打造“巨型充電寶” 為國家實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標作出貢獻
來源：電機公司
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發(fā)布時間：2025-01-04
——哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司
一、案例背景
我國抽水蓄能技術已經經歷初期的“打捆招標、引進技術、分包制造”、“國內負責、必要時國外支持”和“國內廠家獨立設計制造機組和成套主要輔機和附屬設備”的國產化三個階段，目前已進入完全自主化階段。國內廠家、設計院也已成功掌握中低水頭段抽水蓄能電站和機組的相關關鍵技術，積累了豐富的經驗，電站相繼成功投運。
抽水蓄能電站在電網(wǎng)中承擔調峰、填谷、緊急事故備用任務，兼有調頻、調相和黑啟動、儲能作用，是電網(wǎng)的“穩(wěn)定器” “調節(jié)器” “充電寶”。陽江抽水蓄能電站裝機規(guī)模2400MW，一期建設規(guī)模1200MW。水泵水輪機額定出力408.16MW，最大揚程705.9m，額定轉速500r/min，機組具有超高水頭、高轉速、國內單機容量最大、技術指標最高、設計制造難度國內最大等特點。
2012年，國家發(fā)改委《發(fā)改辦能源[2012]2972號》文件中將陽江抽水蓄能電站工程列為我國“40萬千瓦級抽水蓄能電站機組設備自主化的依托項目”，機組設備按國家國產化部署開展相關前期工作?；谠?0萬千瓦、500米級水頭蓄能機組技術方面的經驗積累，結合國外抽蓄技術的發(fā)展前沿調研，國內外廠家的技術交流討論，梳理發(fā)現(xiàn)，對于40萬千瓦700米級高穩(wěn)定性抽蓄機組關鍵技術方面還存在諸多難題。
公司自主研制400兆瓦國內單機容量最大、700米超高水頭陽江抽水蓄能電站機組
因此，電機公司依托陽江抽水蓄能電站，深入開展40萬千瓦700米級抽水蓄能機組關鍵技術研究和應用，陽江電站的成功投運將對保障廣東省尤其是粵港澳大灣區(qū)電網(wǎng)安全、促進陽江海上風電等清潔能源消納，實現(xiàn)國家“碳達峰、碳中和”目標具有重要意義。同時，研究成果將為后續(xù)超高水頭、超大容量抽水蓄能電站的安全、可靠、穩(wěn)定運行提供技術支撐，促進我國抽水蓄能技術向高、精、尖方向發(fā)展，推動我國抽水蓄能技術達到更高水平。
二、主要做法
電機公司歷經十年科研攻關，攻克了多項技術難題，形成了多項具有自主知識產權的關鍵技術，將我國40萬千瓦700米級抽水蓄能機組關鍵技術提升至國際領先水平，創(chuàng)新點如下：
1.“穩(wěn)定性優(yōu)先，綜合性能最優(yōu)”的水力設計技術
陽江抽水蓄能電站水泵水輪機采用 “穩(wěn)定性優(yōu)先，綜合性能最優(yōu)”的水力設計理念，以追求陽江抽水蓄能電站400MW級超大容量、超高水頭水泵水輪機穩(wěn)定為目標，創(chuàng)新的采用了能夠從根本上提高超大容量、超高水頭長短葉片水泵水輪機水力穩(wěn)定性的優(yōu)化設計方法。從長短葉片水泵水輪機葉片空間位置確定方法、超大容量水泵水輪機葉片翼型創(chuàng)新設計、新型低損耗雙列葉柵水力優(yōu)化設計等方面入手，以轉輪水力優(yōu)化設計、過渡過程仿真計算和動應力準確預測的聯(lián)合迭代優(yōu)化為手段，從本質上提升了700m水頭400MW級超大容量水泵水輪機額定工況下的水力穩(wěn)定性，同時具備優(yōu)異的部分負荷水力穩(wěn)定性和較高的加權效率水平，形成了新一代水力性能高度穩(wěn)定、過渡過程高度友好、部件高度安全可靠的超高水頭、超大容量長短葉片水泵水輪機，與同類水泵水輪機相比，綜合性能最好、主要單項性能指標優(yōu)秀?？傮w上達到世界領先水平。
