我國抽蓄機組及成套裝備實現自主化

　　十年砥礪成就中國創造──國網抽蓄機組及成套裝備自主化攻關紀實

　　浙江省仙居縣，千嶂疊翠，清流急湍，風光旖旎，素有“神仙居所”的美譽。梧桐山下，永安溪畔，國網浙江仙居抽水蓄能電站建設工程正如火如荼地進行。4月12日，該電站基建現場傳來佳音──由我國自主設計制造的電站1號機組成功并網發電。

　　2003年以前，我國抽水蓄能領域相關技術研究還處于一片空白，抽水蓄能電站的設備全部是“舶來品”。2011年10月，我國第一座機組設備完全自主化的抽水蓄能電站──國網安徽響水澗抽水蓄能電站成功建成，標志著我國成功掌握了抽水蓄能機組成套設備研制的核心技術。隨著2013年4月國網福建仙游抽水蓄能電站的正式投產發電，到如今仙居電站單機容量37.5萬千瓦機組的成功并網，我國抽水蓄能自主化設備不斷獲得推廣應用，強有力地支撐了我國抽水蓄能行業的快速發展。

　　十年破浪前行，在“努力超越、追求卓越”的號角聲中，國家電網公司引領我國抽水蓄能成套設備研制能力從無到有、從弱到強、從靜水深流到波瀾壯闊。

　　依賴進口曾是制約發展的痛點

　　“抽水蓄能機組，因為需要雙向運行，而且工況轉換復雜，運行水頭高，設備轉速高，設計、制造的難度遠遠高于常規水電機組。以我國當時的重裝備制造水平來說，發展抽水蓄能只能依靠進口設備。”國網新源公司副總經理高蘇杰告訴記者。

　　依靠“拿來主義”就要付出高昂的代價。外國廠商依仗技術優勢，讓我國在設備引進上毫無討價還價余地。技術服務受制于人，關鍵部件的供貨周期有時需要3~6個月。建設抽蓄電站，可謂異常艱難。

　　“當時我國建設一座抽蓄電站，核心機電設備投資要占總投資的一半以上，是國際市場一般水平的兩倍左右。”中國電建集團華東勘測設計研究院總工程師陳順義說。

　　高昂的投資成本、滯后的技術服務等問題，嚴重制約著我國抽水蓄能事業的發展。自二十世紀60年代我國在河北崗南建成第一座抽水蓄能電站，經過近40年的發展，到2003年，抽水蓄能電站裝機容量仍然只占電力裝機總量的1.6%，而歐洲、日本等發達國家的抽水蓄能裝機比例早已達到5%～10%。

　　高蘇杰坦言，當時國內抽水蓄能行業已經深刻認識到，實現抽水蓄能跨越式發展的基礎，就是必須打破國外技術壟斷，實現核心設備的自主化。

　　“后來者”向“領導者”的跨越

　　2003年3月21日，在國家發展改革委的統一組織下，國家電網公司、南方電網公司、中國機械工業聯合會等單位的專家齊聚一堂，正式提出要采取“技術引進—掌握優化—自主創新”的“三步走”發展戰略，通過產、學、研、用的勠力同心“總體戰”，逐步實現我國抽水蓄能電站機組及成套設備制造自主化。

　　這是我國抽水蓄能行業自主化進程中具有歷史性的一天，從這一天開始，我國抽水蓄能設備自主創新的大幕正式拉開。

　　令旗揮動，三軍用命。有關招標領導小組經過一年多的談判，從國際知名的7家抽水蓄能裝備制造商中確定了寶泉等3座新建抽水蓄能電站主機設備的中標對象。同時，我方在“技術轉讓標”的談判中也取得了巨大成功，設備制造商承諾無條件、無保留地轉讓其核心技術。這一將設備與技術“打捆招標”的模式，與我國高鐵“以市場換技術”的思路不謀而合，為我國抽水蓄能技術的快速發展開辟了坦途。

　　自主創新，在技術上實現真正趕超──實現這一目標，我國電力人僅用了3年時間。

　　摘下水電“皇冠上的明珠”

　　水泵水輪機是水泵與水輪機的結合，可以實現水泵抽水儲能，又可以化身為水輪機拖動發電機發電，是抽水蓄能電站最核心的設備。實現這種功能上的“可逆”，依靠的是它正反雙向運行的獨特能力。

　　國家科技支撐計劃“大型抽水蓄能機組成套設備研制”課題負責人覃大清告訴記者，水泵和水輪機的水力特性是完全相反的，依靠常規設計手段難以兼顧設備的穩定性和效率，所以有人把水泵水輪機水力設計比喻為水電技術領域“皇冠上的明珠”。國外一般采取在轉輪上安裝非同步導葉的機械手段提升設備穩定性，但是治標不治本。

　　為了破解這一世界性難題，國家電網公司研究人員用了兩年時間，通過對幾十個水泵水輪機模型和上百種設計方案的分析論證和試驗，制定了以水泵與水輪機特性并行迭代的水力優化設計方法，采用水力手段，從根本上保障了水泵水輪機雙向運行的穩定性。此外，依托國家973計劃“水力發電設備前沿技術研究”等科研課題研究，研究人員還研發出降低水泵水輪機無葉區壓力脈動方法、混流式水泵水輪機長短葉片轉輪等獨創技術，獲得5項發明專利。在保證穩定性的同時，實現了水泵水輪機效率的同步提高。

　　依靠這些技術成果，我國首個完全自主設計研制的國網安徽響水澗抽水蓄能電站水泵水輪機真機模型，成功通過了瑞士洛桑中立試驗臺的模型驗收試驗，最優效率達94.28%。

　　找到自主化的最后一塊拼圖

　　作為抽水蓄能電站的“大腦”和“中樞神經”，自動控制系統指揮、協調、控制著電站的所有設備。由于抽水蓄能機組運行工況多、轉換復雜，其控制系統模型和參數設計極其復雜，安全可靠性要求極高，已成為抽水蓄能領域的核心技術。

　　為了打破技術壟斷，實現從無到有的突破，國家電網公司先后兩次立項，由國網新源公司和南瑞集團公司共同承擔，開啟了大型抽水蓄能電站自動控制系統自主研制之路。

　　經過6年多時間，歷經1000多次模型試驗驗證，抽水蓄能電站控制邏輯關系終于被掌握，具有完全自主知識產權的大型抽水蓄能電站計算機監控、勵磁、調速和保護系統通過自主調試，成功應用于安徽響水澗、福建仙游抽水蓄能電站。2013年，我國設備廠商獲得伊朗阿扎得抽水蓄能電站2臺機組供貨合同。

　　抽水蓄能設備自主化工作的最后一塊拼圖終于被找到。

　　按照國家發展改革委的規劃，到2025年，我國抽水蓄能電站裝機容量將增加至1億千瓦。由于我國抽水蓄能技術實現根本性跨越，使得國內市場的設備招標價格大幅下降，預計可為國家至少節省上百億元資金。

　　10年攻堅克難，國家電網公司引領我國抽水蓄能技術實現從跟隨到引領；十年砥礪前行，從“中國制造”到“中國創造”的夢想正在照進現實。新電改為抽水蓄能電站發展帶來了機遇，在已經開啟的“十三五”時期，抽水蓄能電站將發揮更大的魅力與潛力。（記者朱怡）

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