世界最大“超级充电宝”上新了

时间: 2024-08-06 17:26:22 |   作者: 安装方式

  7月25日零时，世界装机容量最大的抽水蓄能电站——国网新源河北丰宁抽水蓄能电站（以下简称“国网新源丰宁电站”）地下厂房，国内首台大型交流励磁变速抽水蓄能机组投入试运行。

  这是7月24日拍摄的国网新源河北丰宁抽水蓄能电站上水库与下水库。河北日报记者 田 明摄

  从2013年5月开工，国网新源丰宁电站建设者们用11年多的时间实现了世界最大抽水蓄能电站自主设计和建设，创造了我国抽水蓄能发展史上多个纪录，为我国抽蓄电站建设积累了宝贵经验、夯实了技术基础。

  今年年底，12台机组全部投产发电后，这座世界最大的“超级充电宝”每年可供应绿电66亿千瓦时，能满足260万户家庭一年的用电需求。

  丰宁满族自治县四岔口乡永利村群山间，两座碧波荡漾的水库，如两颗宝石镶嵌在山谷间、山巅上。条条银线、座座铁塔，从天际一端翻山越岭而来，又奔向远方。

  我省承德、张家口坝上地区风光资源富集，风电、光伏装机规模均突破千万千瓦级。然而，因风机、光伏发电具有波动性、随机性，在电网用电低谷时，会产生过剩电能。如何消纳过剩绿电，关系清洁能源产业高水平发展大局。

  “相比其他储能方式，抽水蓄能具有设备寿命长、储能规模大、转换效率高、技术成熟等优势，是当前储能主力军。”7月24日，国网新源丰宁电站工程部高级工程师贾晋说，抽蓄电站主要由上水库、输水系统、地下厂房、下水库等组成，是为解决电网负荷高峰和低谷之间供需矛盾而生。在电网负荷低谷时，它利用过剩电能将下水库的水抽至上水库，将电能转化为水的势能储存起来；待负荷高峰时，再从上水库放水发电，将低谷过剩电能转换为高峰优质电能，明显提高电网削峰填谷能力。

  早在1995年，国网新源丰宁电站便开始谋划建设，选址、勘测、设计等前期工作历时18年。2013年5月，总装机容量达360万千瓦、世界最大的抽蓄电站正式开工建设。

  在建设中，国网新源丰宁电站攻克复杂地质条件下超大型地下洞室群建造关键技术等一道道难关，建成了世界顶级规模的地下洞室群和单体地下厂房。

  2021年12月，国网新源丰宁电站首批两台机组投产发电。截至目前，已有10台机组投产发电。

  电站2号通风洞位于海拔1000米左右的半山腰，记者驱车进入隧道，向山腹内行驶1.7公里后，到达地下厂房。在长414米、宽25米的发电机层，12台机组滑环室如白色蒙古包般一字排列。

  “我们刚刚对机组进行了巡检，设备状态一切正常。”国网新源丰宁电站运行部负责人赵日升说，近日天气持续高温，京津唐电网用电负荷激增。为保障电网电力供应，在运10台机组经常全部开机，白天配合新能源消纳抽水运行，晚上配合电网负荷高峰顶峰发电。

  根据电网负荷周期性变动情况，电站机组每天大致分4个时间段运行。早上6时至8时，电网早高峰，发电运行；9时至16时，光伏发电高峰，消纳新能源抽水运行；17时至22时，电网晚高峰，顶峰发电运行；23时至次日5时，夜间低谷或配合风电消纳，抽水运行。

  “抽蓄电站在电网中承担着调峰、调频、调相、系统备用、黑启动等功能，是现代电力系统重要的稳压器、调节器和存储器。”赵日升说，在电网互通互联大系统中建设适当规模的抽蓄电站，可充分的发挥其与光伏、风电运行的互补性，减少新能源大规模随机并网对系统的冲击。同时，在远距离特高压电网的受电端、中间落点，甚至电源送端建设抽蓄电站，还可发挥其独有的快速反应特性，有效防范电网出现故障的风险，防止事故扩大和系统崩溃。

  7月24日，国网新源河北丰宁抽水蓄能电站地下厂房内即将试运行的12号机组。河北日报记者田明摄

  7月24日10时50分，国网新源丰宁电站中央控制室人员接到国网华北分部调度控制中心指令，启动一台机组，以300兆瓦满负荷状态进行发电。操作人员迅速打开电脑控制管理系统，输入指令数值，按下启动键，随着机组运行，开始为电网输送绿电。

  “发电工况下，变速机组同期并网更快。定速机组在励磁系统投入后到完全并网需要50多秒，如果是变速机组，励磁系统投入后到完全并网，只需2秒钟。”国网新源丰宁电站机电部主任陈磊说。经过近半年的安装调试，国内首台大型抽蓄变速机组已于7月25日进入为期15天的试运行，即将正式投产发电。

  地下厂房最左侧，11号、12号机组滑环室明显比其他10台机组大了不少。这两台大家伙，便是我国首次从国外引进的变速机组。它发电电动机转子重475吨，比定速机组发电电动机转子重115吨。其交流励磁系统占据一个400平方米的“单间”，而定速机组励磁控制管理系统仅有5平方米左右。

  变速机组不仅块头大，本领也更强。“相比定速机组抽水工况固定300兆瓦输入功率，变速机组抽水工况可在220兆瓦至330兆瓦范围内线性调节，从而灵活性更好响应电网指令，做到按需供应。”陈磊说，如电网中存在260兆瓦的负荷缺口，启动1台300兆瓦的定速机组抽水，无法直接平衡电网需求，而变速机组能够最终靠调整转子励磁电流，精准快速调至260兆瓦抽水运行，直接满足电网需求。

