廣州從化南昆山脈北側,綠水青山相映成趣。這里建有我國首座大型抽水蓄能電站——廣州抽水蓄能電站。今年,該電站投產30年后新添了個“第一”——第一次用上了“國產大腦”。
12月7日,記者從南方電網儲能股份有限公司(以下簡稱“南網儲能”)獲悉,我國自主研制的首套抽水蓄能核心控制系統在廣州、惠州兩座抽水蓄能電站投運以來,截至記者發稿時,安全啟動已超過1500次、累計運行超過1.7萬小時。這標志著抽水蓄能電站4類核心控制子系統均成功實現了全面國產化,有力提高了我國能源產業鏈供應鏈的安全性。
改變核心控制系統受制于人局面
抽水蓄能電站是目前技術最成熟的大規模儲能方式之一,是保障我國新能源消納的重要力量。截至今年9月底,我國抽水蓄能在運總裝機容量達到5000萬千瓦,居世界首位,而到2030年投產總規模將達到1.2億千瓦左右。
作為抽水蓄能電站的關鍵設備,抽蓄機組核心控制系統由計算機監控、調速、勵磁、繼電保護這四大系統組成,被喻為電站的“大腦”。
此前,這個“大腦”一直是我國的短板。盡管我國在抽水蓄能主機設備領域已實現全面國產化,多項技術國際領先,但核心控制系統的關鍵部件仍依賴進口,備品備件更新艱難,控制程序為“黑匣子”,核心功能優化存在盲區。
以“大腦”中的勵磁系統核心部件直流滅磁開關為例,國際標準要求開關機械壽命達到2萬次。“實際上,使用不到1年、開關動作次數不到3000次時,進口部件就發生了問題,廠商經多次催促才出具一份語焉不詳的故障報告。”提起此事,南網儲能修試公司技術專家閆文斌十分無奈。
“核心控制系統受制于人,是我國抽水蓄能領域實現科技自立自強的最后一塊短板。”南網儲能修試公司副總經理鞏宇說,“我們下定決心啃下這塊‘硬骨頭’。”
這套系統國產化水平大致可分為“設備級”“部件級”和“元件級”,其中“元件級”自主可控水平最高,要求關鍵技術元件全部國產。
2021年2月,南網儲能牽頭組建研發團隊,選取廣州、惠州兩座抽水蓄能電站為平臺,開展四大系統的“元件級”國產設備研發。
“排兵布陣”攻克多項關鍵技術
“雖然一直盼著擁有‘國產大腦’,但真邁開這一步,心里特別虛。”南網儲能修試公司自動化部總經理楊銘軒告訴記者,畢竟一個“大腦”涵蓋核心控制器、調節器等206種設備,涉及近12萬個元件。
設備選型是研發的第一步,也是決定后續環節能否實施的關鍵。“我們必須挑選出最合格的元件‘隊員’,才能組建起一支‘足球隊’。”楊銘軒打了一個比方。為此,團隊前后走訪了國內70多家相關設備制造商。
“足球隊”組建起來了,如何根據“隊員”的“身體素質”和“技術水平”進行“排兵布陣”,著實考驗著團隊。
面對我國新能源大規模并網對抽蓄機組提出的更高調速要求,團隊自主研制出0.0001赫茲(Hz)分辨率國產調速器,精度等級比進口0.001Hz分辨率調速器更高。精度前移一個小數點的背后,是團隊歷時500余天攻克測頻回路解析等關鍵技術的艱難創新。
勵磁系統是保障電壓和無功功率穩定的關鍵。目前我國直流勵磁系統的關鍵設備——直流滅磁開關95%以上采用進口設備,沒有適用于300兆瓦抽蓄機組的國產產品。
“常規的直流滅磁開關機械壽命約為1000次,而抽蓄機組要求至少2萬次,對開關體積、磁保持、模塊化組裝等有著極其嚴苛的技術要求。”勵磁系統研發負責人陳強介紹,團隊與上海立新電器合作,把控絕緣材料選取、模具制作、生產工藝運用等全環節質量,用時一年終于研制出符合要求的直流滅磁開關。
整套設備性能達到國際領先水平
安裝調試是直流滅磁開關投用前的“臨門一腳”,整個勵磁系統的國產化成敗在此一舉。
今年1月11日晚上10時,試驗正式開始。在設置好所有的試驗接線和錄波儀器后,團隊撤離至遠處,“幾乎是屏氣斂息、提心吊膽”。當試驗數據、裝置部件檢查結果合格了,團隊才敢松一口氣。
兩年多來,團隊咬緊牙關,逐一取得了40項重大技術創新,21項技術填補國內空白,其中調速系統和勵磁系統已通過成果鑒定,設備性能達到國際領先水平。
隨著繼電保護、勵磁、調速器、計算機監控四大系統的國產設備相繼在兩座抽水蓄能電站投運,我國抽水蓄能電站終于用上自主研發的“國產大腦”。經應用檢驗,新系統完全滿足機組運行需求,多個方面性能優于進口設備。
“攻克抽水蓄能核心控制系統技術,實現整套設備自主可控,是我們主動要做的事,總得有人邁出這一步。而支撐我們前行的動力源于對‘中國制造’的信心。”鞏宇語氣堅定。
未來,南方電網將在所屬7座已投運抽水蓄能電站的30多臺機組陸續推廣使用“國產大腦”。