近期，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目示范工程、國(guó)際首例梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)聯(lián)合電站——四川春廠壩變速抽水蓄能示范電站(以下簡(jiǎn)稱”春廠壩抽蓄“)順利投產(chǎn)，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首臺(tái)自主研發(fā)變速恒頻抽蓄機(jī)組實(shí)現(xiàn)了全功率運(yùn)行。

春廠壩抽蓄并網(wǎng)發(fā)電，攻克了梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)電站容量?jī)?yōu)化配置及接入、穩(wěn)定控制、聯(lián)合運(yùn)行與智能調(diào)度等世界性難題，加快了我國(guó)抽水蓄能電站國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

西南適宜探索梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)

春廠壩抽蓄是國(guó)網(wǎng)四川省電力公司(簡(jiǎn)稱“國(guó)網(wǎng)四川電力”)牽頭申報(bào)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)“分布式光伏與梯級(jí)小水電互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)研究及應(yīng)用示范”項(xiàng)目。

談及初衷，國(guó)網(wǎng)四川電力副總工程師韓曉言告訴記者，我國(guó)《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，明確提出“全面推進(jìn)分布式光伏發(fā)電建設(shè)，推動(dòng)多能互補(bǔ)、協(xié)同優(yōu)化的新能源電力綜合開發(fā)”，水電是我國(guó)裝機(jī)容量最大的可再生能源，是實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)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(guó)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(jí)水電，與光伏進(jìn)行互補(bǔ)提供了良好的資源條件。國(guó)網(wǎng)四川電科院副院長(zhǎng)丁理杰直言，利用梯級(jí)水電天然的上下庫(kù)，擴(kuò)建變速抽水蓄能機(jī)組，補(bǔ)償光伏快速波動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)期電量互補(bǔ)、短期電力互補(bǔ)、實(shí)時(shí)控制互補(bǔ)，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(dòng)電源接納能力和安全穩(wěn)定運(yùn)行能力，可減少可再生能源棄電，對(duì)建設(shè)新型電力系統(tǒng)具有重要的價(jià)值和意義。

國(guó)電南瑞單鵬珠告訴記者，梯級(jí)小水電與分布式光伏出力隨機(jī)性各異，具有非連續(xù)和瞬時(shí)波動(dòng)特性，梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)系統(tǒng)受水庫(kù)水流滯時(shí)、機(jī)組運(yùn)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(shí)間尺度隨機(jī)耦合規(guī)律難以解析。“通過研制梯級(jí)水光蓄聯(lián)合運(yùn)行與智能調(diào)度系統(tǒng)，在光伏預(yù)測(cè)技術(shù)方面，解決了分布式光伏精細(xì)化預(yù)測(cè)技術(shù)難題;在聯(lián)合運(yùn)行與智能調(diào)度技術(shù)方面，解決了多目標(biāo)多場(chǎng)景下，梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)電站的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與優(yōu)化控制難題。”

突破國(guó)外技術(shù)封鎖

春廠壩抽蓄并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國(guó)首座自主研發(fā)的全功率變速抽水蓄能電站投運(yùn)，突破了變速抽水蓄能國(guó)外壟斷和技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。

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

中國(guó)電建成都院承擔(dān)了春廠壩抽蓄電站規(guī)劃選點(diǎn)、預(yù)可研、可研和工程總承包工作，該院機(jī)電部副總工陳向東對(duì)記者表示，春廠壩抽蓄使我國(guó)掌握了梯級(jí)水光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制理論和技術(shù)，研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的變速恒頻抽水蓄能成套設(shè)備，研發(fā)了梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)電站聯(lián)合運(yùn)行控制與智能調(diào)度系統(tǒng)，完成了世界首例梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)聯(lián)合運(yùn)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(jí)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(jī)組分為雙饋式和全功率式，一般雙饋式機(jī)組用于中大型機(jī)組，全功率式主要用于小型機(jī)組。為突破變速抽水蓄能關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)安排了兩個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，一個(gè)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(xiàng)目，研發(fā)了10兆瓦雙饋式變速抽蓄機(jī)組樣機(jī);另一個(gè)是由國(guó)網(wǎng)四川電力牽頭的“分布式光伏與梯級(jí)小水電互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)研究及應(yīng)用示范”項(xiàng)目，研發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)全功率變速恒頻抽水蓄能機(jī)組，并在春廠壩電站進(jìn)行示范應(yīng)用。

響應(yīng)新能源快速功率波動(dòng)需求

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

據(jù)中國(guó)電建四川小金川水電開發(fā)有限公司總經(jīng)理?xiàng)畋榻B，常規(guī)可逆式抽水蓄能機(jī)組的調(diào)節(jié)速度，難以滿足水光蓄互補(bǔ)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制對(duì)秒級(jí)快速功率波動(dòng)的需求。依托國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，國(guó)網(wǎng)四川電力牽頭，聯(lián)合國(guó)電南瑞、中國(guó)水科院、哈爾濱電機(jī)廠、中國(guó)電建成都院、中國(guó)電建水電開發(fā)集團(tuán)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(jī)組設(shè)計(jì)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(jì)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(yáng)程等多工況下高效穩(wěn)定運(yùn)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(jī)組技術(shù)為基礎(chǔ)，利用已有的梯級(jí)水電天然的上下庫(kù)和水工系統(tǒng)，對(duì)常規(guī)梯級(jí)水電進(jìn)行改建擴(kuò)建，形成混合抽水蓄能電站成為趨勢(shì)。”國(guó)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(chǔ)能資源，建設(shè)周期短、投資小，適合與新能源進(jìn)行互補(bǔ)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。