新形勢(shì)下我國(guó)抽水蓄能技術(shù)新突破與前景展望

路振剛，葉 宏，梁廷婷，徐亞楠，張 晨，譚學(xué)奇，安小丹，王超躍

（1.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761；2.天津大學(xué)水利工程智能建設(shè)與運(yùn)維全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市 300350；3.中國(guó)電力出版社有限公司，北京市 100005）

0 引言

黨的二十大報(bào)告提到“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和”。在黨中央、國(guó)務(wù)院的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，抽水蓄能行業(yè)深入貫徹黨的二十大精神，錨定“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，圍繞構(gòu)建新型能源體系建設(shè)，推動(dòng)中國(guó)抽水蓄能事業(yè)實(shí)現(xiàn)新突破[1]。

抽水蓄能是目前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)、能量規(guī)模最大的電力系統(tǒng)裝置。具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲(chǔ)能、系統(tǒng)備用、黑啟動(dòng)等六大基礎(chǔ)功能[2]，擔(dān)負(fù)著確保電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行、統(tǒng)籌電網(wǎng)安全發(fā)展、提升新能源消納水平和改善系統(tǒng)各環(huán)節(jié)性能等作用[3]。抽水蓄能是大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、新能源和可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)的重要保障，是智能電網(wǎng)不可或缺的組成部分?！半p碳”目標(biāo)方案的提出，抽水蓄能愈加彰顯其系統(tǒng)性、共享性等特點(diǎn)，已然成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的決定性因素和不可或缺的組成部分[4]。

“十二五”期間，機(jī)組及其附屬設(shè)備（發(fā)電電動(dòng)機(jī)，水泵水輪機(jī)，調(diào)速器系統(tǒng)，勵(lì)磁裝置，進(jìn)水閥）[5]，主要輔助設(shè)備（主變壓器，GIS 設(shè)備，高壓電纜，發(fā)電機(jī)斷路器，監(jiān)控系統(tǒng)，繼電保護(hù)系統(tǒng)，靜止變頻啟動(dòng)裝置SFC）[6]等在關(guān)鍵領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破并成功完成示范應(yīng)用，打破了國(guó)外企業(yè)技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷格局，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組成套設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)制造[7，8]?！笆濉逼陂g，圍繞抽水蓄能電站智能化、抽水蓄能機(jī)組的靈活控制[9]、電站安全與控制、網(wǎng)源協(xié)調(diào)、先進(jìn)施工裝備及新材料應(yīng)用等重點(diǎn)方向，穩(wěn)步推動(dòng)抽水蓄能技術(shù)提升和快速發(fā)展，著重推進(jìn)高水頭抽水蓄能機(jī)組[10]、變速抽水蓄能[11]、智能抽水蓄能電站[12]、抽水蓄能服務(wù)能源互聯(lián)網(wǎng)[13]、全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)施工[14]等關(guān)鍵技術(shù)研究及示范應(yīng)用。隨著抽水蓄能工程建設(shè)技術(shù)不斷突破，我國(guó)抽水蓄能技術(shù)也形成了一系列新的成果。

本文首先將回顧總結(jié)我國(guó)抽水蓄能電站自20 世紀(jì)90 年代至今的發(fā)展進(jìn)程，重點(diǎn)介紹新形勢(shì)下抽水蓄能電站的技術(shù)新突破，并針對(duì)未來的發(fā)展進(jìn)行展望。

1 我國(guó)抽水蓄能電站的發(fā)展進(jìn)程

1.1 遞進(jìn)發(fā)展期（20 世紀(jì)70 年代至90 年代末）

改革開放后，在嚴(yán)重缺電的形勢(shì)下，各地加快了電源建設(shè)，為解決京津唐電網(wǎng)的調(diào)峰問題，國(guó)家開始建設(shè)潘家口大型混合式抽水蓄能電站。20 世紀(jì)80 年代中后期，北京十三陵、浙江天荒坪和廣東廣州抽水蓄能電站正式動(dòng)工，山東泰安、河北張河灣、浙江桐柏、安徽響水澗、山西西龍池、安徽瑯琊山、河南天池等抽水蓄能電站項(xiàng)目也在大力開展前期籌建工作。90 年代，先后建成了十三陵、天荒坪、廣州抽水蓄能等大中型抽水蓄能電站，至2000 年底總裝機(jī)容量累計(jì)5520MW。該階段抽水蓄能電站單機(jī)容量、裝機(jī)規(guī)模均達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)，但機(jī)組設(shè)計(jì)制造極度依靠進(jìn)口。

