“黑麋峰中低水頭抽水蓄能機(jī)組技術(shù)國產(chǎn)化改造升級項(xiàng)目整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。”6月10日，東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司（簡稱“東方電機(jī)”）在湖南長沙組織召開了黑麋峰中低水頭抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化改造技術(shù)成果總結(jié)暨專家鑒定會，與會專家給出了一致結(jié)論。黑麋峰改造項(xiàng)目是首次由國內(nèi)廠家對引進(jìn)技術(shù)的抽蓄機(jī)組進(jìn)行的國產(chǎn)化改造，東方電機(jī)在300米水頭段抽水蓄能關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了重大突破，樹立了抽水蓄能機(jī)組技術(shù)國產(chǎn)化改造的典范。


“黑麋峰抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化改造，徹底解決了長期困擾電站安全運(yùn)行的特定水頭限負(fù)荷、非同步導(dǎo)葉等一系列問題。東方電機(jī)發(fā)明了一種頭部懸伸式6+6長短葉片新型轉(zhuǎn)輪，在保證能量特性的同時(shí)，解決了機(jī)組相位共振及動靜干涉引起的振動超標(biāo)和異常噪聲問題。”東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司副總經(jīng)理尹國軍接受《中國電力報(bào)》記者采訪時(shí)表示，新轉(zhuǎn)輪是世界上首個得到工程應(yīng)用的6+6長短葉片轉(zhuǎn)輪，為水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)開辟了一條全新的技術(shù)路線。

國內(nèi)首個抽蓄改造機(jī)組換上“中國心”

核心閱讀 黑麋峰抽水蓄能機(jī)組改造是首次由國內(nèi)廠家成功改造國外廠家設(shè)計(jì)的機(jī)組，被行業(yè)內(nèi)專家譽(yù)為“抽水蓄能機(jī)組技術(shù)國產(chǎn)化的典范”，也標(biāo)志著東方電機(jī)在300米水頭段水泵水輪機(jī)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得突破。

黑麋峰抽水蓄能電站位于湖南省長沙市望城區(qū)，是湖南第一座抽水蓄能電站，也是湖南省目前唯一在運(yùn)的抽水蓄能電站。該電站安裝4臺30萬千瓦可逆式抽水蓄能機(jī)組，額定水頭295米，轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘，全部機(jī)組采用國外公司技術(shù)和設(shè)計(jì)方案，是我國發(fā)電設(shè)備企業(yè)通過“打捆招標(biāo)”引進(jìn)國外技術(shù)的典型機(jī)組。

該機(jī)組自2010年投運(yùn)以來，一直存在諸多穩(wěn)定性問題。尤其是4號機(jī)組，存在“特定水頭限負(fù)荷運(yùn)行”“采用非同步導(dǎo)葉并網(wǎng)”等問題，為保障電站安全運(yùn)行，國網(wǎng)新源控股有限公司于2017年啟動了4號機(jī)組改造工程，東方電機(jī)承擔(dān)了機(jī)組國產(chǎn)化改造核心技術(shù)攻關(guān)任務(wù)。

“在國網(wǎng)新源控股有限公司的主導(dǎo)和黑麋峰抽水蓄能有限公司的大力支持下，東方電機(jī)通過多輪次優(yōu)化和多方案比選，在多個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了大膽創(chuàng)新并取得突破。2020年12月，東方電機(jī)自主研制的世界首臺6+6長短葉片轉(zhuǎn)輪成功應(yīng)用于黑麋峰電站4號機(jī)組，國內(nèi)首個抽水蓄能改造機(jī)組換上了‘中國心’。”尹國軍告訴《中國電力報(bào)》記者。

通過對該機(jī)組改造，東方電機(jī)取得發(fā)明專利3項(xiàng)、實(shí)用新型專利12項(xiàng)。徹底解決了長期困擾電站安全運(yùn)行的一系列問題，達(dá)到了預(yù)期改造目標(biāo)。在解決過渡過程特性和非同步導(dǎo)葉問題的同時(shí)，還顯著改善了原轉(zhuǎn)輪的無葉區(qū)壓力脈動幅值偏高、水泵工況空化裕量不足等問題，同時(shí)保持了原轉(zhuǎn)輪的高效率水平，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組性能的全方位提升。

據(jù)了解，東方電機(jī)黑麋峰抽水蓄能機(jī)組改造新方案具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：一是首次采用了6+6長短葉片轉(zhuǎn)輪型式；二是首次將水輪機(jī)S特性區(qū)域細(xì)分為“大S”和“小S”，并對各分區(qū)對不同性能的影響進(jìn)行了量化研究；三是首次對轉(zhuǎn)輪幾何參數(shù)對不同區(qū)域S特性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)性試驗(yàn)研究，并總結(jié)了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

