中国储能网讯：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。眼下正值阳春三月，油菜花点缀起片片金黄，粉红的桃花吐蕊争艳。在梧桐山下，永安溪畔，国网新源控股有限公司仙居抽水蓄能电站建设工程正如火如荼地施工。进入埋深达450多米的地下厂房，呈现在眼前的是紧张繁忙的机组调试场面。1号机组即将进入并网发电阶段，电站建设迎来最关键的时期。

仙居电站总经理姜成海介绍说：“仙居电站安装了4台大型抽水蓄能机组，单机容量目前全国最大，达37.5万千瓦，并且全部具有我国自主知识产权。”单机容量37.5万千瓦机组的安装应用，树立了我国抽水蓄能事业新的里程碑。

可就在10年前，我国抽水蓄能领域相关技术研究还是一片荒漠，抽水蓄能电站的设备全部是舶来品。

摘下水电“皇冠上的明珠”，破解水泵水轮机双向运行难题

“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，抽水蓄能机组的设计、制造难度远高于常规水电机组。”国网新源公司副总经理高苏杰说。设备依靠进口，曾是制约我国抽水蓄能发展的关键点，若想解决这一问题，必须实现设备国产化，破解抽水蓄能机组双向运行难题。

水泵水轮机是需要翻越的第一座大山。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。

“双向运行听上去简单，但做起来极难。就好像是一只鸡，让它兼具公鸡与母鸡的功能，既能下蛋，还能打鸣。”国家科技支撑计划“大型抽水蓄能机组成套设备研制”课题负责人覃大清解释说，“了解流体力学的人都清楚，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。设备结构复杂，整体安全性降低，有时还会引发剧烈振动，导致机组无法并网。”

为了破解这一世界性难题，研究人员用了2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%。哈尔滨大电机研究所所长李正说：“响水涧水泵水轮机的成功研制，标志着我国在该领域的研究已经处于国际领先水平。”

依靠过硬的设计能力，创新发电电动机转子机构安全性方法

抽水蓄能机组的发电电动机与水泵水轮机的运行方式类似，通过转子的正向与反向转动，实现发电机和电动机两种功能。那么，它的研发突破点又在哪里呢?

“转子高速运转带来的结构安全性。”哈尔滨电机厂前总工程师王国海解释说，“和常规水电机组相比，抽水蓄能发电电动机转子运行转速高。拿三峡巨型水轮发电机相比，虽然响水涧电站的单机容量还不到三峡发电机的一半，但转速却是三峡发电机的3倍多。在这么高的转速下，发电电动机转子要频繁承受机组启停、正反转过程中交变负荷和冲击负荷，对转子的结构安全性是一个巨大考验。水电行业有一个共识，就是抽水蓄能机组发电电动机的研制难度，一般是常规水电机组的2到3倍。三峡电站第一台机组2003年7月就正式并网发电了，可直到响水涧电站之前，我们还没有自主研制发电电动机的能力。”

结构安全性研究没有捷径可走，只能依靠过硬的设计能力。“产品质量首先是设计出来的，其次才是制造出来的。”在东方电机有限公司副总工程师郑小康的带领下，设计攻关团队针对发电电动机转子结构的安全性问题开展了深入研究。

最优设计方案的选取，要通过长时间大量的分析计算。为了节省研究时间，攻关团队创造性地提出了发电电动机磁极线圈刚强度分层计算方法。在满足计算精度的同时，有效降低计算量，解决计算分析难题。短时间内，多个设计方案的计算结果和优化方案相继出炉，设计团队优中选优，经过10余次筛选修改，最终选择了转子柔性固定方案。为了验证设计方案的可靠性，东方电机有限公司又研制出世界首个全尺寸、全模拟真机、全极限工况的发电电动机静态加载试验台，开展试验验证。

试验结果振奋人心!经过模拟验证，转子柔性固定方式能自动适应转子不同转速、不同工况的需要，保持恒定约束力，大幅加强转子结构安全性。为了确保万无一失，研究团队又针对设计方案组织了两次全国专家评审会，设计方案得到了与会专家的一致通过。

找到自主化的最后一块拼图，研制开发自动控制系统

自动控制系统是抽水蓄能电站的“大脑”和“中枢神经”，用来指挥、协调、控制电站的所有设备。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。

如此高含金量的技术，早已被国际知名企业牢牢控制，技术引进无从谈起，也就意味着没有任何成熟经验可以借鉴和参考。为了打破技术垄断，实现从无到有的突破，国家电网先后两次立项，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。

南瑞集团具备深耕自动控制领域的技术底蕴，国网新源公司拥有长期运营抽水蓄能业务的专业能力，双方科研人员通力合作，奋力攀登。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厘清，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。不仅如此，引进控制系统存在的机组启动转速摆动大、参数测量精度低、灭磁速度慢等问题，也一一被克服。

抽水蓄能设备自主化工作的最后一块拼图终于被找到了。

历经10年攻坚克难，我国在抽水蓄能技术领域实现从跟随到引领、从进口到出口、从中国制造到中国创造的根本性跨越。2011年以来，我国相继建成安徽响水涧、福建仙游两座主机设备完全自主化的大型抽水蓄能电站，两座电站分获国家优质工程奖和国家优质工程金质奖。2013年，我国获得伊朗阿扎得抽水蓄能电站2台机组供货合同。我国抽水蓄能领域所取得的成就，得到了国内乃至国际水电行业的高度认可。抽水蓄能自主研发终于实现了弯道超车。

我国抽水蓄能事业的根本性跨越鲜明地表明，重大装备制造业的强力支撑，促使水电事业加快发展，中国由水电大国向水电强国转变的步伐愈发强健。按照国家发改委的规划，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超标价格大幅下降，预计2025年可为国家至少节省上百亿元资金。

雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。经过10年励精图治，我们有理由相信，我国抽水蓄能事业的明天将更加美好。(牛翔宇 傅诚 衣传宝)