我国抽水蓄能机组及成套装备实现自主化

电力18讯：

　　十年砥砺成就中国创造

　　──国网抽蓄机组及成套装备自主化攻关纪实

　　中国电力报 中电新闻网 记者 朱怡

　　浙江省仙居县，千嶂叠翠，清流急湍，风光旖旎，素有“神仙居所”的美誉。梧桐山下，永安溪畔，国网浙江仙居抽水蓄能电站建设工程正如火如荼地进行。4月12日，该电站基建现场传来佳音──由我国自主设计制造的电站1号机组成功并网发电。

　　2003年以前，我国抽水蓄能领域相关技术研究还处于一片空白，抽水蓄能电站的设备全部是“舶来品”。2011年10月，我国第一座机组设备完全自主化的抽水蓄能电站──国网安徽响水涧抽水蓄能电站成功建成，标志着我国成功掌握了抽水蓄能机组成套设备研制的核心技术。随着2013年4月国网福建仙游抽水蓄能电站的正式投产发电，到如今仙居电站单机容量37.5万千瓦机组的成功并网，我国抽水蓄能自主化设备不断获得推广应用，强有力地支撑了我国抽水蓄能行业的快速发展。

　　十年破浪前行，在“努力超越、追求卓越”的号角声中，国家电网公司引领我国抽水蓄能成套设备研制能力从无到有、从弱到强、从静水深流到波澜壮阔。

　　依赖进口曾是制约发展的痛点

　　“抽水蓄能机组，因为需要双向运行，而且工况转换复杂，运行水头高，设备转速高，设计、制造的难度远远高于常规水电机组。以我国当时的重装备制造水平来说，发展抽水蓄能只能依靠进口设备。”国网新源公司副总经理高苏杰告诉记者。

　　依靠“拿来主义”就要付出高昂的代价。外国厂商依仗技术优势，让我国在设备引进上毫无讨价还价余地。技术服务受制于人，关键部件的供货周期有时需要3~6个月。建设抽蓄电站，可谓异常艰难。

　　“当时我国建设一座抽蓄电站，核心机电设备投资要占总投资的一半以上，是国际市场一般水平的两倍左右。”中国电建集团华东勘测设计研究院总工程师陈顺义说。

　　高昂的投资成本、滞后的技术服务等问题，严重制约着我国抽水蓄能事业的发展。自二十世纪60年代我国在河北岗南建成第一座抽水蓄能电站，经过近40年的发展，到2003年，抽水蓄能电站装机容量仍然只占电力装机总量的1.6%，而欧洲、日本等发达国家的抽水蓄能装机比例早已达到5%～10%。

　　高苏杰坦言，当时国内抽水蓄能行业已经深刻认识到，实现抽水蓄能跨越式发展的基础，就是必须打破国外技术垄断，实现核心设备的自主化。

　　“后来者”向“领导者”的跨越

　　2003年3月21日，在国家发展改革委的统一组织下，国家电网公司、南方电网公司、中国机械工业联合会等单位的专家齐聚一堂，正式提出要采取“技术引进―掌握优化―自主创新”的“三步走”发展战略，通过产、学、研、用的�力同心“总体战”，逐步实现我国抽水蓄能电站机组及成套设备制造自主化。

　　这是我国抽水蓄能行业自主化进程中具有历史性的一天，从这一天开始，我国抽水蓄能设备自主创新的大幕正式拉开。

　　令旗挥动，三军用命。有关招标领导小组经过一年多的谈判，从国际知名的7家抽水蓄能装备制造商中确定了宝泉等3座新建抽水蓄能电站主机设备的中标对象。同时，我方在“技术转让标”的谈判中也取得了巨大成功，设备制造商承诺无条件、无保留地转让其核心技术。这一将设备与技术“打捆招标”的模式，与我国高铁“以市场换技术”的思路不谋而合，为我国抽水蓄能技术的快速发展开辟了坦途。

　　自主创新，在技术上实现真正赶超──实现这一目标，我国电力人仅用了3年时间。

　　摘下水电“皇冠上的明珠”

　　水泵水轮机是水泵与水轮机的结合，可以实现水泵抽水储能，又可以化身为水轮机拖动发电机发电，是抽水蓄能电站最核心的设备。实现这种功能上的“可逆”，依靠的是它正反双向运行的独特能力。

　　国家科技支撑计划“大型抽水蓄能机组成套设备研制”课题负责人覃大清告诉记者，水泵和水轮机的水力特性是完全相反的，依靠常规设计手段难以兼顾设备的稳定性和效率，所以有人把水泵水轮机水力设计比喻为水电技术领域“皇冠上的明珠”。国外一般采取在转轮上安装非同步导叶的机械手段提升设备稳定性，但是治标不治本。

　　为了破解这一世界性难题，国家电网公司研究人员用了两年时间，通过对几十个水泵水轮机模型和上百种设计方案的分析论证和试验，制定了以水泵与水轮机特性并行迭代的水力优化设计方法，采用水力手段，从根本上保障了水泵水轮机双向运行的稳定性。此外，依托国家973计划“水力发电设备前沿技术研究”等科研课题研究，研究人员还研发出降低水泵水轮机无叶区压力脉动方法、混流式水泵水轮机长短叶片转轮等独创技术，获得5项发明专利。在保证稳定性的同时，实现了水泵水轮机效率的同步提高。

　　依靠这些技术成果，我国首个完全自主设计研制的国网安徽响水涧抽水蓄能电站水泵水轮机真机模型，成功通过了瑞士洛桑中立试验台的模型验收试验，最优效率达94.28%。

　　找到自主化的最后一块拼图

　　作为抽水蓄能电站的“大脑”和“中枢神经”，自动控制系统指挥、协调、控制着电站的所有设备。由于抽水蓄能机组运行工况多、转换复杂，其控制系统模型和参数设计极其复杂，安全可靠性要求极高，已成为抽水蓄能领域的核心技术。

　　为了打破技术垄断，实现从无到有的突破，国家电网公司先后两次立项，由国网新源公司和南瑞集团公司共同承担，开启了大型抽水蓄能电站自动控制系统自主研制之路。

　　经过6年多时间，历经1000多次模型试验验证，抽水蓄能电站控制逻辑关系终于被掌握，具有完全自主知识产权的大型抽水蓄能电站计算机监控、励磁、调速和保护系统通过自主调试，成功应用于安徽响水涧、福建仙游抽水蓄能电站。2013年，我国设备厂商获得伊朗阿扎得抽水蓄能电站2台机组供货合同。

　　抽水蓄能设备自主化工作的最后一块拼图终于被找到。

　　按照国家发展改革委的规划，到2025年，我国抽水蓄能电站装机容量将增加至1亿千瓦。由于我国抽水蓄能技术实现根本性跨越，使得国内市场的设备招标价格大幅下降，预计可为国家至少节省上百亿元资金。

　　10年攻坚克难，国家电网公司引领我国抽水蓄能技术实现从跟随到引领；十年砥砺前行，从“中国制造”到“中国创造”的梦想正在照进现实。新电改为抽水蓄能电站发展带来了机遇，在已经开启的“十三五”时期，抽水蓄能电站将发挥更大的魅力与潜力。