為國內(nèi)中低水頭段抽蓄機(jī)組改造樹立典范

核心閱讀 我國大規(guī)模開發(fā)建設(shè)抽水蓄能電站是近20年的事，經(jīng)過十幾年的運(yùn)行實(shí)踐，早期機(jī)組存在的主要問題之一就是因設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮到當(dāng)前抽蓄機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)對穩(wěn)定性的要求導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性較差。黑麋峰機(jī)組改造為其他類似電站改造提供了經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)路線。

“黑麋峰抽水蓄能機(jī)組是300米水頭段代表性機(jī)組，我國已投運(yùn)的抽水蓄能機(jī)組有一批與黑麋峰機(jī)組類似，水輪機(jī)結(jié)構(gòu)型式和水力設(shè)計(jì)接近，出現(xiàn)的問題和應(yīng)對措施也差不多。”中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司市場總監(jiān)張強(qiáng)接受《中國電力報(bào)》記者采訪時(shí)說，黑麋峰機(jī)組原9個葉片、20個導(dǎo)葉水輪機(jī)結(jié)構(gòu)型式在已運(yùn)行機(jī)組中具有代表性，出現(xiàn)問題后，采取投入非同步小導(dǎo)葉、球閥參與調(diào)節(jié)及調(diào)速器延遲10秒關(guān)閉等。黑麋峰機(jī)組改造采用6+6長短葉片，成功地解決了這一系列問題，為其他電站改造提供了經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)路線。

東方電機(jī)為黑麋峰4號機(jī)組自主研制的世界首臺“6+6”長短葉片轉(zhuǎn)輪，徹底解決了原機(jī)組遺留的一系列問題。改善了過渡過程特性，解決了原機(jī)組甩負(fù)荷過程尾水負(fù)壓問題，為電站摘掉“特定水頭限負(fù)荷運(yùn)行”的帽子創(chuàng)造了條件；改善了水輪機(jī)工況S特性，原機(jī)組需要預(yù)開6個非同步導(dǎo)葉才能并網(wǎng)，也是國內(nèi)已投運(yùn)抽蓄機(jī)組中情況最惡劣的，新機(jī)組徹底了取消非同步導(dǎo)葉，機(jī)組并網(wǎng)非常平穩(wěn)，啟動時(shí)間大大縮短。

此外，徹底消除了原機(jī)組引起的廠房內(nèi)以及上游管路2倍葉頻的異常噪聲問題，新機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)、安靜，水車室內(nèi)噪聲無任何優(yōu)勢頻率，現(xiàn)場體感改善明顯；徹底解決了原機(jī)組推力瓦溫偏高的問題，改造后瓦溫降低4~5攝氏度；顯著改善了廠房振動問題，新機(jī)組運(yùn)行時(shí)，機(jī)組各關(guān)鍵部位振動擺動非常優(yōu)秀，機(jī)組旁邊的樓板幾乎沒有振感；取消了球閥參與調(diào)解，消除了球閥的安全隱患，更好地保障了電站和機(jī)組的安全；取消了導(dǎo)葉延時(shí)關(guān)閉機(jī)制，新機(jī)組采用一段直線關(guān)閉即可全面滿足要求，極大地提升了運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

“將抽水蓄能電站比作是點(diǎn)亮電網(wǎng)的最后一根火柴一點(diǎn)都不夸張。到2030年我國風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到12億千瓦，大量受氣候影響的不穩(wěn)定電源進(jìn)入電網(wǎng)，將對電網(wǎng)安全造成很大影響，加之社會用電峰谷差加大，電網(wǎng)對儲能電站的需求量越來越大。”張強(qiáng)告訴《中國電力報(bào)》記者，目前在所有儲能技術(shù)中，抽水蓄能因其容量大、綜合效率高、壽命長、安全性高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，是保障電網(wǎng)安全的優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)電源。世界發(fā)達(dá)國家儲能裝機(jī)容量一般占電網(wǎng)總裝機(jī)容量的3~8%，目前我國儲能裝機(jī)占比不到1.5%，在國家“雙碳”目標(biāo)下，抽水蓄能將會有一個蓬勃發(fā)展期。