1.2 加速建設(shè)期（21 世紀(jì)前十年）

“十一五”時(shí)期，浙江桐柏、吉林白山、山東泰安、安徽瑯琊山、河北張河灣、江蘇宜興、山西西龍池、湖南黑麋峰、河南寶泉、廣東惠州、湖北白蓮河等一批大型抽水蓄能電站相繼建成投產(chǎn)。已建抽水蓄能總裝機(jī)容量2005 年為5845MW，到2010 年底已達(dá)1.69 萬MW，5 年新增1.11 萬MW。并且大型抽水蓄能機(jī)組等設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快，建設(shè)施工技術(shù)也日漸成熟。

1.3 完善增效期（2011 年以來）

“十二五”期間，有多個(gè)抽水蓄能電站相繼投產(chǎn)，新開工項(xiàng)目開始向內(nèi)地逐步推進(jìn)。“十三五”期間，河北易縣、內(nèi)蒙古芝瑞、浙江寧海等一批項(xiàng)目開工建設(shè)；浙江仙居、江西洪屏、江蘇溧陽等抽水蓄能電站先后投產(chǎn)發(fā)電。歷經(jīng)多年發(fā)展，中國(guó)已然成為世界上抽水蓄能電站數(shù)量最多的國(guó)家，技術(shù)也達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。“十四五”期間，隨著高水頭、大容量抽水蓄能電站相繼投產(chǎn)發(fā)電，使我國(guó)抽水蓄能技術(shù)具備了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，標(biāo)志著我國(guó)的抽水蓄能電站步入了新階段。截至2022年底，中國(guó)已投運(yùn)抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為4.58 萬MW，已建和在建規(guī)模均居世界首位。

2 新形勢(shì)下我國(guó)抽水蓄能技術(shù)新突破

當(dāng)前穩(wěn)步推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，新能源裝機(jī)占比持續(xù)提高。受新能源規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)及出力波動(dòng)影響，抽水蓄能機(jī)組抽水工況運(yùn)行強(qiáng)度顯著提升，特別是在新能源裝機(jī)規(guī)模偏大的華北、東北地區(qū)，對(duì)抽水蓄能的午間抽水需求較高，尤其華北已經(jīng)出現(xiàn)午間抽水新能源消納需求高于夜間抽水填谷需求的情況。抽水蓄能機(jī)組“兩抽兩發(fā)”覆蓋率不斷提高，為提升新能源利用水平、支撐能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)揮了不可或缺的重要作用。

隨著抽水蓄能工程建設(shè)技術(shù)不斷突破，機(jī)組水頭和容量不斷增大，性能也得到顯著提升。我國(guó)通過研究大型抽水蓄能機(jī)組的自動(dòng)控制技術(shù)、持續(xù)探索相關(guān)技術(shù)，并經(jīng)過十多年的科研創(chuàng)新，在高水頭大容量等抽水蓄能新特性方面形成了一系列成果和關(guān)鍵技術(shù)。

（1）攻克了水泵水輪機(jī)的動(dòng)靜流道參數(shù)匹配設(shè)計(jì)難題，并在大容量水泵水輪機(jī)穩(wěn)定性方面取得了重大突破。解決了高水頭、大容量機(jī)組剛強(qiáng)度設(shè)計(jì)的難題，研制出了我國(guó)首臺(tái)400MW 級(jí)水泵水輪機(jī)。

（2）攻克了發(fā)電電動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻設(shè)計(jì)和雙向重載推力軸承溫升控制等重大技術(shù)難關(guān)，解決了大容量發(fā)電電動(dòng)機(jī)電磁、通風(fēng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難題，研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)400MW 級(jí)發(fā)電電動(dòng)機(jī)。

