中國儲能網(wǎng)訊：科技創(chuàng)新推動高質(zhì)量發(fā)展
山水之間，綠能涌動。伴隨風能、太陽能等新能源的快速發(fā)展，儲能迎來新的發(fā)展機遇。抽水蓄能作為目前最成熟、經(jīng)濟、清潔的儲能技術，在構建新型電力系統(tǒng)、促進能源結構綠色低碳轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標中發(fā)揮著重要作用。國家電網(wǎng)堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，深化產(chǎn)學研用聯(lián)合攻關，不斷突破技術難題，加快推動國產(chǎn)化設備應用，促進抽水蓄能高質(zhì)量發(fā)展。
創(chuàng)新工藝耀明珠
“凌霄山色接空靈，點點晴嵐列翠屏?！碧幨顒傔^，位于膠東半島東部的昆崳山依舊綠樹成蔭，風景秀麗。群峰環(huán)繞之中，國網(wǎng)新源山東文登抽水蓄能電站與周圍的自然風光融為一體。
8月28日，文登抽水蓄能電站5號機組正式投入商業(yè)運行，為山東電網(wǎng)再添30萬千瓦調(diào)節(jié)電源支撐。該電站共安裝6臺30萬千瓦抽水蓄能機組，總裝機容量180萬千瓦。
沿著山東威海千里山海自駕游公路西部環(huán)山路的一號公路行駛，不多時就到達了位于昆崳山最高峰泰礴頂東南側(cè)的電站上水庫。極目遠眺，山腳處的下水庫與昆崳山水庫相連，波光粼粼。
抽水蓄能電站是水電工業(yè)“皇冠上的明珠”，它利用上、下兩個水庫之間的高度落差，在用電低谷時，利用電能將下水庫的水抽到上水庫儲存起來；在用電高峰時，將上水庫的水放出，把水的勢能轉(zhuǎn)化為電能，相當于電網(wǎng)的“綠色充電寶”。
膠東半島風、光資源豐富，是新能源富集地。作為山東省目前裝機規(guī)模最大、膠東地區(qū)首座抽水蓄能電站，文登抽水蓄能電站積極探索新技術、新工藝、新設備應用，高效推進電站建設，更好地服務電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)需求。
文登抽水蓄能電站的上水庫大壩是國內(nèi)首座采用耐堿玻璃纖維增強復合筋替代鋼筋的面板堆石壩，開創(chuàng)了抽水蓄能行業(yè)先河，填補了行業(yè)空白。
“起初業(yè)界有很多質(zhì)疑的聲音，因為耐堿玻璃纖維增強復合筋沒有在抽水蓄能行業(yè)中應用過。我們和北京勘測設計研究院反復溝通，咨詢相關專家學者，最終獲得中國水力發(fā)電工程學會的鑒定，認為我國這項技術處于國際領先水平，可以用于大壩建設。”國網(wǎng)新源山東文登抽水蓄能有限公司副總經(jīng)理吳宏煒說。
鋼筋耐酸、耐堿性能差，易腐蝕、生銹。而耐堿玻璃纖維增強復合筋重量輕、耐腐蝕，是具有抗拉強度高、耐久性能好、密度小等特點的新型低碳類建筑材料，目前已應用于許多其他行業(yè)。
“在保證工程質(zhì)量的前提下，使用耐堿玻璃纖維增強復合筋施工更安全、更環(huán)保，既提高了施工效率，又降低了工人的勞動強度，是新技術在抽水蓄能行業(yè)的一次成功嘗試。”國網(wǎng)新源山東文登抽水蓄能有限公司董事長李富春說。
從上水庫下來，穿過近千米的交通隧道，在文登抽水蓄能電站的地下廠房里，6臺發(fā)電機組依次排開。廠房左側(cè)保留著一處廠房開挖后的原始墻面，墻面光滑平整，這是無爆破切割技術留下的痕跡。
為提高邊坡及洞室開挖質(zhì)量，避免使用火工品發(fā)生次生事故的危險，確保圍巖的整體性與穩(wěn)定性，減少爆破噪聲對周邊居民的影響，文登抽水蓄能電站專業(yè)團隊結合工程地質(zhì)特點，針對切割設備、切割施工工藝開展研究，首次在抽水蓄能電站地下洞室開挖過程中系統(tǒng)性使用無爆破切割技術。