東方電機(jī)抽蓄機(jī)組整體研制水平世界領(lǐng)先

核心閱讀 從績溪抽水蓄能電站“一年五投六并網(wǎng)”創(chuàng)造行業(yè)新紀(jì)錄，到黑麋峰抽水蓄能改造樹立國產(chǎn)化改造典范；從國內(nèi)首臺700米水頭段敦化抽水蓄能電站投運(yùn)，到國內(nèi)最高水頭長龍山抽水蓄能電站通過單機(jī)甩100%負(fù)荷試驗(yàn)，東方電機(jī)抽水蓄能機(jī)組整體研制水平已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、世界一流水平。

“東方電機(jī)作為國家研制大型發(fā)電設(shè)備的重大技術(shù)裝備制造骨干企業(yè)，現(xiàn)已形成了水、火、核、氣、風(fēng)、光‘六電并舉’的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局，發(fā)電設(shè)備產(chǎn)量連續(xù)17年位居世界前列，國內(nèi)發(fā)電設(shè)備裝機(jī)容量穩(wěn)居行業(yè)第一。”尹國軍接受《中國電力報(bào)》記者采訪時(shí)表示，在抽水蓄能領(lǐng)域，東方電機(jī)是國內(nèi)首個同時(shí)具備抽水蓄能機(jī)組研制和整組調(diào)試能力的發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)，在制和已運(yùn)行機(jī)組65臺套，機(jī)組容量覆蓋4萬千瓦至37.5萬千瓦，國內(nèi)市場占有率達(dá)到38%。

三十多年來，東方電機(jī)勇攀抽水蓄能高峰。抽水蓄能機(jī)組單機(jī)容量從4萬千瓦到國內(nèi)最大的37.5萬千瓦，水頭從國內(nèi)首個650米、首個700米到國內(nèi)最高水頭750米，轉(zhuǎn)速從150轉(zhuǎn)每分鐘到500轉(zhuǎn)每分鐘。目前，東方電機(jī)已成為抽水蓄能行業(yè)研發(fā)技術(shù)水平最高、加工制造能力最強(qiáng)的企業(yè)之一，抽水蓄能機(jī)組整體研制水平已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、世界一流水平。牢牢把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在了自己手中。

2020年，東方電機(jī)為績溪項(xiàng)目研制的抽水蓄能機(jī)組實(shí)現(xiàn)了“一年五投六并網(wǎng)”目標(biāo)，創(chuàng)造了業(yè)內(nèi)抽水蓄能機(jī)組安裝調(diào)試的新紀(jì)錄；今年6月4日，東方電機(jī)研制的敦化抽水蓄能電站國內(nèi)首臺700米級水頭段超高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量抽水蓄能機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行；緊接著6月7日，東方電機(jī)研制的長龍山抽水蓄能電站國內(nèi)最高水頭抽水蓄能機(jī)組通過100%甩負(fù)荷試驗(yàn)……一臺臺精品機(jī)組鑄就一座座豐碑，引領(lǐng)中國抽水蓄能機(jī)組核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)“領(lǐng)跑”跨越。

“從響洪甸、天荒坪、惠州、黑麋峰等項(xiàng)目的分包制造、請教學(xué)習(xí)，到仙游、仙居、深圳抽水蓄能機(jī)組實(shí)現(xiàn)自主組研制，從挑戰(zhàn)績溪、敦化、長龍山超高水頭段大容量抽水蓄能機(jī)組無人區(qū)，到豐寧、沂蒙、永泰、蟠龍抽水蓄能項(xiàng)目的全面開花……深耕抽水蓄能三十余年，東方電機(jī)完成了抽水蓄能技術(shù)的三級跳。”尹國軍說，機(jī)組參數(shù)水平達(dá)到世界先進(jìn)水平；機(jī)組穩(wěn)定性、安全性指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平；機(jī)組機(jī)型成功擴(kuò)展至800米的高水頭段。隨著河北豐寧二期、山東沂蒙、福建永泰、重慶蟠龍等一大批抽水蓄能機(jī)組相繼中標(biāo)，東方電機(jī)抽水蓄能技術(shù)正在全面升級換代。

面對構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)對抽水蓄能機(jī)組帶來的新要求，東方電機(jī)堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動，著力研制具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、性能達(dá)到世界一流的抽水蓄能機(jī)組。在機(jī)組提質(zhì)增效，滿足頻繁啟停及快速響應(yīng)的基礎(chǔ)上，加快可變轉(zhuǎn)速抽水蓄能機(jī)組研發(fā)，不斷提升機(jī)組運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性、靈活性。同時(shí)，東方電機(jī)不斷推進(jìn)機(jī)組智慧化，以安全可靠的遠(yuǎn)程診斷分析技術(shù)，為用戶提供診斷分析、維保、備件管理等全生命周期服務(wù)。

作者：于海江 楊靜