速發(fā)展階段
快速發(fā)展階段以成立抽水蓄能專業(yè)運(yùn)營(yíng)公司，即國(guó)家電網(wǎng)公司成立國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，南方電網(wǎng)公司成立調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司為標(biāo)志。這2家發(fā)電公司專門建設(shè)、運(yùn)營(yíng)抽水蓄能電站，為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相等輔助服務(wù)。
（4）謹(jǐn)慎發(fā)展階段
“十三五”以來，中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，由高速發(fā)展階段轉(zhuǎn)為中低速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)由外延型增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)涵式增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)對(duì)電力的需求減緩。一批抽水蓄能電站建成后一直處于虧損狀態(tài)，引起運(yùn)營(yíng)公司的警惕。抽水蓄能電站建設(shè)進(jìn)入謹(jǐn)慎發(fā)展階段。
值得一提的是，在新型電力系統(tǒng)建設(shè)的大背景下，隨著2021年9月國(guó)家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》，提出抽水蓄能2030年和2035年的裝機(jī)目標(biāo)，抽水蓄能發(fā)展將進(jìn)入新階段，即將迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)。
2、國(guó)內(nèi)在運(yùn)和在建抽水蓄能情況
截至2020年，我國(guó)抽水蓄能電站投運(yùn)總裝機(jī)規(guī)模3179萬千瓦，在建總裝機(jī)規(guī)模5243萬千瓦。國(guó)內(nèi)在運(yùn)和在建抽水蓄能情況如表1、2所示。
表1 國(guó)內(nèi)在運(yùn)抽蓄電站（截至2020年底，來源：水利水電資料庫）
表2 國(guó)內(nèi)在建抽水蓄能電站（截至2020年底，來源：水利水電資料庫）
3、抽水蓄能機(jī)組設(shè)備國(guó)產(chǎn)化歷程
（1）初步探索階段
二十世紀(jì)八九十年代，我國(guó)十三陵、廣蓄、天荒坪等大型抽水蓄能機(jī)組完全依賴國(guó)外進(jìn)口。21世紀(jì)初，哈爾濱電機(jī)廠責(zé)任有限公司（以下簡(jiǎn)稱哈電）通過回龍（2×60MW）、白山（2×150MW）等抽水蓄能項(xiàng)目，引進(jìn)美國(guó)GE公司、日本日立公司等設(shè)計(jì)成果和關(guān)鍵技術(shù)，開始了我國(guó)抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)制造的早期探索。
（2）技術(shù)引進(jìn)階段
2003年4月，國(guó)家發(fā)展改革委實(shí)施“引進(jìn)技術(shù)、合作生產(chǎn)”的扶持政策，啟動(dòng)了抽水蓄能機(jī)組設(shè)備國(guó)產(chǎn)化工作。此階段機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的技術(shù)引進(jìn)使我國(guó)抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)制造能力得到質(zhì)的提升。
（3）消化吸收階段
在技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，國(guó)家發(fā)展改革委將蒲石河（4×300MW）、黑麋峰（4×300MW）、呼和浩特（4×300MW）三座抽水蓄能電站作為機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的依托項(xiàng)目，堅(jiān)持“國(guó)內(nèi)負(fù)責(zé)、‘必要時(shí)’國(guó)外支持”的國(guó)產(chǎn)化原則。三座抽水蓄能電站于2015年全部投產(chǎn)運(yùn)行，此階段機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的消化吸收使我國(guó)具備了獨(dú)立成套研制大型抽水蓄能機(jī)組的技術(shù)能力。
（4）自主研發(fā)階段
2007年，國(guó)家發(fā)改委將響水澗（4×250MW）、仙游（4×300MW）、溧陽（6×250MW）三座抽水蓄能電站作為機(jī)組自主研發(fā)的依托項(xiàng)目，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)主機(jī)設(shè)備制造商已經(jīng)掌握大型抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)制造的核心技術(shù)，打破了機(jī)組及成套設(shè)備制造技術(shù)的國(guó)外壟斷。
（5）成熟應(yīng)用階段
隨著我國(guó)抽水蓄能機(jī)組裝機(jī)容量的快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)主機(jī)設(shè)備制造商已經(jīng)積累了豐富的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)技術(shù)引進(jìn)的大部分內(nèi)容進(jìn)行了完善和二次開發(fā)，在高起點(diǎn)上進(jìn)行再創(chuàng)新，初步具備了與福伊特、東芝、安德里茨等國(guó)外強(qiáng)手同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的能力。
4、國(guó)內(nèi)抽水蓄能裝備制造前沿動(dòng)態(tài)