2.先進穩(wěn)定的水泵水輪機結構設計技術
陽江抽水蓄能電站水輪機型式為豎軸混流式，金屬蝸殼，包角約為345o，彎肘型尾水管，水輪機工況旋轉方向為俯視順時針，水泵工況旋轉方向為俯視逆時針，用微機電液調速器控制機組運行。機組采用懸式結構，兩根軸三導支撐，水泵水輪機主軸與發(fā)電電動機主軸直接連接。水輪機主要包括轉動部分、導水機構部分、埋入部分和布置部分。機組采用上拆方式，水泵水輪機可拆卸部件如轉輪、主軸、主軸密封、水導軸承、頂蓋、導葉、導葉操作機構、接力器等均可以利用廠房內的橋式起重機通過發(fā)電電動機定子內孔吊出和吊入。在項目的結構設計過程中，為了確保水泵水輪機的各項性能指標優(yōu)良，達到精品要求，哈電電機公司對主要部件制定了優(yōu)等品考核指標，采用了先進的計算軟件，對水輪機重要部件的剛強度和疲勞強度進行了分析和計算，同時還全面總結和吸取了哈電電機公司以往及國外公司水泵水輪機的設計、制造、安裝和運行的經驗，并結合了哈電電機公司多年總結的水泵水輪機的反措條款，對陽江電站水泵水輪機結構進行了優(yōu)化設計。
2021年12月，國內單機容量最大的抽水蓄能機組陽江項目首臺400兆瓦精品機組投產發(fā)電
3. 高效可靠的發(fā)電電動機研發(fā)技術
項目組開展了400MW、500r/min抽水蓄能機組的電磁設計、軸系穩(wěn)定、通風冷卻、定轉子絕緣體系、推力軸承結構、轉動部件剛強度等方面的關鍵技術研究，研制了具有完全自主知識產權的、滿足電網(wǎng)需求的400MW、500r/min抽水蓄能機組，在研制過程中，為保證發(fā)電電動機的先進性以及運行可靠性，進行了多方面的創(chuàng)新。
陽江抽水蓄能項目獲得授權專利21件（其中發(fā)明專利6件），發(fā)表論文12篇，研究成果已在依托工程陽江抽水蓄能電站成功應用，并推廣至南寧、梅州二期、中洞等抽水蓄能電站，推動了超高水頭超大容量高穩(wěn)定性抽水蓄能機組的技術進步，經濟和社會效益顯著，推廣應用前景廣闊。
經過近10年的技術引進、消化吸收、創(chuàng)新，國內抽水蓄能技術自主化已經有著較為堅實的基礎，電機公司建立了抽水蓄能機組研發(fā)、設計、制造體系，有著世界一流的水力模型試驗室、發(fā)電電動機通風試驗模型裝置、大噸位推力軸承試驗裝置等試驗設施，以及世界先進水平的機組設備制造廠房與數(shù)控機床設施；掌握了500m水頭段的抽水蓄能機組研發(fā)、設計和制造技術，也有能力向更高目標挑戰(zhàn)；但在設計、制造700米級400MW以上的抽水蓄能電站還是空白，無論是其水力設計難度還是結構設計難度必將上升到一個新的高度。
通過本項目的研究，機組的水力設計、制造工藝水平以及電站過渡過程計算等關鍵技術均取得重大突破，該成果是我國抽水蓄能技術自主化進程中跨越式發(fā)展與趕超的重要節(jié)點，也是我國抽水蓄能技術發(fā)展的重要里程碑，使我國抽水蓄能開發(fā)技術躋身世界領先水平，也必將助力我國抽水蓄能“走出去”，對推動“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的實現(xiàn)具有重要的意義。
