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(jìn)、管理優(yōu)質(zhì)、國際競爭力強(qiáng)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(shè)了一批重點(diǎn)項(xiàng)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(shè)六項(xiàng)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(shè)運(yùn)營抽水蓄能電站的平臺企業(yè)，在抽水蓄能領(lǐng)域積累了豐富的建設(shè)、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，并致力于科技創(chuàng)新，推動設(shè)備國產(chǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，為促進(jìn)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(shè)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?？h，青山碧水間，一座抽水蓄能電站正在緊鑼密鼓地建設(shè)中。
8月19日凌晨，伴隨著機(jī)器的轟鳴聲，超小轉(zhuǎn)彎半徑硬巖全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）在181天的掘進(jìn)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(hù)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(fēng)險(xiǎn)低、環(huán)境影響小、自動化程度高、施工速度快、進(jìn)度保證率高的優(yōu)點(diǎn)。
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(yīng)用。這是我國首次將TBM施工方法引入抽水蓄能工程建設(shè)。今年1月20日，TBM從文登抽水蓄能電站運(yùn)抵寧海抽水蓄能電站，重新組裝、調(diào)試后，開始應(yīng)用于寧海抽水蓄能電站的建設(shè)中。“我們在TBM尾部增設(shè)了一臺儲渣礦車，在廠房排水洞外布設(shè)了兩條軌線和兩臺出渣電瓶車，實(shí)現(xiàn)洞室開挖出渣同步作業(yè)，明顯提高了掘進(jìn)速率。”寧海抽水蓄能電站負(fù)責(zé)人馬明剛介紹，在廠房排水洞開挖過程中，TBM月進(jìn)尺超過530.76米，單日進(jìn)尺達(dá)26米，創(chuàng)下了國內(nèi)抽水蓄能行業(yè)內(nèi)的最快紀(jì)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(xiàng)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(gè)電站打完，再接著打另一個(gè)，實(shí)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(dú)立的洞室串到一起變成螺旋形的長洞，實(shí)現(xiàn)短洞長打，這是技術(shù)突破。”電站群的建設(shè)讓TBM利用效率更高，攤薄了單個(gè)項(xiàng)目成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。
國網(wǎng)新源公司積極推廣機(jī)械化施工工藝。目前，除了超小轉(zhuǎn)彎半徑TBM在推廣應(yīng)用，大斷面平洞TBM、斜井TBM、可變徑TBM等系列設(shè)備應(yīng)用試點(diǎn)和TBM施工洞室支護(hù)方案、定額編制等配套研究工作也在有序推進(jìn)。針對抽水蓄能電站輸水隧洞布置特點(diǎn)，該公司還創(chuàng)新應(yīng)用高精度定向鉆結(jié)合反井鉆進(jìn)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(zāi)害排查預(yù)警不及時(shí)等問題，國網(wǎng)新源公司還引進(jìn)了地質(zhì)災(zāi)害隱患衛(wèi)星遙感排查與監(jiān)測預(yù)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(diǎn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對試點(diǎn)電站所有工程區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測分析。今年4月，該系統(tǒng)提前13小時(shí)預(yù)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(shí)撤離，也為應(yīng)急處置工作爭取了寶貴時(shí)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(jī)，運(yùn)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(shè)，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(gè)基建數(shù)字化模塊的研發(fā)和兩級部署；在項(xiàng)目層面全面推廣地質(zhì)災(zāi)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(yàn)評、試驗(yàn)檢測、移動巡檢等模塊，實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能管控。
推動設(shè)備國產(chǎn)化 引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)方向
在有“神仙居所”美譽(yù)的浙江省仙居縣，千嶂疊翠，清流湍急，風(fēng)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(jī)組集水泵和水電機(jī)組功能于一體，正向抽水儲能，反向放水發(fā)電，其水力、機(jī)械、電氣和控制技術(shù)與常規(guī)水泵、水電機(jī)組存在本質(zhì)差別。2003年以前，我國抽水蓄能機(jī)組全部依賴進(jìn)口，缺乏抽水蓄能技術(shù)研究的理論積累、開發(fā)能力和實(shí)驗(yàn)研究平臺。
2003年，我國通過打捆招標(biāo)和技貿(mào)結(jié)合的方式，從國外引進(jìn)了30萬千瓦大型抽水蓄能機(jī)組設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。2010年，在仙居抽水蓄能電站這塊試驗(yàn)田上，我國開展了40萬千瓦級抽水蓄能機(jī)組研發(fā)制造，進(jìn)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(jī)組成功并網(wǎng)發(fā)電，機(jī)組的核心水泵水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)以及自動控制系統(tǒng)均擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)了40萬千瓦級抽水蓄能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)完全國產(chǎn)自主化。