“傳統(tǒng)的地下廠房開挖工法是爆破開挖工法，具有一定的安全隱患，并且爆破后要對墻體進行修繕。采用無爆破切割技術不僅提升了安全性，也降低了施工成本。”國網(wǎng)新源山東文登抽水蓄能有限公司運行部副主任黃凌宇說。
綠水青山就是金山銀山。昆崳山擁有國家級森林公園，生態(tài)環(huán)保要求較高。文登抽水蓄能電站秉承“安全、綠色、精益、創(chuàng)新”建設理念，全力打造綠色樣板工程。“我們因地制宜研究植被護坡技術、新型綠化技術等，推動工程建設與植被恢復同步進行，大面積種植刺槐、爬山虎等植物，助力保護綠色生態(tài)?！眹W(wǎng)新源山東文登抽水蓄能有限公司副總經(jīng)理蔣池劍說。
“現(xiàn)在昆崳山上一步一景，抽水蓄能電站的植被恢復工作實現(xiàn)了生態(tài)效應與經(jīng)濟效應的結合，打通了一條文旅發(fā)展的綠色通道?！蔽牡浅樗钅茈娬舅诘耐Ｊ形牡菂^(qū)界石鎮(zhèn)鎮(zhèn)長王大海說。
中國“智”造促發(fā)展
“4號機組轉(zhuǎn)抽水調(diào)相。”8月28日16時01分，國網(wǎng)新源山東文登抽水蓄能有限公司運行部值班員都可欽接到國網(wǎng)山東省電力公司調(diào)度控制中心下達的指令，進行4號機組的開機操作。
都可欽2020年碩士畢業(yè)，先在國網(wǎng)新源江蘇宜興抽水蓄能電站進行了為期兩年的技術學習，2022年年底回到文登抽水蓄能電站工作。
宜興抽水蓄能電站2003年開工建設，2008年投入商業(yè)運行。在宜興抽水蓄能電站學習期間，都可欽接觸到的很多電站設備都是國外進口設備，設備標識都是英文，完全熟練掌握不是一件容易的事。
我國的抽水蓄能電站建設起步晚，2003年以前缺少相關技術研究，電站設備依賴國外進口。2012年，我國第一座全面實現(xiàn)設備國產(chǎn)化的大型抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源安徽響水澗抽水蓄能電站全面投入商業(yè)運行，標志著我國抽水蓄能電站建設步入主輔設備設計制造國產(chǎn)化階段。
“現(xiàn)在國產(chǎn)設備不比進口設備差，操作起來也更方便。而且國產(chǎn)設備能更好地和電站的實際運行情況相結合，數(shù)據(jù)更全面，能反映機組運行的真實狀態(tài)。”都可欽說。
在昆崳山的半山腰，有一座掩映在綠樹花叢中的“花園里的開關站”，這是抽水蓄能行業(yè)首個500千伏智能開關站，通過兩回500千伏線路接入山東電網(wǎng)。該開關站設備由過程層的一次設備及智能組件、間隔層的保護測控裝置、站控層的監(jiān)控系統(tǒng)及通信裝置組成，通過兩套專用網(wǎng)絡傳遞站內(nèi)設備狀態(tài)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)，減少設備之間的電纜敷設，節(jié)省站內(nèi)建筑空間布置，實現(xiàn)了開關站信息數(shù)字化、功能集成化、結構緊湊化、設備智能化、系統(tǒng)模塊化和狀態(tài)可視化。
“常規(guī)開關站的數(shù)據(jù)傳輸需要敷設電纜夾層，一個信號一條電纜，點對點傳輸?，F(xiàn)在每臺新設備配備了智能終端，好比安裝了大腦，通過光纖網(wǎng)絡就能傳輸數(shù)據(jù)，既節(jié)省了空間，又提升了信息容量，還能實現(xiàn)后臺實時監(jiān)控，提高設備可靠性?！眹W(wǎng)新源山東文登抽水蓄能有限公司運行部運行值長王博天說。
從中國制造到中國“智”造，國產(chǎn)技術的更新迭代推動著國產(chǎn)設備在抽水蓄能電站的普及應用，有力支撐了我國抽水蓄能行業(yè)的快速發(fā)展。