（3）攻克了高水頭、大直徑進(jìn)水球閥技術(shù)難關(guān)，成功研制出最大難度系數(shù)雙向過流高壓球閥。成果已成功應(yīng)用于浙江仙居、吉林敦化、浙江長(zhǎng)龍山、河北豐寧等大型抽水蓄能電站。

（4）攻克了大型水泵水輪機(jī)的雙向水力設(shè)計(jì)和雙向高壓球閥核心技術(shù)，解決了發(fā)電電動(dòng)機(jī)雙向重載推力軸承和通風(fēng)冷卻的關(guān)鍵技術(shù)問題。同時(shí)還解決了機(jī)組多工況轉(zhuǎn)換及控制保護(hù)技術(shù)、機(jī)組和成套設(shè)備調(diào)試運(yùn)行、系統(tǒng)集成等技術(shù)難題，自主研制出綜合性能最優(yōu)的大型抽水蓄能機(jī)組及成套設(shè)備并成功應(yīng)用，建成了國(guó)際領(lǐng)先的試驗(yàn)研究平臺(tái)，創(chuàng)建了完備的技術(shù)體系。

（5）發(fā)明了葉片進(jìn)口邊呈月牙形的新型轉(zhuǎn)輪和進(jìn)出口厚度相當(dāng)?shù)男滦突顒?dòng)導(dǎo)葉，成功攻克了水力振源誘發(fā)的廠房振動(dòng)和低水頭并網(wǎng)困難的技術(shù)難題。有效降低了機(jī)組振動(dòng)和壓力脈動(dòng)，尤其是無葉區(qū)壓力脈動(dòng)，其通頻幅值降低了40%～60%；廠房振動(dòng)幅值也大幅減?。弧癝”特性大幅改善，取消了非同步導(dǎo)葉，水泵工況空化性能改善，全水頭運(yùn)行范圍內(nèi)無空化。

（6）基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析理論、等嫡原理和短時(shí)傅里葉變換方法，建立了抽水蓄能電站過渡過程壓力反演分析預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，揭示了水泵水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)失速和動(dòng)靜干涉對(duì)過渡過程壓力脈動(dòng)影響機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了抽水蓄能電站過渡過程壓力精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。揭示了測(cè)壓管路的壓力波動(dòng)傳遞特性及頻響特性，提高了壓力測(cè)試的準(zhǔn)確性；提出了“頻域分段—時(shí)域反演”的數(shù)據(jù)處理方法，解決了傳統(tǒng)濾波方法導(dǎo)致的數(shù)據(jù)極值時(shí)刻偏移問題，完善了水力過渡過程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)體系。

同時(shí)，我國(guó)還制定了專項(xiàng)計(jì)劃，瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，加快科研試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，結(jié)合豐寧抽水蓄能工程，深入研究了大容量變速機(jī)組在中國(guó)的研發(fā)、制造、建設(shè)、運(yùn)行和管理中的一系列技術(shù)問題，通過自主創(chuàng)新解決了變速抽水蓄能機(jī)組重大裝備制造關(guān)鍵技術(shù)問題，使我國(guó)掌握了變頻交流勵(lì)磁變速蓄能機(jī)組技術(shù)。

3 我國(guó)抽水蓄能未來展望

3.1 抽水蓄能快速發(fā)展面臨挑戰(zhàn)及建議

3.1.1 風(fēng)-光-水-火-儲(chǔ)多能互補(bǔ)聯(lián)合運(yùn)行挑戰(zhàn)與機(jī)遇

黨的二十大作出加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系的重大決策部署。在新型能源體系的實(shí)現(xiàn)路徑中，風(fēng)-光-水-火-儲(chǔ)多能互補(bǔ)是潛力空間巨大、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的關(guān)鍵舉措。風(fēng)-光-水-火-儲(chǔ)多能互補(bǔ)是指利用多種能源相互補(bǔ)充，解決能源供需矛盾，保護(hù)自然資源，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。主要是指在電網(wǎng)中同時(shí)存在水電、火電、風(fēng)電、光伏發(fā)電和抽水蓄能電站等多種電源，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)運(yùn)行。