  变速机组还具备较强进相运行能力，可通过交流励磁实现自启动，替代外接变频器及背靠背启动方式。其运行时，可根据水头宽度自动改变转速，让机组从始至终保持最佳运作时的状态，提升运行稳定性和效率，更好平衡新能源大规模接入对电网稳定性造成的影响。

  输入电源开关柜、交流励磁变压器、变流器、冷却装置产自德国，公共电柜产自奥地利，交流励磁母线产自瑞士……虽然变速机组优势显著，但此前国内没安装、整组启动调试标准和工作经验，陈磊和团队面临严峻考验。

  为啃下这块硬骨头，陈磊组织团队深入研究水轮机、电机学等知识，多次带领团队同国外设备厂商开展交流学习。设备研发设计阶段，积极分析转轮开发边界条件，组织变速机转轮模型开发优化工作，满足机组运行性能要求。机电安装调试阶段，研究引入激光跟踪仪定子圆度测量、电缆三维敷设等技术，实现了新技术在抽水蓄能电站的首次应用。主机设备安装前，打破常规优化机组安装顺序，及时解决转子组装出现的问题，为变速机组设计制造争取了时间。

  通过分析数据、翻阅图纸资料等方式，陈磊带领团队编制了变速机组质量控制标准，巩固了电站在变速机组安装方面的主导地位。

  “经过反复测试，两台变速机组转速可在负7%到正6.2%范围变速，抽水工况功率调节范围为220兆瓦到330兆瓦。所有指标均达到设计的基本要求。”陈磊说，他们将依托两台变速机组安装调试平台，培养一批攻关变速机组关键技术的青年技能人才。同时，全方面总结数据资料、技术路线等相关经验，为助推变速机组国产化进程贡献力量。

  据介绍，今年年底国网新源丰宁电站12台机组全部投运后，每年可节省标煤量48万吨，减少二氧化碳排放120万吨，相当于造林24万余亩，有力助推京津冀地区能源清洁低碳转型。

  7月24日，在国网新源河北丰宁抽水蓄能电站地下厂房，工作人员对即将试运行的12号机组进行全方位检查确认。河北日报记者田明摄

  走进丰宁满族自治县万胜永乡，巨大风机在山岭间匀速旋转，一排排光伏板在山坡上闪着亮光。

  “这是目前我省顶级规模的风、光、氢、储、产一体化基地项目。项目全部投产后，每年将向京津冀地区提供绿电18亿千瓦时、绿氢1700万标方，减排二氧化碳约140万吨，年产值约7.2亿元。”丰宁满族自治县清洁能源中心主任邱艳东说，目前该基地项目100万千瓦风光电已经建成并网，制氢、加氢项目正在加快推进。

  截至目前，承德风光电累计并网装机规模达1148万千瓦。2021年、2023年获批项目及2024年出库项目全部建成后，风光电累计装机规模将达到2300万千瓦以上。

  承德境内清洁能源种类多样、资源富集，风电年平均利用小时数约2400小时，光伏年平均利用小时数约1400小时，属于全国风光资源二类地区。今年上半年，清洁能源发电量130.3亿千瓦时，分别占全市电力总装机和总发电量的89%和75%。

  “承德境内有滦河、潮河、辽河、大凌河四大水系，年自生水量37.6亿立方米，加之独特的自然地理条件和多年矿业开采形成的人工库盆，抽水蓄能发展的潜在能力较大，具备多元化开发利用清洁能源的先决条件。”承德市发改委主任李浩说。

  承德毗邻京津、北靠辽蒙，是华北、东北地区绿电进京的必经通道和中心节点城市，也是承接京津发达地区产业、技术、人才转移和功能疏解的首选之地。该市正积极打造绿色能源“码头”，向京津输送绿电、绿氢。

  目前，承德在建抽水蓄能项目3个，总规模760万千瓦。其中，丰宁360万千瓦抽蓄项目累计投产10台机组，投产容量300万千瓦；滦平一期120万千瓦抽水蓄能项目、隆化280万千瓦抽水蓄能项目加快建设。（河北日报记者 陈宝云）

  7月24日，工作人员在国网新源河北丰宁抽水蓄能电站中控室值守。河北日报记者田明摄

  承德是京津冀水源涵养功能区和京津冀西北部重要生态环境支撑区，在生态保护方面肩负着重大使命。然而，改变经济欠发达现状、加快自身发展是其必须直面的挑战。

  让好生态成为发展新动力。为闯出一条“生态优先、绿色发展”之路，承德将清洁能源作为全市重点支柱产业，努力建设清洁能源强市。

  丰富的风能、太阳能资源，为清洁能源的开发提供了广阔空间。近年来，一座座风机在山间矗立，一片片太阳能板在阳光下熠熠生辉。

  虽然发电端不断迈出新步伐，但也应清醒地认识到，推动清洁能源产业高水平质量的发展，必须培育相关配套产业，形成完整的产业链。

  积极建设抽水蓄能电站群，在储能端持续发力，是承德建链、补链、强链的主要举措。随世界装机容量最大的丰宁抽水蓄能电站12台机组即将全部投产发电，滦平、隆化抽水蓄能电站加快建设，一座座“超级充电宝”正撬动一条完整产业链加速形成。

  2022年，河北明白准确地提出加快建设清洁高效、多元支撑的新型能源强省。2023年11月1日，《河北省新能源发展促进条例》开始施行。

  技术向上突围，产业聚链成群。截至2023年底，河北可再次生产的能源并网装机累计超9300万千瓦，占电力总装机比重约63%，两项均居全国前列。

  转型突围中，河北坚定地站上新能源发展赛道。虽然仍面临诸多困难和挑战，但我们只要坚定信念，持续努力，必将实现生态与经济的双赢。（陈宝云）