近期，國家重點研發(fā)計劃項目示范工程、國際首例梯級水光蓄互補聯(lián)合電站——四川春廠壩變速抽水蓄能示范電站(以下簡稱”春廠壩抽蓄“)順利投產(chǎn)，標(biāo)志著國內(nèi)首臺自主研發(fā)變速恒頻抽蓄機組實現(xiàn)了全功率運行。

春廠壩抽蓄并網(wǎng)發(fā)電，攻克了梯級水光蓄互補電站容量優(yōu)化配置及接入、穩(wěn)定控制、聯(lián)合運行與智能調(diào)度等世界性難題，加快了我國抽水蓄能電站國產(chǎn)化進程。

西南適宜探索梯級水光蓄互補

春廠壩抽蓄是國網(wǎng)四川省電力公司(簡稱“國網(wǎng)四川電力”)牽頭申報的國家重點研發(fā)計劃——“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點專項“分布式光伏與梯級小水電互補聯(lián)合發(fā)電技術(shù)研究及應(yīng)用示范”項目。

談及初衷，國網(wǎng)四川電力副總工程師韓曉言告訴記者，我國《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，明確提出“全面推進分布式光伏發(fā)電建設(shè)，推動多能互補、協(xié)同優(yōu)化的新能源電力綜合開發(fā)”，水電是我國裝機容量最大的可再生能源，是實現(xiàn)多能互補發(fā)電的重要紐帶。然而，由于規(guī)劃、管理、技術(shù)等方面的原因，我國可再生能源的“棄水棄光棄風(fēng)”問題突出。

西南地區(qū)流域內(nèi)太陽能資源豐富，為探索利用梯級水電，與光伏進行互補提供了良好的資源條件。國網(wǎng)四川電科院副院長丁理杰直言，利用梯級水電天然的上下庫，擴建變速抽水蓄能機組，補償光伏快速波動，可實現(xiàn)中長期電量互補、短期電力互補、實時控制互補，提高電源側(cè)的水光聯(lián)合可調(diào)度性與送出能力，提升電網(wǎng)側(cè)分布式波動電源接納能力和安全穩(wěn)定運行能力，可減少可再生能源棄電，對建設(shè)新型電力系統(tǒng)具有重要的價值和意義。

國電南瑞單鵬珠告訴記者，梯級小水電與分布式光伏出力隨機性各異，具有非連續(xù)和瞬時波動特性，梯級水光蓄互補系統(tǒng)受水庫水流滯時、機組運行工況、電力電量和水量平衡等復(fù)雜因素影響，系統(tǒng)出力的多時間尺度隨機耦合規(guī)律難以解析。“通過研制梯級水光蓄聯(lián)合運行與智能調(diào)度系統(tǒng)，在光伏預(yù)測技術(shù)方面，解決了分布式光伏精細(xì)化預(yù)測技術(shù)難題;在聯(lián)合運行與智能調(diào)度技術(shù)方面，解決了多目標(biāo)多場景下，梯級水光蓄互補電站的實時調(diào)節(jié)與優(yōu)化控制難題。”

突破國外技術(shù)封鎖

春廠壩抽蓄并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國首座自主研發(fā)的全功率變速抽水蓄能電站投運，突破了變速抽水蓄能國外壟斷和技術(shù)封鎖，實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化，填補了國內(nèi)技術(shù)空白。

記者采訪了解到，通過技術(shù)引進，國內(nèi)制造廠已基本掌握了常規(guī)定轉(zhuǎn)速機組及電站相關(guān)機電設(shè)備的各項技術(shù)，技術(shù)能力自主可控，已基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化。但是，變轉(zhuǎn)速抽蓄機組在國內(nèi)正處于應(yīng)用起步階段，國內(nèi)制造廠尚無應(yīng)用業(yè)績。通過春廠壩抽蓄，我國研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的變速恒頻抽水蓄能成套設(shè)備，對實現(xiàn)變轉(zhuǎn)速抽蓄機組在國內(nèi)的應(yīng)用及國產(chǎn)化起到了示范作用。

中國電建成都院承擔(dān)了春廠壩抽蓄電站規(guī)劃選點、預(yù)可研、可研和工程總承包工作，該院機電部副總工陳向東對記者表示，春廠壩抽蓄使我國掌握了梯級水光互補聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、運行控制理論和技術(shù)，研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的變速恒頻抽水蓄能成套設(shè)備，研發(fā)了梯級水光蓄互補電站聯(lián)合運行控制與智能調(diào)度系統(tǒng)，完成了世界首例梯級水光蓄互補聯(lián)合運行發(fā)電系統(tǒng)工程示范，滿足分布式光伏友好接入需求，解決了梯級小水電和分布式光伏聯(lián)合供電及送出問題，支撐了能源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型。

變速抽水蓄能機組分為雙饋式和全功率式，一般雙饋式機組用于中大型機組，全功率式主要用于小型機組。為突破變速抽水蓄能關(guān)鍵技術(shù)，國家重點研發(fā)計劃“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點專項安排了兩個項目進行技術(shù)攻關(guān)，一個是由南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司承擔(dān)的“海水抽水蓄能電站前瞻技術(shù)研究”項目，研發(fā)了10兆瓦雙饋式變速抽蓄機組樣機;另一個是由國網(wǎng)四川電力牽頭的“分布式光伏與梯級小水電互補聯(lián)合發(fā)電技術(shù)研究及應(yīng)用示范”項目，研發(fā)了國內(nèi)首臺全功率變速恒頻抽水蓄能機組，并在春廠壩電站進行示范應(yīng)用。

響應(yīng)新能源快速功率波動需求

春廠壩抽蓄采用全功率變速模式，具有運行效率高、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍寬、無功支撐強、抽水功率可調(diào)等優(yōu)點，適合與新能源進行互補聯(lián)合發(fā)電，可補償新能源百毫秒級快速功率波動。

據(jù)中國電建四川小金川水電開發(fā)有限公司總經(jīng)理楊炳全介紹，常規(guī)可逆式抽水蓄能機組的調(diào)節(jié)速度，難以滿足水光蓄互補系統(tǒng)中實時控制對秒級快速功率波動的需求。依托國家級科研項目，國網(wǎng)四川電力牽頭，聯(lián)合國電南瑞、中國水科院、哈爾濱電機廠、中國電建成都院、中國電建水電開發(fā)集團等單位，通過研發(fā)全功率變速恒頻可逆式抽水蓄能成套設(shè)備，在機組設(shè)計方面，解決了寬調(diào)節(jié)范圍與高效穩(wěn)定等多目標(biāo)平衡的技術(shù)難題;在全功率變流器設(shè)計方面，解決了電能變換效率提升、友好并網(wǎng)和無功控制問題;在成套設(shè)備協(xié)同控制方面，解決了不同水頭揚程等多工況下高效穩(wěn)定運行與功率快速響應(yīng)協(xié)同的技術(shù)難題。

“隨著成本下降，以全功率變速恒頻抽水蓄能機組技術(shù)為基礎(chǔ)，利用已有的梯級水電天然的上下庫和水工系統(tǒng)，對常規(guī)梯級水電進行改建擴建，形成混合抽水蓄能電站成為趨勢。”國網(wǎng)四川電科院系統(tǒng)技術(shù)中心副主任陳剛認(rèn)為，混合抽水蓄能電站作為一種優(yōu)質(zhì)的儲能資源，建設(shè)周期短、投資小，適合與新能源進行互補聯(lián)合發(fā)電，是未來抽水蓄能發(fā)展的重要方向之一，可在電源側(cè)廣泛推廣應(yīng)用。