由于新能源發(fā)電具有較強(qiáng)的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)頻、調(diào)峰資源的要求更高；風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電呈現(xiàn)出批量分散式供給，且多在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的西北地區(qū)，提升了電力系統(tǒng)的管理成本。隨著高比例新能源電力并網(wǎng)，電力系統(tǒng)靈活性及安全性面臨著巨大壓力。面對(duì)現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，抽水蓄能電站是解決電網(wǎng)負(fù)荷平衡的最佳方法，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到了成熟的經(jīng)驗(yàn)，并在實(shí)際運(yùn)行中顯示出其在改善電網(wǎng)運(yùn)行條件和提高經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)越性。在資源集中或資源豐富并準(zhǔn)備大規(guī)模開發(fā)的電網(wǎng)中，可以大力發(fā)展風(fēng)電的同時(shí)建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)聯(lián)合開發(fā)，這是能源資源優(yōu)化配置的具體體現(xiàn)[15]。多能互補(bǔ)聯(lián)合開發(fā)可以利用抽水蓄能電站的多種功能和靈活性來補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性和不均勻性，不僅能打破電網(wǎng)規(guī)模對(duì)風(fēng)電等容量的限制，為大力發(fā)展風(fēng)電提供條件，還能為電網(wǎng)提供更多的調(diào)峰填谷容量和調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用的手段，改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件。對(duì)于資源豐富的地區(qū)，不論是外送還是就地消化，抽水蓄能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電互補(bǔ)運(yùn)行應(yīng)成為發(fā)展趨勢(shì)[16]。

3.1.2 源網(wǎng)荷儲(chǔ)等合理配置問題

“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”的本質(zhì)是構(gòu)建一個(gè)新型的電力系統(tǒng)，將大電網(wǎng)分解成多個(gè)層級(jí)，在大電網(wǎng)的主導(dǎo)下形成多個(gè)層級(jí)的電網(wǎng)，包括區(qū)域（?。┘?jí)、市（縣）級(jí)、園區(qū)（居民區(qū)）級(jí)等。重點(diǎn)是以負(fù)荷需求為中心，通過各個(gè)電能資源要素的就地、就近、靈活調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)永續(xù)能源互補(bǔ)、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、網(wǎng)荷互動(dòng)、網(wǎng)儲(chǔ)聯(lián)同、源荷匹配的電量交互形式，充分發(fā)揮負(fù)荷側(cè)的調(diào)節(jié)能力。

“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”是建立新型電力系統(tǒng)的要求，這種模式將各類能源，特別是新增的各種新能源從“單打獨(dú)斗”走向“合作共贏”，建立起可靠的電力供需平衡保障機(jī)制。目前在發(fā)展源網(wǎng)荷儲(chǔ)，特別是大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化方面，仍然存在一些問題。例如：①項(xiàng)目建設(shè)成本較高；②市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制尚未形成；③電網(wǎng)對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的態(tài)度不積極；④相關(guān)技術(shù)細(xì)則以及標(biāo)準(zhǔn)有待完善等。

大基地式新能源項(xiàng)目裝機(jī)容量較大，現(xiàn)有的項(xiàng)目通常采用源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、多能互補(bǔ)項(xiàng)目等模式進(jìn)行開發(fā)建設(shè)，有的還結(jié)合新能源制氫、新能源供熱等。為了更順利地開展大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目的開發(fā)和運(yùn)營(yíng)，提出以下建議：①規(guī)劃引領(lǐng)、加強(qiáng)協(xié)調(diào)，完善體制機(jī)制建設(shè)；②先行先試、分層實(shí)施，保障示范項(xiàng)目成效；③加大力度、重點(diǎn)攻關(guān)，解決系統(tǒng)技術(shù)困境；④鼓勵(lì)創(chuàng)新、百花齊放，促進(jìn)設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新等[17]。