“國產(chǎn)化道路不會一帆風(fēng)順，不可能一個(gè)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(jìn)步。”時(shí)任仙居抽水蓄能電站負(fù)責(zé)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(jìn)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(jī)組存在特定水頭限負(fù)荷運(yùn)行的問題。2015年，國網(wǎng)新源公司開展該機(jī)組優(yōu)化工作。經(jīng)過32輪模型試驗(yàn)、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(yīng)用“6+6”長短葉片轉(zhuǎn)輪的抽水蓄能機(jī)組，4號機(jī)組更換轉(zhuǎn)輪后，使得整個(gè)黑麋峰抽水蓄能電站的穩(wěn)定性、安全性及服務(wù)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(guān)高校、科研院所、設(shè)計(jì)院、制造廠家等單位開展攻關(guān)，歷時(shí)十余年，在抽水蓄能水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動機(jī)、計(jì)算機(jī)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(hù)系統(tǒng)及調(diào)試、運(yùn)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(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。工程在電站設(shè)計(jì)、制造、安裝，機(jī)組水力、電機(jī)、結(jié)構(gòu)等多方面取得了重大突破：電站設(shè)計(jì)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(jī)組額定水頭655米，最高揚(yáng)程達(dá)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(jī)組；發(fā)電機(jī)采用“一根軸”結(jié)構(gòu)，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，提高了機(jī)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(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，累計(jì)獲得省部級和行業(yè)科學(xué)技術(shù)獎114項(xiàng)，取得專利授權(quán)2101項(xiàng)（其中發(fā)明專利270項(xiàng)）；加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)布局，共承擔(dān)和參與制定、修訂國際標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)、國家標(biāo)準(zhǔn)26項(xiàng)以及行業(yè)、團(tuán)體、公司等標(biāo)準(zhǔn)131項(xiàng)，逐步引領(lǐng)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(jìn)新能源消納
9月6日，目前世界在建裝機(jī)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(diǎn)工程的總裝機(jī)容量達(dá)到360萬千瓦，12臺機(jī)組全部投運(yùn)后，每年可促進(jìn)消納風(fēng)電、太陽能發(fā)電超過87億千瓦時(shí)。
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(qiáng)整體靈活性、適應(yīng)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(jì)性好等五大技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在保障大電網(wǎng)安全、促進(jìn)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(fēng)電消納，蒲石河抽水蓄能電站響應(yīng)調(diào)度指令要求，臨時(shí)啟動機(jī)組抽水516臺次；為保障東北電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，3臺機(jī)組單日最高啟動次數(shù)達(dá)到19次。
國家電網(wǎng)已經(jīng)成為全球新能源裝機(jī)規(guī)模最大、發(fā)展最快的電網(wǎng)。公司經(jīng)營區(qū)在運(yùn)抽水蓄能電站28座、裝機(jī)2341萬千瓦，在建35座、裝機(jī)4853萬千瓦，保障著大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)對新能源發(fā)電的隨機(jī)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(yīng)電網(wǎng)需求，是當(dāng)前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)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(fù)荷突破1億千瓦，創(chuàng)下新高。抽水蓄能電站面對大負(fù)荷考驗(yàn)也變得“忙碌”起來。8月12日9時(shí)，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(jī)組發(fā)電運(yùn)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(yīng)、使用之間的動態(tài)平衡，助力大電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)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(yùn)行方式，而是增加運(yùn)行頻次，采用“三發(fā)兩抽”的運(yùn)行方式：在上午、下午、晚間3個(gè)用電高峰時(shí)段發(fā)電運(yùn)行，中午、凌晨2個(gè)用電低谷時(shí)段抽水運(yùn)行，以補(bǔ)充發(fā)電運(yùn)行時(shí)段消耗的上水庫水量，為用電高峰期發(fā)電做好準(zhǔn)備。
“抽水蓄能電站就像一個(gè)用水做成的大型蓄電池，利用上下水庫的落差，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)可將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能儲存起來，負(fù)荷高峰時(shí)再將水能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。”余賢華介紹，當(dāng)各地迎來較高用電負(fù)荷時(shí)，抽水蓄能電站會根據(jù)電網(wǎng)需求改變運(yùn)行模式。
今年1～8月，國網(wǎng)新源公司全部抽水蓄能機(jī)組累計(jì)啟動41076次，較去年同期增長19.46%；發(fā)電量176.27億千瓦時(shí)，較去年同期增長20.92%；促進(jìn)新能源電量消納162億千瓦時(shí)。
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