三、案例效果
建設陽江抽水蓄能電站，可優(yōu)化系統(tǒng)電源結構，提高電力系統(tǒng)經濟性能。在受端的廣東電網(wǎng)建設抽水蓄能電站可提高西電東送電量，降低輸電成本，充分發(fā)揮西電東送聯(lián)網(wǎng)效益。建設陽江抽水蓄能電站還可提高聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)輸電極限，增加系統(tǒng)安全穩(wěn)定裕度，為受端系統(tǒng)提供強有力的調相調壓手段，是解決廣東電網(wǎng)及聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題有力和有效的措施。伴隨廣東電力系統(tǒng)規(guī)模的快速擴大，對事故備用容量的要求也迅速增加，建設陽江抽水蓄能電站，可很大程度上增強系統(tǒng)的事故反應能力，適應西電東送輸電網(wǎng)絡復雜的運行要求，保證系統(tǒng)安全。
陽江抽水蓄能電站是我國抽水蓄能工程的最高峰。電站最高水頭超過700米、機組額定轉速500轉/分、綜合技術難度和技術水平為我國最高，被國家發(fā)改委列為40萬千瓦級抽水蓄能電站機組設備自主國產化的依托項目。
陽蓄電站一期3臺機組，工程設計年發(fā)電量12億千瓦時，已于2022年6月全部投產發(fā)電，每年可節(jié)約標煤約16.9萬噸、減排溫室氣體總量約51.8萬噸，減少二氧化硫及粉塵排放0.35萬噸，對保障廣東省尤其是粵港澳大灣區(qū)電網(wǎng)安全、促進陽江海上風電等清潔能源消納，實現(xiàn)國家“碳達峰、碳中和”目標具有重要意義。
電機公司依托本項目，成果應用于多個重大工程，創(chuàng)新成果具有較強的移植性和推廣性，經濟和社會效益明顯，應用項目包括尚義4×350MW、易縣4×300MW、縉云6×300MW、鎮(zhèn)安4×350MW水泵水輪機、陽江3×400MW、濰坊4×300MW、天臺4×425MW、南寧4×300MW、撫寧4×300MW、梅州二期4×300MW共41臺套機組，合同金額為802308.55萬元。
公司研制的陽江抽水蓄能項目首臺轉子成功吊裝
持續(xù)引領水電技術的變革升級。電機公司依托抽水蓄能機組開發(fā)，創(chuàng)新研發(fā)了大扭轉翼型長短葉片轉輪，率先攻克水泵水輪機“S”特性和“駝峰”特性等世界性難題。哈電電機打破傳統(tǒng)混流式水電機組只在45-100%負荷穩(wěn)定運行的狀況，自主研制0-100%全負荷穩(wěn)定運行的新一代水電機組，具有更寬幅的穩(wěn)定工況，并在多個重大工程中應用，這其中最為典型的便是被譽為“中國水電之母”的豐滿水電站，6臺機組投運后，全部實現(xiàn)了“0-100%全負荷范圍內穩(wěn)定運行”，機組水導軸承擺度均控制在0.1毫米以內，大軸擺度數(shù)據(jù)創(chuàng)下全國最優(yōu)。與此同時，這一技術還在李家峽電站改造、幾內亞蘇阿皮蒂等多個重大工程中實踐，持續(xù)鞏固著哈電電機該領域的國際領先地位。