牡丹江畔，國網(wǎng)新源黑龍江荒溝抽水蓄能電站的地下廠房共有5層，每層面積約4000平方米，即使安裝8個高清攝像頭，人工監(jiān)控畫面也存在一定的視覺盲區(qū)。為解決這一問題，荒溝抽水蓄能電站在地下廠房安裝了VR鏡頭，利用覆蓋全部地下廠房的5G專網(wǎng)，實現(xiàn)了廠房內(nèi)無死角監(jiān)控和智能化機器巡檢，巡檢效率提升70%。
VR設備信息需要通過網(wǎng)絡傳輸，因此對網(wǎng)絡的覆蓋范圍和承載力具有更高要求?！?G+VR”實現(xiàn)了地下廠房24小時智能巡檢，助力打造智慧化抽水蓄能電站。
動能奔涌向未來
國家能源局印發(fā)的《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模6200萬千瓦以上；到2030年，投產(chǎn)總規(guī)模1.2億千瓦左右。抽水蓄能迎來黃金發(fā)展期。
2022年，全國新核準抽水蓄能項目48個，超過“十三五”時期全部核準規(guī)模，全年新投產(chǎn)880萬千瓦，創(chuàng)歷史新高。
國家電網(wǎng)大力推動抽水蓄能電站建設，2023年上半年，經(jīng)營區(qū)內(nèi)抽水蓄能電站總裝機容量達到3701萬千瓦，累計發(fā)電224.7億千瓦時，同比增長31.2%。
“一系列典型工程實現(xiàn)全面投產(chǎn)，標志著抽水蓄能電站設計、施工、裝備制造、設備安裝等全產(chǎn)業(yè)鏈技術水平實現(xiàn)重大飛躍?！敝袊Πl(fā)電工程學會抽水蓄能行業(yè)分會常務副理事長、秘書長路振剛說。
作為抽水蓄能行業(yè)的主力軍，多年來，國網(wǎng)新源集團有限公司開展產(chǎn)學研用聯(lián)合攻關，在抽水蓄能水泵水輪機、發(fā)電電動機、靜止變頻系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)及調(diào)試、運行及其他輔助裝備等方面取得全面突破，顯著提升了中國高端裝備制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力和國際競爭力。
今年5月以來，國網(wǎng)新源控股抽水蓄能技術經(jīng)濟研究院研發(fā)中心主任桂中華帶領團隊奮戰(zhàn)于國內(nèi)首個水泵水輪機模型試驗室的建設。
水泵水輪機是抽水蓄能電站的動力設備。相較于傳統(tǒng)的定速抽水蓄能機組，變速抽水蓄能機組具有運行效率高、響應速度快、調(diào)節(jié)范圍廣、抽水功率可調(diào)等優(yōu)點，但是目前我國應用尚不廣泛。
該實驗室建成后，將為變速水泵水輪機國產(chǎn)化研制提供科研測試平臺，為抽水蓄能電站的高質(zhì)量發(fā)展增光添彩?！拔覀円粩嗵嵘灾鲃?chuàng)新能力，整合產(chǎn)業(yè)鏈各方優(yōu)質(zhì)資源，聚焦關鍵技術攻堅克難?！惫鹬腥A說。
從無到有，從借鑒、進口到自主研發(fā)、生產(chǎn)，科技創(chuàng)新持續(xù)推動抽水蓄能發(fā)展，更有效地提升新能源發(fā)電效率，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
電力系統(tǒng)具有即發(fā)即用的特點，電網(wǎng)運行需要維持穩(wěn)定的頻率和電壓。隨著新能源的大規(guī)模并網(wǎng)，電網(wǎng)對靈活性調(diào)節(jié)電源的需求越來越高。國網(wǎng)新源集團不斷推進現(xiàn)代數(shù)字技術與業(yè)務深度融合，提高電力系統(tǒng)的靈活性。
7月8日18時42分，由于山東電網(wǎng)頻率出現(xiàn)波動，國網(wǎng)新源山東泰安抽水蓄能電站大功率缺額智能決策與處理系統(tǒng)自動遠程啟動1、3、4號機組，在3分鐘內(nèi)增加發(fā)電出力65萬千瓦，穩(wěn)定了電網(wǎng)頻率。