3.1.3 機(jī)組頻繁啟停具有挑戰(zhàn)性

在發(fā)電工況和抽水工況中，抽水蓄能機(jī)組在啟停過程中各部件的振擺值達(dá)到峰值。特別是水導(dǎo)管在啟停過程中達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的8 ～10 倍，頂蓋則達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的14 ～25倍。因此，抽水蓄能機(jī)組在啟停過程中，各部件承受了較穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)數(shù)倍的應(yīng)力。抽水蓄能機(jī)組的頂蓋螺栓、各部件連接螺栓和密封件等結(jié)構(gòu)面臨較大挑戰(zhàn)。頻繁啟停和低負(fù)荷發(fā)電會(huì)加速各部件的疲勞損傷，對(duì)抽水蓄能機(jī)組的壽命產(chǎn)生影響，不利于抽水蓄能電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為提高抽水蓄能電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性和電站安全性，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行，應(yīng)在滿足電網(wǎng)現(xiàn)有調(diào)度需求的前提下優(yōu)化抽水蓄能電站的調(diào)度運(yùn)行。建議采取以下措施：①合理制定機(jī)組運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)；②合理設(shè)置機(jī)組啟停次數(shù)；③盡量避免在高振動(dòng)區(qū)運(yùn)行等。

3.2 抽水蓄能技術(shù)發(fā)展展望

3.2.1 建設(shè)數(shù)字化智能抽水蓄能電站

抽水蓄能數(shù)字化智能電站是從數(shù)字化的角度解答國(guó)家“雙碳”目標(biāo)、“抽水蓄能中長(zhǎng)期規(guī)劃”“新型電力系統(tǒng)”“能源革命”“數(shù)字中國(guó)”的創(chuàng)新答案。它以抽水蓄能電站全壽命周期管理為理念，以自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化為基礎(chǔ)，融合數(shù)字化技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)。通過數(shù)字孿生技術(shù)和BIM 正向設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“高效設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、少人干預(yù)、自主運(yùn)行”[12]。它的建設(shè)可進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)過程標(biāo)準(zhǔn)化水平、提升項(xiàng)目基建過程管控水平、提升電站安全運(yùn)行水平、提升企業(yè)管理效能效益。同時(shí)也可縮短工程前期基建周期、降低建設(shè)造價(jià)成本，并進(jìn)而整體提高運(yùn)行期的安全和生產(chǎn)管理技術(shù)水平，減少運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站各階段綜合增值效益。

我國(guó)在電站數(shù)字化和智能化方面開展了大量工作。在設(shè)計(jì)階段，以浙江仙居、江西洪屏、安徽金寨、陜西鎮(zhèn)安等為代表的抽水蓄能電站，在數(shù)字化三維設(shè)計(jì)移交方面開展了大量工作，具備全站三維設(shè)計(jì)成果數(shù)字化移交和可視化管理。在施工設(shè)計(jì)一體化、工程建設(shè)管理方面也開展了深化應(yīng)用。目前，浙江仙居抽水蓄能電站已建立三維可視化運(yùn)維系統(tǒng)，基于BIM 模型數(shù)據(jù)，通過BIM 輕量化引擎，以WebGL 技術(shù)實(shí)現(xiàn)在瀏覽器中的可視化渲染。接入了工業(yè)電視、部分實(shí)時(shí)測(cè)點(diǎn)信息，基本實(shí)現(xiàn)了以BIM 模型為載體的多方數(shù)據(jù)源集中三維可視化。

3.2.2 建設(shè)大型交流勵(lì)磁變速抽水蓄能機(jī)組

傳統(tǒng)的抽水蓄能機(jī)組采用同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電運(yùn)行時(shí)通過控制水輪機(jī)導(dǎo)葉的開度來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電機(jī)發(fā)出穩(wěn)定頻率的電能，但是這種調(diào)節(jié)方式的響應(yīng)速度較慢，而且在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)對(duì)輸入功率的調(diào)節(jié)能力有限。大型交流勵(lì)磁變速抽水蓄能機(jī)組是一種利用電力泵將低電價(jià)電能轉(zhuǎn)化為高位水勢(shì)儲(chǔ)存，然后再利用水輪機(jī)發(fā)電的裝置。變速抽水蓄能電站采用交流勵(lì)磁電機(jī)作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)，使用變頻器為轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁[18]。由于采用交流勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子電流的頻率和幅值均能夠調(diào)節(jié)，為了尋求更高效率的工作狀態(tài)，該機(jī)組允許電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，在轉(zhuǎn)速變化時(shí)通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速恒頻運(yùn)行，這種運(yùn)行方式為電站帶來以下優(yōu)勢(shì)：①電動(dòng)狀態(tài)的自動(dòng)頻率運(yùn)行；②發(fā)電工況的效率更高；③更寬的水輪機(jī)運(yùn)行范圍；④抑制功率波動(dòng)等。

