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哈電集團：引領(lǐng)我國抽水蓄能技術(shù)持續(xù)躍升

來源：哈爾濱電氣集團有限公司

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發(fā)布時間：2021-11-23

        為適應新型電力系統(tǒng)建設(shè)和大規(guī)模高比例新能源發(fā)展，助力國家實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，近日，國家能源局綜合司公布了《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡稱《規(guī)劃》），要求加快抽水蓄能電站核準建設(shè)：
         ● 到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十三五”翻一番，達到6200萬千瓦以上；
         ● 到2030年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達到1.2億千瓦左右；
        ● 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)。
        這是以哈電集團為代表的我國電力裝備制造企業(yè)，推動我國抽水蓄能技術(shù)和裝備制造水平進一步躍升的重大機遇，為促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型具有重要意義。截至目前，哈電集團已參與了22座抽水蓄能電站、79臺套機組的研發(fā)制造。


引領(lǐng)我國抽水蓄能技術(shù)持續(xù)躍升


        國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，力爭于2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，努力爭取2060年前實現(xiàn)“碳中和”。這為我國電力裝備制造行業(yè)發(fā)展指明了方向。
        近年來，我國風電和太陽能等新能源在電網(wǎng)中的占比越來越高。但由于風電和太陽能等新能源的間歇性特征，電力系統(tǒng)需要配備15%的儲能電源，以保證電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定。而抽水蓄能電站是最經(jīng)濟、最可靠、最靈活的大規(guī)模儲能方式。

        作為我國電力裝備制造行業(yè)的龍頭企業(yè)，哈電集團電機公司積極服從服務(wù)于國家戰(zhàn)略，通過科研創(chuàng)新和攻關(guān)，推動我國抽水蓄能技術(shù)水平持續(xù)躍升，為蒲石河、響水澗、溧陽、仙居、敦化、豐寧、陽江等一大批國家重點抽水蓄能工程打造精品機組，促進了國家能源的清潔、低碳、綠色發(fā)展。
        隨著《規(guī)劃》的出臺和未來幾年的陸續(xù)實施，哈電集團電機公司將發(fā)揮優(yōu)勢，在抽水蓄能電站建設(shè)和機組的制造中再展身手，為我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標和推動經(jīng)濟社會發(fā)展注入更多新動能。
圓夢之旅

        作為電網(wǎng)系統(tǒng)的重要一環(huán)，抽水蓄能電站既能在用電高峰期發(fā)電供能、又能在用電低谷期蓄水儲能，對保證整個電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、提高供電質(zhì)量至關(guān)重要，被譽為水電“皇冠上的明珠”。
        長期艱辛探索。哈電集團電機公司從上世紀60年代，便開始了抽水蓄能研發(fā)的“圓夢之旅”。1966年，結(jié)合密云電站各項參數(shù)，開始進行水泵水輪機水力研究；1977年，與清華大學等單位合作，開始進行100米水頭段水泵水輪機水力研究；從1980年代中期開始，先后開展了200米、300米和500米水頭段的水泵水輪機水力研究，并研發(fā)出了具有代表性的水泵水輪機轉(zhuǎn)輪。

        取得實質(zhì)突破。2005年2月，國家發(fā)改委為了進一步推進我國抽水蓄能機組國產(chǎn)化進程，采用以“市場換技術(shù)”的方式，與國外公司簽訂了寶泉、白蓮河等300兆瓦抽水蓄能機組合同，要求國外公司向國內(nèi)制造廠轉(zhuǎn)讓抽水蓄能機組的研制技術(shù)。在國家的大力支持下，哈電集團電機公司與伙伴公司展開合作，派遣技術(shù)人員分批次交流，全面掌握了抽水蓄能機組制造技術(shù)。

        打破國外壟斷。在引進技術(shù)消化吸收的同時，哈電集團電機公司堅持自主創(chuàng)新，先后完成多個大型抽水蓄能項目機組的研發(fā)、設(shè)計和制造，摸索出了一套獨有的水力開發(fā)技術(shù)體系，打破了國外技術(shù)壟斷，實現(xiàn)了抽水蓄能機組的完全國產(chǎn)化。

創(chuàng)新之路

        由于抽水蓄能機組自身的特性要求，不但設(shè)計水頭高，而且啟停機時工況復雜，對機組各部件的剛強度、抗疲勞性能等要求十分嚴格。哈電集團電機公司有針對性地創(chuàng)新、優(yōu)化，多年來，在水泵水輪機、發(fā)電電動機、控制系統(tǒng)裝置及系統(tǒng)集成技術(shù)等方面取得了多項重大成果，獲得國家發(fā)明專利6項，獲得省部級科技進步獎3項。