該系統(tǒng)可監(jiān)測山東電網(wǎng)關鍵遙測數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要自動遠程啟動泰安抽水蓄能電站機組，保障電網(wǎng)安全運行。自2018年投用以來，該系統(tǒng)已成功運行30余次。
國網(wǎng)新源集團始終注重關鍵核心技術研發(fā)，解決了一系列抽水蓄能“卡脖子”問題。截至2023年6月，該公司累計獲得省部級和行業(yè)科學技術獎156項，擁有專利數(shù)量3370，其中發(fā)明專利數(shù)量470，實用新型專利數(shù)量2889；主編、參編標準數(shù)量391項，其中國際標準2項，國家標準28項，行業(yè)標準70項。
未來已來。立足能源綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的關鍵時期，國家電網(wǎng)將加快發(fā)展抽水蓄能，力爭2025年、2030年公司經(jīng)營區(qū)內(nèi)抽水蓄能裝機分別達到5000萬千瓦、1億千瓦，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，支撐清潔能源大規(guī)模發(fā)展。
6月28日，水電水利規(guī)劃設計總院發(fā)布《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022》（簡稱《報告》）。
《報告》顯示，2022年，全球新增抽水蓄能裝機容量1030萬千瓦，其中，中國新增抽水蓄能裝機容量880萬千瓦，占比超過85%。截至2022年年底，我國抽水蓄能投產(chǎn)總裝機容量達到4579萬千瓦，主要分布在華東、南方和華北區(qū)域。
目前，國內(nèi)抽水蓄能“又好又快高質(zhì)量發(fā)展格局”初步形成，抽水蓄能正在發(fā)揮調(diào)節(jié)作用支撐新能源大基地規(guī)劃建設。以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風電光伏基地和主要流域水風光一體化基地的建設亟須建設抽水蓄能等調(diào)峰儲能電源，以提升風電光伏開發(fā)規(guī)模、競爭力和發(fā)展質(zhì)量。
根據(jù)《報告》，截至2022年年底，我國已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點資源總量約8.23億千瓦，其中已建4579萬千瓦，在建1.21億千瓦。2022年是歷年來核準規(guī)模最大的一年，年度核準規(guī)模超過之前50年的投產(chǎn)總規(guī)模，全國新核準抽水蓄能電站48座，總裝機規(guī)模6889.6萬千瓦。
當前，各在建項目整體進展順利，有序建設實施。截至2022年年底，全國在建抽水蓄能項目共98個，其中2022年新核準建設項目48個。與此同時，抽水蓄能在電力系統(tǒng)中“保供生力軍”作用顯著。2022年，抽水蓄能圓滿完成冬奧會、全國兩會、黨的二十大、上海進博會等一系列保電任務；全年抽水蓄能機組隨調(diào)隨啟，發(fā)電、抽水電量同比增加20%，發(fā)電、抽水啟動次數(shù)同比增加6%、16%，有效發(fā)揮了電力保供生力軍作用；迎峰度夏期間，華中、華東等單位積極應對南方地區(qū)最高溫度、最少水電、最大負荷、最長時間“四最”疊加挑戰(zhàn)，持續(xù)高強度、大負荷運行，在極端情況下有力保障了電力安全可靠供應。
隨著實現(xiàn)碳達峰碳中和、構建新型電力系統(tǒng)、建設新型能源體系等目標的提出，各省份電力系統(tǒng)對抽水蓄能的合理需求規(guī)模發(fā)生變化，需開展抽水蓄能發(fā)展需求更新論證工作，引導抽水蓄能合理有序發(fā)展。