3.2.3 建設(shè)中小容量全功率變頻抽水蓄能機(jī)組

傳統(tǒng)抽水蓄能機(jī)組通常是定速運(yùn)行機(jī)組，運(yùn)行效率相對(duì)較低，調(diào)節(jié)速度較慢。在水泵工況下，只能以滿負(fù)荷抽水，無法根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行抽水功率的調(diào)節(jié)。此外，它也無法在水泵工況下進(jìn)行無功調(diào)節(jié)，無法滿足電網(wǎng)快速準(zhǔn)確地進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)的要求。采用變速技術(shù)的抽水蓄能機(jī)組可以快速調(diào)節(jié)有功功率和無功功率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)能力。它還可以實(shí)現(xiàn)電站和系統(tǒng)的柔性連接，具備大范圍的無功補(bǔ)償能力，有效地控制電網(wǎng)負(fù)荷頻率，平衡可再生能源引起的頻率波動(dòng)，提高新能源的利用效率。且隨著新能源和分布式能源的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的需求和結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻變化，對(duì)靈活、快速、多變的儲(chǔ)能技術(shù)需求也日益增加。中小型抽水蓄能電站以其建設(shè)周期短、布局靈活、地形條件要求低等優(yōu)勢(shì)，可以更好地適應(yīng)新能源和分布式能源的發(fā)展需求。同時(shí)，中小型抽蓄電站還具有投資少、見效快、對(duì)輸電線路建設(shè)要求較低等優(yōu)點(diǎn)，可以作為分布式能源的重要組成部分，中小型抽水蓄能電站是抽水蓄能發(fā)展方向之一。因此，中小容量全功率變頻抽水蓄能機(jī)組已成為實(shí)現(xiàn)高比例消納新能源的有效手段之一[19]。中小容量全功率變頻抽水蓄能機(jī)組具有以下優(yōu)勢(shì)：擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、能夠進(jìn)行無功補(bǔ)償和吸收、快速響應(yīng)機(jī)組啟停和工況轉(zhuǎn)換、提高運(yùn)行效率、實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)分離、提升新能源消納能力等。因此，中小容量全功率變頻技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用對(duì)變速抽水蓄能電站的建設(shè)具有重要意義。通過研究中小容量全功率變頻抽水蓄能機(jī)組在省級(jí)電網(wǎng)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)局部電網(wǎng)的穩(wěn)定和節(jié)省輸電線路投資等目標(biāo)。

4 結(jié)束語

為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)，我國(guó)需要將重點(diǎn)放在新能源領(lǐng)域，主要推動(dòng)可再生能源的發(fā)展。為此，需要大幅提升電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和儲(chǔ)能能力。抽水蓄能是目前最成熟、經(jīng)濟(jì)性最好、安全性最高、最適合大規(guī)模開發(fā)的電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)電源和儲(chǔ)能設(shè)施，與風(fēng)電、太陽能發(fā)電、核電等的聯(lián)合運(yùn)行效果最好。加快發(fā)展抽水蓄能是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的緊迫要求，也是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐，同時(shí)是大規(guī)模發(fā)展可再生能源的重要保障。此外，抽水蓄能項(xiàng)目的投資規(guī)模大，產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，具有強(qiáng)大的帶動(dòng)作用，對(duì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)等方面都帶來明顯綜合效益。經(jīng)過多年的發(fā)展，抽水蓄能已成為推動(dòng)中國(guó)能源轉(zhuǎn)型、確保能源安全以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量。