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(fēng)能、太陽能等新能源的快速發(fā)展，儲能迎來新的發(fā)展機(jī)遇。抽水蓄能作為目前最成熟、經(jīng)濟(jì)、清潔的儲能技術(shù)，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)中發(fā)揮著重要作用。國家電網(wǎng)堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，深化產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，不斷突破技術(shù)難題，加快推動國產(chǎn)化設(shè)備應(yīng)用，促進(jìn)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(diǎn)點(diǎn)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(fēng)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(fēng)光融為一體。
8月28日，文登抽水蓄能電站5號機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)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(jī)組，總裝機(jī)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(shí)就到達(dá)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(yuǎn)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(gè)水庫之間的高度落差，在用電低谷時(shí)，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(shí)，將上水庫的水放出，把水的勢能轉(zhuǎn)化為電能，相當(dāng)于電網(wǎng)的“綠色充電寶”。
膠東半島風(fēng)、光資源豐富，是新能源富集地。作為山東省目前裝機(jī)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(shù)、新工藝、新設(shè)備應(yīng)用，高效推進(jìn)電站建設(shè)，更好地服務(wù)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(qiáng)復(fù)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(bǔ)了行業(yè)空白。
“起初業(yè)界有很多質(zhì)疑的聲音，因?yàn)槟蛪A玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合筋沒有在抽水蓄能行業(yè)中應(yīng)用過。我們和北京勘測設(shè)計(jì)研究院反復(fù)溝通，咨詢相關(guān)專家學(xué)者，最終獲得中國水力發(fā)電工程學(xué)會的鑒定，認(rèn)為我國這項(xiàng)技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，可以用于大壩建設(shè)?！眹W(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(qiáng)復(fù)合筋重量輕、耐腐蝕，是具有抗拉強(qiáng)度高、耐久性能好、密度小等特點(diǎn)的新型低碳類建筑材料，目前已應(yīng)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(qiáng)復(fù)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(qiáng)度，是新技術(shù)在抽水蓄能行業(yè)的一次成功嘗試?！眹W(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(jī)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(shù)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(xiǎn)，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(tuán)隊(duì)結(jié)合工程地質(zhì)特點(diǎn)，針對切割設(shè)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(shù)。
“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(jìn)行修繕。采用無爆破切割技術(shù)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(yùn)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(shè)理念，全力打造綠色樣板工程?！拔覀円虻刂埔搜芯恐脖蛔o(hù)坡技術(shù)、新型綠化技術(shù)等，推動工程建設(shè)與植被恢復(fù)同步進(jìn)行，大面積種植刺槐、爬山虎等植物，助力保護(hù)綠色生態(tài)。”國網(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(fù)工作實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的結(jié)合，打通了一條文旅發(fā)展的綠色通道。”文登抽水蓄能電站所在的威海市文登區(qū)界石鎮(zhèn)鎮(zhèn)長王大海說。
中國“智”造促發(fā)展
“4號機(jī)組轉(zhuǎn)抽水調(diào)相?！?月28日16時(shí)01分，國網(wǎng)新源山東文登抽水蓄能有限公司運(yùn)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(dá)的指令，進(jìn)行4號機(jī)組的開機(jī)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(jìn)行了為期兩年的技術(shù)學(xué)習(xí)，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(shè)，2008年投入商業(yè)運(yùn)行。在宜興抽水蓄能電站學(xué)習(xí)期間，都可欽接觸到的很多電站設(shè)備都是國外進(jìn)口設(shè)備，設(shè)備標(biāo)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(shè)起步晚，2003年以前缺少相關(guān)技術(shù)研究，電站設(shè)備依賴國外進(jìn)口。2012年，我國第一座全面實(shí)現(xiàn)設(shè)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(yùn)行，標(biāo)志著我國抽水蓄能電站建設(shè)步入主輔設(shè)備設(shè)計(jì)制造國產(chǎn)化階段。
“現(xiàn)在國產(chǎn)設(shè)備不比進(jìn)口設(shè)備差，操作起來也更方便。而且國產(chǎn)設(shè)備能更好地和電站的實(shí)際運(yùn)行情況相結(jié)合，數(shù)據(jù)更全面，能反映機(jī)組運(yùn)行的真實(shí)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(guān)站”，這是抽水蓄能行業(yè)首個(gè)500千伏智能開關(guān)站，通過兩回500千伏線路接入山東電網(wǎng)。該開關(guān)站設(shè)備由過程層的一次設(shè)備及智能組件、間隔層的保護(hù)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(luò)傳遞站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)，減少設(shè)備之間的電纜敷設(shè)，節(jié)省站內(nèi)建筑空間布置，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)站信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、設(shè)備智能化、系統(tǒng)模塊化和狀態(tài)可視化。
“常規(guī)開關(guān)站的數(shù)據(jù)傳輸需要敷設(shè)電纜夾層，一個(gè)信號一條電纜，點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?，F(xiàn)在每臺新設(shè)備配備了智能終端，好比安裝了大腦，通過光纖網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)后臺實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高設(shè)備可靠性?！眹W(wǎng)新源山東文登抽水蓄能有限公司運(yùn)行部運(yùn)行值長王博天說。
