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国网新源公司高质量推进抽水蓄能电站开发建设

作者:高雅 来源:国家电网报 发布时间:2021-09-24 浏览:
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中国储能网讯:9月9日,抽水蓄能发展再迎新利好。国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》,提出到2035年,形成满足新能源高比例大规模发展需求的,技术先进、管理优质、国际竞争力强的抽水蓄能现代化产业,培育形成一批抽水蓄能大型骨干企业。

国家电网有限公司高度重视抽水蓄能发展,“十三五”以来开工建设了一批重点项目,今年3月又出台构建新型电力系统加快抽水蓄能开发建设六项重要举措。国网新源控股有限公司作为公司集约化、专业化开发建设运营抽水蓄能电站的平台企业,在抽水蓄能领域积累了丰富的建设、运维经验,并致力于科技创新,推动设备国产化和标准建设,为促进行业持续健康高质量发展作出积极探索。

创新施工工艺 建设精品工程

“癸丑之三月晦,自宁海出西门。云散日朗,人意山光,俱有喜态。”在《徐霞客游记》开篇第一句描述的浙江宁海县,青山碧水间,一座抽水蓄能电站正在紧锣密鼓地建设中。

8月19日凌晨,伴随着机器的轰鸣声,超小转弯半径硬岩全断面隧道掘进机(TBM)在181天的掘进作业后,从宁海抽水蓄能电站工程厂房自流排水洞出洞。在直径3.5米、长2522.4米的隧洞内,岩壁上一环环浅浅的纹理,是TBM穿行的痕迹,也是国网新源公司抽水蓄能电站隧洞施工工艺的体现。

抽水蓄能电站的隧道洞室藏于山体内,是电站的核心区域。洞室和通道的开挖、支护是抽水蓄能电站施工最难的部分之一。与传统人工钻爆作业相比,TBM施工技术具有安全风险低、环境影响小、自动化程度高、施工速度快、进度保证率高的优点。

2019年,为山东文登抽水蓄能电站量身定制的超小转弯半径TBM研发成功并投入应用。这是我国首次将TBM施工方法引入抽水蓄能工程建设。今年1月20日,TBM从文登抽水蓄能电站运抵宁海抽水蓄能电站,重新组装、调试后,开始应用于宁海抽水蓄能电站的建设中。“我们在TBM尾部增设了一台储渣矿车,在厂房排水洞外布设了两条轨线和两台出渣电瓶车,实现洞室开挖出渣同步作业,明显提高了掘进速率。”宁海抽水蓄能电站负责人马明刚介绍,在厂房排水洞开挖过程中,TBM月进尺超过530.76米,单日进尺达26米,创下了国内抽水蓄能行业内的最快纪录。

目前,国网新源公司在建抽水蓄能电站共有30座。该公司副总经理路振刚说:“在建项目多,就意味着施工中有很多短洞要打,可以通过统一洞径,用TBM在一个电站打完,再接着打另一个,实现迭代长打,这是管理突破。此外,TBM能够实现小转弯,可以把原来上下三层独立的洞室串到一起变成螺旋形的长洞,实现短洞长打,这是技术突破。”电站群的建设让TBM利用效率更高,摊薄了单个项目成本,实现经济效益最大化。

国网新源公司积极推广机械化施工工艺。目前,除了超小转弯半径TBM在推广应用,大断面平洞TBM、斜井TBM、可变径TBM等系列设备应用试点和TBM施工洞室支护方案、定额编制等配套研究工作也在有序推进。针对抽水蓄能电站输水隧洞布置特点,该公司还创新应用高精度定向钻结合反井钻进行陡倾角、长斜井开挖施工,创新了斜井施工新工艺。

针对传统地质灾害排查预警不及时等问题,国网新源公司还引进了地质灾害隐患卫星遥感排查与监测预警系统,于2020年在陕西镇安、重庆蟠龙抽水蓄能电站开展试点应用,实现对试点电站所有工程区域的实时监测分析。今年4月,该系统提前13小时预警了镇安抽水蓄能电站公路高边坡塌方,不仅帮助施工人员及时撤离,也为应急处置工作争取了宝贵时间。

在管控体系方面,国网新源公司以数字化转型为契机,运用“大云物移智”等技术,开展基建数字化管控系统建设,打造统一、开放、共享的基建数字化管控平台,目前已完成33个基建数字化模块的研发和两级部署;在项目层面全面推广地质灾害隐患卫星遥感监测、非接触式灌浆监控、施工用电智能监控、工程安全监测、质量验评、试验检测、移动巡检等模块,实现对项目建设关键环节的智能管控。

推动设备国产化 引领行业技术方向

在有“神仙居所”美誉的浙江省仙居县,千嶂叠翠,清流湍急,风光秀美。在梧桐山下,永安溪畔,坐落着仙居抽水蓄能电站。这是我国首座自主研发、自主制造、自主安装、自主调试的抽水蓄能电站。

抽水蓄能机组集水泵和水电机组功能于一体,正向抽水储能,反向放水发电,其水力、机械、电气和控制技术与常规水泵、水电机组存在本质差别。2003年以前,我国抽水蓄能机组全部依赖进口,缺乏抽水蓄能技术研究的理论积累、开发能力和实验研究平台。

2003年,我国通过打捆招标和技贸结合的方式,从国外引进了30万千瓦大型抽水蓄能机组设备的设计和制造技术。2010年,在仙居抽水蓄能电站这块试验田上,我国开展了40万千瓦级抽水蓄能机组研发制造,进一步提升抽水蓄能装备国产化水平。