        破解世界性難題。抽水蓄能機組的主要研發(fā)難點集中在效率與穩(wěn)定性同時兼顧的問題上，尤其是水力穩(wěn)定性更是難中之難。在水泵水輪機運行不穩(wěn)定區(qū)，業(yè)內(nèi)稱之為“S區(qū)”和“駝峰區(qū)”，機組并網(wǎng)困難是公認的世界難題。

        以往的進口機組通常借助機械手段來實現(xiàn)機組并網(wǎng)，這樣不但結(jié)構(gòu)復雜，機組振動大，而且會嚴重影響機組的運行壽命和安全可靠性。哈電集團電機公司打破了傳統(tǒng)的機械思維方式，從水力設(shè)計的角度入手，解決了水泵水輪機不穩(wěn)定區(qū)并網(wǎng)難題，大大降低了機組的振動，提高了機組的安全可靠性，此項水力設(shè)計技術(shù)達到世界領(lǐng)先水平。


        “分數(shù)極路比”誕生。隨著抽水蓄能機組容量的不斷增加，常出現(xiàn)容量、電壓和轉(zhuǎn)速不匹配的問題。設(shè)計水泵水輪機時，不得不退而求其次，放棄水力性能優(yōu)越的轉(zhuǎn)速。若要解決這一矛盾，就必須采用新的定子繞組連接方式。
        哈電集團電機公司科研人員想盡了所有繞組接線的可能性，繪制了上千種繞組接線圖，提出了分數(shù)極路比繞組的評價指標。通過持續(xù)地研究驗證，科研人員終于選出了最佳的繞組排列方案，并開發(fā)出了相關(guān)的程序，獲得了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的分數(shù)極路比繞組技術(shù)創(chuàng)新成果，填補了國內(nèi)技術(shù)空白。
        此外，哈電集團電機公司還研發(fā)出水泵水輪機長短葉片轉(zhuǎn)輪、高轉(zhuǎn)速向心式磁極絕緣托板等獨創(chuàng)成果，為機組穩(wěn)定性和效率的雙向提高增加砝碼，達到世界領(lǐng)先水平。

傲人之績

        通過“技術(shù)引進、掌握優(yōu)化、自主創(chuàng)新”，哈電集團電機公司走上了大型抽水蓄能機組的自主化研制之路，培養(yǎng)了一批抽水蓄能領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才，為我國抽水蓄能技術(shù)的完善和創(chuàng)新夯實了基礎(chǔ)。

        完全自主知識產(chǎn)權(quán)。2008年4月，哈電集團電機公司喜獲安徽響水澗抽水蓄能機組合同，從而拉開了獨立研制抽水蓄能機組的序幕。經(jīng)過不懈努力，我國首臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型抽水蓄能機組——響水澗機組于2011年成功并網(wǎng)發(fā)電，機組運行效率、壓力脈動、空化等綜合特性指標均達到了國際先進水平，標志著我國真正具備了自主完成大容量、高轉(zhuǎn)速抽水蓄能機組的研制能力。

        整體技術(shù)國際先進。此后，哈電集團電機公司連續(xù)完成國家重點抽水蓄能項目機組研制任務(wù)，引領(lǐng)我國抽水蓄能裝備研制走上快車道。2015年，成功中標世界裝機容量最大的抽水蓄能電站——河北豐寧水電站機組制造合同，填補了400米至500米水頭段蓄能機組的空白。

        2016年，哈電集團電機公司研制的當時國內(nèi)單機容量最大375兆瓦仙居抽水蓄能機組實現(xiàn)“一年四投”。同年，哈電集團電機公司首次在與國外企業(yè)公開競爭的項目中勝出，成功簽訂荒溝4臺300兆瓦抽水蓄能機組合同，并首次將發(fā)電電動機繞組對稱四支路技術(shù)應用其中。

        2017年，水頭變幅最大的溧陽抽水蓄能機組“一年六投”，于次年通過了專項成果鑒定“整體技術(shù)國際先進，關(guān)鍵技術(shù)國際領(lǐng)先”。

        國內(nèi)單機容量最大。此外，哈電集團電機公司還先后簽訂了吉林敦化、山東文登、福建周寧、江蘇句容、廣東陽江、浙江縉云等抽水蓄能機組制造合同。其中，陽江抽水蓄能電站機組單機容量400兆瓦，為目前國內(nèi)單機容量最大；最高揚程超過700米、額定轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分、綜合技術(shù)難度和技術(shù)水平為我國最高，屬世界級超高水頭電站，首臺機組有望在今年年底投產(chǎn)發(fā)電。

        目前，哈電集團電機公司正在開展單機容量425兆瓦、最高水頭近800米的抽水蓄能機組技術(shù)研究，將引領(lǐng)我國抽水蓄能技術(shù)和裝備制造水平再上新臺階。同時，作為電力裝備制造行業(yè)骨干企業(yè)，哈電集團電機公司將充分落實《規(guī)劃》部署，推動我國抽水蓄能技術(shù)水平和裝備實力持續(xù)躍升，助力國家實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。

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