我国抽蓄电站关键装备实现国产化

近期,国家重点研发计划项目示范工程、国际首例梯级水光蓄互补联合电站——四川春厂坝变速抽水蓄能示范电站(以下简称”春厂坝抽蓄“)顺利投产,标志着国内首台自主研发变速恒频抽蓄机组实现了全功率运行。

春厂坝抽蓄并网发电,攻克了梯级水光蓄互补电站容量优化配置及接入、稳定控制、联合运行与智能调度等世界性难题,加快了我国抽水蓄能电站国产化进程。

西南适宜探索梯级水光蓄互补

春厂坝抽蓄是国网四川省电力公司(简称“国网四川电力”)牵头申报的国家重点研发计划——“智能电网技术与装备”重点专项“分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术研究及应用示范”项目。

谈及初衷,国网四川电力副总工程师韩晓言告诉记者,我国《电力发展“十三五”规划》中,明确提出“全面推进分布式光伏发电建设,推动多能互补、协同优化的新能源电力综合开发”,水电是我国装机容量最大的可再生能源,是实现多能互补发电的重要纽带。然而,由于规划、管理、技术等方面的原因,我国可再生能源的“弃水弃光弃风”问题突出。

西南地区流域内太阳能资源丰富,为探索利用梯级水电,与光伏进行互补提供了良好的资源条件。国网四川电科院副院长丁理杰直言,利用梯级水电天然的上下库,扩建变速抽水蓄能机组,补偿光伏快速波动,可实现中长期电量互补、短期电力互补、实时控制互补,提高电源侧的水光联合可调度性与送出能力,提升电网侧分布式波动电源接纳能力和安全稳定运行能力,可减少可再生能源弃电,对建设新型电力系统具有重要的价值和意义。

国电南瑞单鹏珠告诉记者,梯级小水电与分布式光伏出力随机性各异,具有非连续和瞬时波动特性,梯级水光蓄互补系统受水库水流滞时、机组运行工况、电力电量和水量平衡等复杂因素影响,系统出力的多时间尺度随机耦合规律难以解析。“通过研制梯级水光蓄联合运行与智能调度系统,在光伏预测技术方面,解决了分布式光伏精细化预测技术难题;在联合运行与智能调度技术方面,解决了多目标多场景下,梯级水光蓄互补电站的实时调节与优化控制难题。”

突破国外技术封锁

春厂坝抽蓄并网发电,标志着我国首座自主研发的全功率变速抽水蓄能电站投运,突破了变速抽水蓄能国外垄断和技术封锁,实现了关键技术国产化,填补了国内技术空白。

记者采访了解到,通过技术引进,国内制造厂已基本掌握了常规定转速机组及电站相关机电设备的各项技术,技术能力自主可控,已基本实现了国产化。但是,变转速抽蓄机组在国内正处于应用起步阶段,国内制造厂尚无应用业绩。通过春厂坝抽蓄,我国研制出具有自主知识产权的变速恒频抽水蓄能成套设备,对实现变转速抽蓄机组在国内的应用及国产化起到了示范作用。

中国电建成都院承担了春厂坝抽蓄电站规划选点、预可研、可研和工程总承包工作,该院机电部副总工陈向东对记者表示,春厂坝抽蓄使我国掌握了梯级水光互补联合发电系统的规划设计、运行控制理论和技术,研制了具有自主知识产权的变速恒频抽水蓄能成套设备,研发了梯级水光蓄互补电站联合运行控制与智能调度系统,完成了世界首例梯级水光蓄互补联合运行发电系统工程示范,满足分布式光伏友好接入需求,解决了梯级小水电和分布式光伏联合供电及送出问题,支撑了能源结构清洁化转型。

变速抽水蓄能机组分为双馈式和全功率式,一般双馈式机组用于中大型机组,全功率式主要用于小型机组。为突破变速抽水蓄能关键技术,国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项安排了两个项目进行技术攻关,一个是由南方电网调峰调频发电有限公司承担的“海水抽水蓄能电站前瞻技术研究”项目,研发了10兆瓦双馈式变速抽蓄机组样机;另一个是由国网四川电力牵头的“分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术研究及应用示范”项目,研发了国内首台全功率变速恒频抽水蓄能机组,并在春厂坝电站进行示范应用。

响应新能源快速功率波动需求

春厂坝抽蓄采用全功率变速模式,具有运行效率高、响应速度快、调节范围宽、无功支撑强、抽水功率可调等优点,适合与新能源进行互补联合发电,可补偿新能源百毫秒级快速功率波动。

据中国电建四川小金川水电开发有限公司总经理杨炳全介绍,常规可逆式抽水蓄能机组的调节速度,难以满足水光蓄互补系统中实时控制对秒级快速功率波动的需求。依托国家级科研项目,国网四川电力牵头,联合国电南瑞、中国水科院、哈尔滨电机厂、中国电建成都院、中国电建水电开发集团等单位,通过研发全功率变速恒频可逆式抽水蓄能成套设备,在机组设计方面,解决了宽调节范围与高效稳定等多目标平衡的技术难题;在全功率变流器设计方面,解决了电能变换效率提升、友好并网和无功控制问题;在成套设备协同控制方面,解决了不同水头扬程等多工况下高效稳定运行与功率快速响应协同的技术难题。

“随着成本下降,以全功率变速恒频抽水蓄能机组技术为基础,利用已有的梯级水电天然的上下库和水工系统,对常规梯级水电进行改建扩建,形成混合抽水蓄能电站成为趋势。”国网四川电科院系统技术中心副主任陈刚认为,混合抽水蓄能电站作为一种优质的储能资源,建设周期短、投资小,适合与新能源进行互补联合发电,是未来抽水蓄能发展的重要方向之一,可在电源侧广泛推广应用。(苏南)

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