2016年4月,仙居抽水蓄能电站1号机组成功并网发电,机组的核心水泵水轮机、发电机以及自动控制系统均拥有自主知识产权,实现了40万千瓦级抽水蓄能机组关键技术完全国产自主化。

“国产化道路不会一帆风顺,不可能一个坑都踩不到,但我们也要蹚出一条新路,支撑国产化技术进步。”时任仙居抽水蓄能电站负责人姜成海说。

在发现问题、解决问题中,我国抽水蓄能技术取得了长足的进步。位于湖南省长沙市望城区的黑麋峰抽水蓄能电站4号机组存在特定水头限负荷运行的问题。2015年,国网新源公司开展该机组优化工作。经过32轮模型试验、8次专题协调会,“6+6”长短叶片转轮的优化方案被确定下来。作为世界首台应用“6+6”长短叶片转轮的抽水蓄能机组,4号机组更换转轮后,使得整个黑麋峰抽水蓄能电站的稳定性、安全性及服务大电网能力都得到大幅提升。

国网新源公司始终将科技创新摆在突出重要位置,联合有关高校、科研院所、设计院、制造厂家等单位开展攻关,历时十余年,在抽水蓄能水泵水轮机、发电电动机、计算机监控系统、静止变频系统、调速系统、励磁系统、继电保护系统及调试、运行和其他辅助装备等方面取得全面突破。

6月份,我国首座700米级水头抽水蓄能电站——吉林敦化抽水蓄能电站1号机组投产发电。工程在电站设计、制造、安装,机组水力、电机、结构等多方面取得了重大突破:电站设计的出线电缆为国内最长单根无中间接头500千伏交联聚乙烯高压电缆;机组额定水头655米,最高扬程达712米,是我国首次自主研制的700米级超高水头、高转速、大容量抽水蓄能机组;发电机采用“一根轴”结构,解决了高转速机组摆度控制难题;推力轴承创新采用喷淋式冷却方式,提高了机组效率和推力轴承的承载能力。

围绕抽水蓄能“卡脖子”问题,国网新源公司加速关键核心技术攻关,累计获得省部级和行业科学技术奖114项,取得专利授权2101项(其中发明专利270项);加强技术标准布局,共承担和参与制定、修订国际标准2项、国家标准26项以及行业、团体、公司等标准131项,逐步引领国内抽水蓄能行业技术方向。

保障大电网安全 促进新能源消纳

9月6日,目前世界在建装机规模最大的抽水蓄能电站——河北丰宁抽水蓄能电站具备倒送电条件。这座2022年北京冬奥会配套绿色能源重点工程的总装机容量达到360万千瓦,12台机组全部投运后,每年可促进消纳风电、太阳能发电超过87亿千瓦时。

新能源发电易受天气变化影响,出力不稳定,需要汇集各种资源参与系统调节,以增强整体灵活性、适应性。抽水蓄能技术成熟,具有调峰、调频、调相、储能、系统备用和黑启动等六大功能和容量大、工况多、速度快、可靠性高、经济性好等五大技术经济优势,在保障大电网安全、促进新能源消纳、提升全系统性能等方面发挥着重要作用。

位于辽宁丹东的蒲石河抽水蓄能电站是我国东北地区建成的第一座大型抽水蓄能电站。今年,为助力东北地区风电消纳,蒲石河抽水蓄能电站响应调度指令要求,临时启动机组抽水516台次;为保障东北电网运行的稳定性,3台机组单日最高启动次数达到19次。

国家电网已经成为全球新能源装机规模最大、发展最快的电网。公司经营区在运抽水蓄能电站28座、装机2341万千瓦,在建35座、装机4853万千瓦,保障着大电网的安全稳定运行。

“作为以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分,抽水蓄能电站可以有效应对新能源发电的随机性和波动性,它的双倍调节能力能满足新能源‘靠天吃饭’带来的灵活调节需求。”国网新源公司发展部主任余贤华说,抽水蓄能电站在2~3分钟内便可以启动,迅速响应电网需求,是当前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源。

今年夏天,浙江省全社会最高用电负荷突破1亿千瓦,创下新高。抽水蓄能电站面对大负荷考验也变得“忙碌”起来。8月12日9时,华东电力调度控制分中心要求浙江桐柏抽水蓄能电站启动3台机组发电运行。

作为电网调峰的重要手段,抽水蓄能电站能够有效调节电力生产、供应、使用之间的动态平衡,助力大电网平稳运行。8月12日,桐柏抽水蓄能电站不再采用典型的“两发一抽”或者“两发两抽”运行方式,而是增加运行频次,采用“三发两抽”的运行方式:在上午、下午、晚间3个用电高峰时段发电运行,中午、凌晨2个用电低谷时段抽水运行,以补充发电运行时段消耗的上水库水量,为用电高峰期发电做好准备。

“抽水蓄能电站就像一个用水做成的大型蓄电池,利用上下水库的落差,在电网负荷低谷时可将电能转化为水的势能储存起来,负荷高峰时再将水能转化为电能,实现削峰填谷。”余贤华介绍,当各地迎来较高用电负荷时,抽水蓄能电站会根据电网需求改变运行模式。

今年1~8月,国网新源公司全部抽水蓄能机组累计启动41076次,较去年同期增长19.46%;发电量176.27亿千瓦时,较去年同期增长20.92%;促进新能源电量消纳162亿千瓦时。

关键字:抽水蓄能电站

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