水电设备皇冠上的明珠，中企拿下
黑麋峰抽水蓄能电站是湖南第一座也是唯一一座在运的抽水蓄能电站，全部采用国外公司技术和设计方案，是我国发电设备企业通过“打捆招标”引进国外技术的典型机组。
自2010年投运以来，机组一直存在诸多稳定性问题，尤其是4号机组的“特定水头限负荷运行”问题十分突出。
为保障安全运行，2017年4号机组改造工程启动。2020年12月，东电在多个关键技术领域进行了大胆创新，将自主研制的世界首台6+6长短叶片转轮应用于4号机组，解决了机组过渡过程特性和非同步导叶并网问题，以及相位共振及动静干涉引起的振动超标和异常噪声等一系列问题，成功完成国产化改造。
提起水电，宏伟的大坝、庞大的发电机组，无疑是很多人的第一印象，但在水电设备领域，这些还不是最难搞的。
该领域“皇冠上的明珠”属于抽水蓄能机组，由于体积大、转速高，在精度和寿命上的要求也极为苛刻，它成了水力发电行业最复杂、最难啃的“硬骨头”。
长龙山抽水蓄能电站发电电动机转子 图片来源：东方电机
近期，观察者网受邀参观了我国抽水蓄能机组领域的龙头企业——东方电机。据他们通报，6月10日，20余家单位及专家参加了单机容量300兆瓦的黑麋峰中低水头（注：水位落差）抽水蓄能机组国产化改造技术成果总结暨专家鉴定会，一致认定该机组技术国产化改造升级项目整体技术处于国际领先水平。这是我国首次由国内厂家成功改造国外厂家设计的机组，树立了该型机组技术国产化的典范。
负责本次改造的东方电气下属企业东方电机公司表示，大力发展抽水蓄能电站已成为支持新能源发展，打造安全可靠电力系统的全球共识，我国的抽水蓄能电站还会有更大的发展空间。
抽水蓄能，技术最成熟、应用最广泛的储能技术
抽水蓄能是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的技术，可承担电网调峰、调频、调相、空载和事故备用等任务。其最早的应用可以追溯到1890年代的瑞士和意大利，目前应用最多的可逆式机组最早出现在1930年代。
据东方电机研究试验中心主任兼技术管理部部长梁权伟介绍，作为全球应用最广的储能技术，抽水蓄能有着存储容量大、循环效率高、负荷响应快、使用寿命长、技术成熟度高的优点。目前，全球范围内超过97%的能量存储是通过抽水蓄能的方式实现的，以日本、美国和欧洲等国为代表的发达国家的抽水蓄能装机容量占全世界抽水蓄能总装机容量的70%左右。
世界单机容量最大的美国巴斯县抽水蓄能电站上水库 图片来源：布里斯托尔先驱报
具体而言，论储存容量，世界单机容量最大的抽蓄机组是美国巴斯县电站，达到500MW（兆瓦）；我国在建的河北丰宁抽水蓄能电站总装机容量3600MW，竣工后将成为世界最大的抽蓄电站。抽蓄电站的满载储能/发电时间一般都能达到6~10h，甚至更多。
这一容量要远大于绝大多数储能技术。东方电机专家何启源向观察者网表示，一般大型抽水蓄能电站总容量都在1000MW以上，如果化学储能电站想要达到抽水蓄能电站的水平，至少需要15~20万平方米的面积。
正在建设的丰宁抽水蓄能电站 图片来源：河北日报
论循环效率，抽蓄机组的储放循环效率通常在75%~85%范围内。国外的成熟技术普遍能达到80%及以上，即所谓的“5度换4度”；国内早期投运的机组一般在75%左右，即所谓“4度换3度”。随着近年来的技术进步，我国新研发制造的机组普遍都能达到80%以上。像江西洪屏抽蓄电站达到84%，浙江桐柏、湖南黑麋峰等几个抽蓄电站机组循环效率均能达到83%。
论技术成熟度，抽蓄是世界上发展最为成熟、工程应用最为广泛的储能技术。美国能源部曾用NASA开发的技术成熟度评估模型（TRA）对现行的各种储能技术的成熟度进行了评估。1级表示一项技术的基本原理或规律刚刚被发现，9级表示一项技术已经在现实当中得到成功应用和验证。抽水蓄能在评估结果中稳居最高的第9级，拥有最高等级的技术成熟度和可靠性。
加快发展抽水蓄能是中国的必然选择
全球抽水蓄能有两波装机高峰，第一波是在20世纪7、80年代，伴随着核电装机大规模增长；第二波则是21世纪至今，伴随着新能源的大规模应用，这一波同我国的能源、电力战略不谋而合。