近年來，哈電電機組織制修訂各類國際標準8項，特別是在水輪機行業(yè)、大型旋轉電機行業(yè)，分別首次代表我國，作為國際標準召集人，牽頭制定了IEC 62882《混流式水輪機壓力脈動換算技術規(guī)范》、IEC 60034-33《同步水輪發(fā)電機和發(fā)電電動機基本技術條件》，大大提升了我國在國際大水電領域的影響力和國際標準話語權，對國內企業(yè)開發(fā)國際市場，參與“一帶一路”建設起到重要的推動作用。哈電電機在發(fā)電裝備領域共獲得國家科技進步獎4項、省部級科技獎勵60項。其中就包括哈電電機為適應建設新型電力系統(tǒng)需要，研制的抽水蓄能機組。迄今為止，哈電電機共參與了28座電站、100臺套抽水蓄能機組的研制，總容量達2932萬千瓦，國內市場占有率穩(wěn)居第一。哈電電機中標的由三峽集團投資建設的浙江天臺抽水蓄能電站主機設備，單機容量425兆瓦，為國內之首；額定水頭724米，為世界最高；是我國綜合難度最大的抽水蓄能電站工程項目。
不斷增添著“新動能、新本領”。站在新時代，電機公司更為關注傳統(tǒng)元素的現(xiàn)代化表達，將智能制造、數(shù)字化制造引入生產。開發(fā)的焊接機器人工作站，采用“人機協(xié)同遙控焊接技術”，使人工勞動強度下降90%，使生產效率提升一倍左右，焊接質量穩(wěn)定性大幅提高,并能有效降低耗材，極大改善作業(yè)環(huán)境。助力我國“智能制造”行穩(wěn)致遠，哈電電機構建了以水電云服務平臺為中心，集故障智能診斷、產品維護、售后服務、備品管理及產品優(yōu)化為一體的水力發(fā)電設備智能遠程運維新模式支持系統(tǒng)，而今已在國網(wǎng)新源豐滿水電站、葛洲壩電站等得到應用，填補了我國在電站遠程智能運維方面的長期空白。
電機公司行業(yè)影響力持續(xù)擴大：100萬千瓦水電、100萬千瓦火電，125萬千瓦核電機組成功研制；引水大泵打破國外壟斷，一枝獨秀；脈沖發(fā)電機填補國內空白，主要指標達到國際先進水平；大型抽水蓄能機組性能先進、指標優(yōu)良；我國單機容量最大的600千瓦海底式潮流發(fā)電機實現(xiàn)了國產化生產。
積極履行社會責任。公司站在助力東北振興、推動龍江經濟發(fā)展的全局高度，形成互利共贏的戰(zhàn)略合作局面?，F(xiàn)有長期供貨的本地供應商近200家，緊密合作的外委加工供應商40余家，本地配套率達34%以上，近5年本市配套總額超過40億元。
加大宣傳力度，樹立企業(yè)良好形象。公司以打造巨型“充電寶”為依托，在新華社、中央廣播電視總臺、經濟日報、科技日報等中央媒體重點欄目、重要版面刊發(fā)。人民日報《我們這十年|中國精度》，新華社《奮進新征程 建功新時代 非凡十年|黑龍江：在黑土地上奮力闖新路、開新局》，中國新聞社《今昔對比黑龍江，這些變化“杠杠滴”》，中國電力報《非凡十年|“紅色血脈”擎起民族動力之魂》等，央視《大國重器》第三季《動力澎湃》《智造中國》《中國大區(qū)域》《了不起的保險》《蓄能新觀察》等, 公司案例《打造綠色發(fā)展新“名片”》榮獲 2023 企業(yè)社會責任優(yōu)質案例獎項、《傳承》榮獲“大國頂梁柱 奮進新征程”第三屆中央企業(yè)社會主義核心價值觀主題微電影（微視頻）優(yōu)秀作品、《屹立在水電“珠峰”上的奇跡》入選質量強國建設微視頻優(yōu)秀作品名單，并在第五屆中國質量（成都）大會上展播。一系列宣傳展示了公司高質量發(fā)展成果,樹立了企業(yè)良好形象。
四、展望
電機公司將深入學習貫徹習近平新時代中國特色社會主義、黨的二十大精神，持續(xù)引領我國水電裝備技術水平和實力持續(xù)躍升，助力國家實現(xiàn)制造強國和‘雙碳’目標。新一輪能源變革蓄勢待發(fā)，哈電電機將用創(chuàng)新創(chuàng)造驅動能源裝備產業(yè)轉型升級，以實力實干擘畫大國重器新藍圖。