從中國制造到中國“智”造，國產(chǎn)技術(shù)的更新迭代推動著國產(chǎn)設(shè)備在抽水蓄能電站的普及應(yīng)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(gè)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(shí)現(xiàn)了廠房內(nèi)無死角監(jiān)控和智能化機(jī)器巡檢，巡檢效率提升70%。
VR設(shè)備信息需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此對網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和承載力具有更高要求?！?G+VR”實(shí)現(xiàn)了地下廠房24小時(shí)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(zhǔn)抽水蓄能項(xiàng)目48個(gè)，超過“十三五”時(shí)期全部核準(zhǔn)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(shè)，2023年上半年，經(jīng)營區(qū)內(nèi)抽水蓄能電站總裝機(jī)容量達(dá)到3701萬千瓦，累計(jì)發(fā)電224.7億千瓦時(shí)，同比增長31.2%。
“一系列典型工程實(shí)現(xiàn)全面投產(chǎn)，標(biāo)志著抽水蓄能電站設(shè)計(jì)、施工、裝備制造、設(shè)備安裝等全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平實(shí)現(xiàn)重大飛躍?！敝袊Πl(fā)電工程學(xué)會抽水蓄能行業(yè)分會常務(wù)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(tuán)有限公司開展產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，在抽水蓄能水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動機(jī)、靜止變頻系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)及調(diào)試、運(yùn)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(shù)經(jīng)濟(jì)研究院研發(fā)中心主任桂中華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)奮戰(zhàn)于國內(nèi)首個(gè)水泵水輪機(jī)模型試驗(yàn)室的建設(shè)。
水泵水輪機(jī)是抽水蓄能電站的動力設(shè)備。相較于傳統(tǒng)的定速抽水蓄能機(jī)組，變速抽水蓄能機(jī)組具有運(yùn)行效率高、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍廣、抽水功率可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，但是目前我國應(yīng)用尚不廣泛。
該實(shí)驗(yàn)室建成后，將為變速水泵水輪機(jī)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(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)克難?！惫鹬腥A說。
從無到有，從借鑒、進(jìn)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(yùn)行。
電力系統(tǒng)具有即發(fā)即用的特點(diǎn)，電網(wǎng)運(yùn)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(tuán)不斷推進(jìn)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)與業(yè)務(wù)深度融合，提高電力系統(tǒng)的靈活性。
7月8日18時(shí)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(yuǎn)程啟動1、3、4號機(jī)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(guān)鍵遙測數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要自動遠(yuǎn)程啟動泰安抽水蓄能電站機(jī)組，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。自2018年投用以來，該系統(tǒng)已成功運(yùn)行30余次。
國網(wǎng)新源集團(tuán)始終注重關(guān)鍵核心技術(shù)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(jì)獲得省部級和行業(yè)科學(xué)技術(shù)獎156項(xiàng)，擁有專利數(shù)量3370，其中發(fā)明專利數(shù)量470，實(shí)用新型專利數(shù)量2889；主編、參編標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量391項(xiàng)，其中國際標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，國家標(biāo)準(zhǔn)28項(xiàng)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)70項(xiàng)。
未來已來。立足能源綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)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(jī)分別達(dá)到5000萬千瓦、1億千瓦，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(shè)計(jì)總院發(fā)布《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2022》（簡稱《報(bào)告》）。
《報(bào)告》顯示，2022年，全球新增抽水蓄能裝機(jī)容量1030萬千瓦，其中，中國新增抽水蓄能裝機(jī)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(jī)容量達(dá)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(shè)。以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點(diǎn)的大型風(fēng)電光伏基地和主要流域水風(fēng)光一體化基地的建設(shè)亟須建設(shè)抽水蓄能等調(diào)峰儲能電源，以提升風(fēng)電光伏開發(fā)規(guī)模、競爭力和發(fā)展質(zhì)量。
根據(jù)《報(bào)告》，截至2022年年底，我國已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點(diǎn)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(zhǔn)規(guī)模最大的一年，年度核準(zhǔn)規(guī)模超過之前50年的投產(chǎn)總規(guī)模，全國新核準(zhǔn)抽水蓄能電站48座，總裝機(jī)規(guī)模6889.6萬千瓦。
當(dāng)前，各在建項(xiàng)目整體進(jìn)展順利，有序建設(shè)實(shí)施。截至2022年年底，全國在建抽水蓄能項(xiàng)目共98個(gè)，其中2022年新核準(zhǔn)建設(shè)項(xiàng)目48個(gè)。與此同時(shí)，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(jìn)博會等一系列保電任務(wù)；全年抽水蓄能機(jī)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(yīng)對南方地區(qū)最高溫度、最少水電、最大負(fù)荷、最長時(shí)間“四最”疊加挑戰(zhàn)，持續(xù)高強(qiáng)度、大負(fù)荷運(yùn)行，在極端情況下有力保障了電力安全可靠供應(yīng)。
隨著實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、建設(shè)新型能源體系等目標(biāo)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(dǎo)抽水蓄能合理有序發(fā)展。