在“碳达峰、碳中和”目标的背景下，以风电、光伏为代表的可再生能源大规模并网，但由于风、光的不稳定性，需要配备储能。中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司董事长郝荣国表示，抽水蓄能电站是技术成熟、运行可靠且较为经济的调节电源和储能电源，可有效促进大规模风电和太阳能发电的入网消纳，保障电力系统安全稳定运行，是构建以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分。
国内首座700米级水头抽水蓄能电站——敦化抽蓄电站 图片来源：国家电网
加快发展抽水蓄能成了保障我国电力安全和能源安全的必然选择。3月19日，国家电网有限公司在京召开发布会，发布服务碳达峰碳中和构建新型电力系统加快抽水蓄能开发建设重要举措。力争“十四五”期间在新能源集中开发地区和负荷中心新增开工2000万千瓦以上装机、1000亿元以上投资规模的抽水蓄能电站。
有参与“十四五”可再生能源规划编制的业内人士也透露，初步预计“十四五”期间年度投产规模约500-600万千瓦，预计五年内抽蓄电站新开工规模在3000-4000万千瓦。
梁权伟指出，虽然我国抽蓄装机容量已占到世界装机总容量的20%左右，但我国抽水蓄能装机容量在整个电网装机容量的占比目前仅为1.5%，根据我国国情，这一占比应为5%-10%才较为合理，所以未来还有较大的发展空间。
黑麋峰抽蓄机组国产化改造——抽蓄技术国产化的里程碑
在我国加快发展抽水蓄能的大背景下，东方电机对长沙黑麋峰抽水蓄能电站机组国产化改造的意义也就不言自明了。
黑麋峰抽水蓄能电站是湖南第一座也是唯一一座在运的抽水蓄能电站。电站安装4台300兆瓦可逆式抽水蓄能机组，额定水头295米，转速300转/分钟，全部采用国外公司技术和设计方案，是我国发电设备企业通过“打捆招标”引进国外技术的典型机组。
自2010年投运以来，机组一直存在诸多稳定性问题，尤其是4号机组的“特定水头限负荷运行”问题十分突出。
为保障安全运行，2017年4号机组改造工程启动。2020年12月，东电在多个关键技术领域进行了大胆创新，将自主研制的世界首台6+6长短叶片转轮应用于4号机组，解决了机组过渡过程特性和非同步导叶并网问题，以及相位共振及动静干涉引起的振动超标和异常噪声等一系列问题，成功完成国产化改造。
此次改造也是首次由国内厂家成功改造国外厂家设计的机组，被行业内专家誉为“抽水蓄能技术国产化的里程碑”。新转轮是世界上首个得到工程应用的6+6长短叶片转轮，也为水泵水轮机转轮设计开辟了一条全新的技术路线。
黑麋峰抽水蓄能电站的国产新机组 图片来源：东方电机
东方电机是国内首个同时具备抽水蓄能机组研制和调试能力的发电设备制造企业，也是抽水蓄能行业研发技术水平最高、加工制造能力最强的企业之一，其国内市场占有率达到38%，机组整体研制水平已经达到国内领先、世界一流水平。
据东方电机研究试验中心主任兼技术管理部部长梁权伟介绍，目前东方电机在300m（黑麋峰电站）、400m（仙游、深圳、丰宁等电站）、500m（呼和浩特、阜康、洛宁电站）、600m（绩溪电站）、700m（敦化、长龙山电站）水头段都取得了突破、建立了业绩、积累了经验，下一步还将继续拓宽业绩范围和技术领域，在200m及以下水头段、800m及以上水头段，以及多级可逆式抽水蓄能、三机式抽水蓄能、海水抽水蓄能、分布式抽水蓄能等方面加大研发力度。
东方电机表示，面对抽水蓄能机组市场需求大幅增长对东方电机相关研发、生产和服务能力带来的新挑战，东电会坚持制定专项计划，着力提升抽水蓄能项目组织管理水平；加大生产瓶颈攻关力度，进一步提升抽水蓄能机组年产出能力；加快科研试验平台建设，提供科技创新孵化载体，为确保实现“机组一次启停成功、技术研发水平行业一流、服务和产品质量行业领先”目标提供坚实保障。
来源|观察者网 李焕宇 编辑 周远方
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