經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為全球抽水蓄能規(guī)模最大的國(guó)家。在國(guó)家政策的支持下，近幾年來我國(guó)抽水蓄能裝備的突破主要體現(xiàn)在以下方面。
（1）破解世界難題的水泵水輪機(jī)技術(shù)
抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)水頭高，且啟停機(jī)工況復(fù)雜，對(duì)水輪機(jī)各部件的剛強(qiáng)度及抗疲勞性能要求嚴(yán)格。為此，以哈電電機(jī)、東方電機(jī)為代表的我國(guó)電力裝備制造企業(yè)，在研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造過程中開展了大量的創(chuàng)新工作。
國(guó)內(nèi)電力裝備制造企業(yè)的一系列技術(shù)創(chuàng)新，提高了機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了高效率和高穩(wěn)定性兼顧，特別在高水頭抽水蓄能電站機(jī)組上采用了新的控制策略，縮短了水泵水輪機(jī)發(fā)電工況啟動(dòng)并網(wǎng)時(shí)間，成功攻克了水頭變幅大的水泵水輪機(jī)并網(wǎng)困難的世界性技術(shù)難題。
（2）發(fā)電電動(dòng)機(jī)技術(shù)持續(xù)突破
發(fā)電電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)從電磁設(shè)計(jì)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、絕緣系統(tǒng)研究、軸承技術(shù)開發(fā)、剛強(qiáng)度及穩(wěn)定性分析技術(shù)研發(fā)等角度取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。
在電磁性能技術(shù)研究上，我國(guó)擁有行業(yè)通用的Ansoft、Magnet、Flux及Simsen等電磁場(chǎng)及電磁暫態(tài)仿真軟件；同時(shí)我國(guó)有具有世界先進(jìn)水平的試驗(yàn)設(shè)備和國(guó)家級(jí)大型水電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心。此外，還擁有大型水輪發(fā)電機(jī)電磁結(jié)構(gòu)及性能實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、分?jǐn)?shù)極路比繞組抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)樣機(jī)及抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)物理仿真系統(tǒng)等，能夠?qū)罄m(xù)抽蓄項(xiàng)目的研發(fā)提供有效模擬支撐。
在絕緣性能技術(shù)研究領(lǐng)域，哈電電機(jī)等國(guó)內(nèi)企業(yè)擁有國(guó)內(nèi)容量最大、精度最高的定子線棒冷熱循環(huán)裝置，能夠保證定子線棒擁有良好的熱穩(wěn)定性；具備電熱老化實(shí)驗(yàn)、耐環(huán)境溫度、防潮、防鹽霧等試驗(yàn)?zāi)芰Α４送?，在高電壓等?jí)及高海拔環(huán)境的絕緣技術(shù)方面，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)未來大容量、高轉(zhuǎn)速抽蓄項(xiàng)目的研發(fā)提供了有力支撐。
在通風(fēng)冷卻技術(shù)研究方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)擁有專業(yè)的冷卻技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，應(yīng)用國(guó)際通用的Fluent、CFX、Flowmaster等流體及熱分析軟件進(jìn)行電機(jī)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分析，能夠有效解決電機(jī)冷卻技術(shù)研究問題。
在軸承技術(shù)研究方面，自寶泉、惠州、白蓮花等抽水蓄能機(jī)組技術(shù)引進(jìn)開始，哈電電機(jī)和東方電機(jī)就展開了對(duì)蓄能機(jī)組雙向推力軸承的瓦面材料、支撐結(jié)構(gòu)、性能計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)方法的研究，經(jīng)過30余年發(fā)展，各項(xiàng)研究?jī)?nèi)容已經(jīng)逐漸成熟并取得了豐碩成果。
（3）其他裝備和技術(shù)
與此同時(shí)，隨著近年來技術(shù)改造及信息化進(jìn)程的加速，國(guó)內(nèi)的工藝裝備發(fā)生了質(zhì)的變化。以哈電電機(jī)為代表的國(guó)內(nèi)公司早已配備了功能強(qiáng)勁的下料、熱處理、成型設(shè)備，類別齊全、加工范圍寬廣的系列冷加工設(shè)備，數(shù)控精大稀金屬切削設(shè)備，全自動(dòng)數(shù)控加工中心、焊接機(jī)器人，以及為制造定子線棒、磁極部件、磁軛沖片等關(guān)鍵工件的專用加工設(shè)備。
經(jīng)過近二十年的高速發(fā)展，中國(guó)抽水蓄能機(jī)組裝備制造水平持續(xù)躍升、制造成就令人矚目，能夠承擔(dān)單機(jī)容量450兆瓦的抽水蓄能機(jī)組的設(shè)計(jì)和制造，水頭范圍覆蓋到800米，轉(zhuǎn)輪直徑最大可達(dá)7米，轉(zhuǎn)速?gòu)?00轉(zhuǎn)每分鐘到750轉(zhuǎn)每分鐘，實(shí)現(xiàn)了單級(jí)水泵水輪發(fā)電機(jī)組水頭全覆蓋、轉(zhuǎn)速全覆蓋、容量全覆蓋，為“雙碳目標(biāo)”的實(shí)施提供強(qiáng)有力的裝備制造支持。
可以預(yù)見，隨著抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃的落實(shí)實(shí)施，我國(guó)抽水蓄能技術(shù)和裝備制造水平將進(jìn)一步躍升。
