打造“巨型充電寶” 為國家實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)作出貢獻(xiàn)
來源：電機(jī)公司
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發(fā)布時間：2025-01-04
——哈電集團(tuán)哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司
一、案例背景
我國抽水蓄能技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷初期的“打捆招標(biāo)、引進(jìn)技術(shù)、分包制造”、“國內(nèi)負(fù)責(zé)、必要時國外支持”和“國內(nèi)廠家獨(dú)立設(shè)計(jì)制造機(jī)組和成套主要輔機(jī)和附屬設(shè)備”的國產(chǎn)化三個階段，目前已進(jìn)入完全自主化階段。國內(nèi)廠家、設(shè)計(jì)院也已成功掌握中低水頭段抽水蓄能電站和機(jī)組的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，電站相繼成功投運(yùn)。
抽水蓄能電站在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、緊急事故備用任務(wù)，兼有調(diào)頻、調(diào)相和黑啟動、儲能作用，是電網(wǎng)的“穩(wěn)定器” “調(diào)節(jié)器” “充電寶”。陽江抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模2400MW，一期建設(shè)規(guī)模1200MW。水泵水輪機(jī)額定出力408.16MW，最大揚(yáng)程705.9m，額定轉(zhuǎn)速500r/min，機(jī)組具有超高水頭、高轉(zhuǎn)速、國內(nèi)單機(jī)容量最大、技術(shù)指標(biāo)最高、設(shè)計(jì)制造難度國內(nèi)最大等特點(diǎn)。
2012年，國家發(fā)改委《發(fā)改辦能源[2012]2972號》文件中將陽江抽水蓄能電站工程列為我國“40萬千瓦級抽水蓄能電站機(jī)組設(shè)備自主化的依托項(xiàng)目”，機(jī)組設(shè)備按國家國產(chǎn)化部署開展相關(guān)前期工作。基于在30萬千瓦、500米級水頭蓄能機(jī)組技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合國外抽蓄技術(shù)的發(fā)展前沿調(diào)研，國內(nèi)外廠家的技術(shù)交流討論，梳理發(fā)現(xiàn)，對于40萬千瓦700米級高穩(wěn)定性抽蓄機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)方面還存在諸多難題。
公司自主研制400兆瓦國內(nèi)單機(jī)容量最大、700米超高水頭陽江抽水蓄能電站機(jī)組
因此，電機(jī)公司依托陽江抽水蓄能電站，深入開展40萬千瓦700米級抽水蓄能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用，陽江電站的成功投運(yùn)將對保障廣東省尤其是粵港澳大灣區(qū)電網(wǎng)安全、促進(jìn)陽江海上風(fēng)電等清潔能源消納，實(shí)現(xiàn)國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)具有重要意義。同時，研究成果將為后續(xù)超高水頭、超大容量抽水蓄能電站的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐，促進(jìn)我國抽水蓄能技術(shù)向高、精、尖方向發(fā)展，推動我國抽水蓄能技術(shù)達(dá)到更高水平。
二、主要做法
電機(jī)公司歷經(jīng)十年科研攻關(guān)，攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題，形成了多項(xiàng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，將我國40萬千瓦700米級抽水蓄能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)提升至國際領(lǐng)先水平，創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1.“穩(wěn)定性優(yōu)先，綜合性能最優(yōu)”的水力設(shè)計(jì)技術(shù)
陽江抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)采用 “穩(wěn)定性優(yōu)先，綜合性能最優(yōu)”的水力設(shè)計(jì)理念，以追求陽江抽水蓄能電站400MW級超大容量、超高水頭水泵水輪機(jī)穩(wěn)定為目標(biāo)，創(chuàng)新的采用了能夠從根本上提高超大容量、超高水頭長短葉片水泵水輪機(jī)水力穩(wěn)定性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。從長短葉片水泵水輪機(jī)葉片空間位置確定方法、超大容量水泵水輪機(jī)葉片翼型創(chuàng)新設(shè)計(jì)、新型低損耗雙列葉柵水力優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面入手，以轉(zhuǎn)輪水力優(yōu)化設(shè)計(jì)、過渡過程仿真計(jì)算和動應(yīng)力準(zhǔn)確預(yù)測的聯(lián)合迭代優(yōu)化為手段，從本質(zhì)上提升了700m水頭400MW級超大容量水泵水輪機(jī)額定工況下的水力穩(wěn)定性，同時具備優(yōu)異的部分負(fù)荷水力穩(wěn)定性和較高的加權(quán)效率水平，形成了新一代水力性能高度穩(wěn)定、過渡過程高度友好、部件高度安全可靠的超高水頭、超大容量長短葉片水泵水輪機(jī)，與同類水泵水輪機(jī)相比，綜合性能最好、主要單項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)秀?？傮w上達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
2.先進(jìn)穩(wěn)定的水泵水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)
陽江抽水蓄能電站水輪機(jī)型式為豎軸混流式，金屬蝸殼，包角約為345o，彎肘型尾水管，水輪機(jī)工況旋轉(zhuǎn)方向?yàn)楦┮曧槙r針，水泵工況旋轉(zhuǎn)方向?yàn)楦┮暷鏁r針，用微機(jī)電液調(diào)速器控制機(jī)組運(yùn)行。機(jī)組采用懸式結(jié)構(gòu)，兩根軸三導(dǎo)支撐，水泵水輪機(jī)主軸與發(fā)電電動機(jī)主軸直接連接。水輪機(jī)主要包括轉(zhuǎn)動部分、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)部分、埋入部分和布置部分。機(jī)組采用上拆方式，水泵水輪機(jī)可拆卸部件如轉(zhuǎn)輪、主軸、主軸密封、水導(dǎo)軸承、頂蓋、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)、接力器等均可以利用廠房內(nèi)的橋式起重機(jī)通過發(fā)電電動機(jī)定子內(nèi)孔吊出和吊入。在項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為了確保水泵水輪機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，達(dá)到精品要求，哈電電機(jī)公司對主要部件制定了優(yōu)等品考核指標(biāo)，采用了先進(jìn)的計(jì)算軟件，對水輪機(jī)重要部件的剛強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了分析和計(jì)算，同時還全面總結(jié)和吸取了哈電電機(jī)公司以往及國外公司水泵水輪機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合了哈電電機(jī)公司多年總結(jié)的水泵水輪機(jī)的反措條款，對陽江電站水泵水輪機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2021年12月，國內(nèi)單機(jī)容量最大的抽水蓄能機(jī)組陽江項(xiàng)目首臺400兆瓦精品機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電
3. 高效可靠的發(fā)電電動機(jī)研發(fā)技術(shù)
項(xiàng)目組開展了400MW、500r/min抽水蓄能機(jī)組的電磁設(shè)計(jì)、軸系穩(wěn)定、通風(fēng)冷卻、定轉(zhuǎn)子絕緣體系、推力軸承結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動部件剛強(qiáng)度等方面的關(guān)鍵技術(shù)研究，研制了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的、滿足電網(wǎng)需求的400MW、500r/min抽水蓄能機(jī)組，在研制過程中，為保證發(fā)電電動機(jī)的先進(jìn)性以及運(yùn)行可靠性，進(jìn)行了多方面的創(chuàng)新。
陽江抽水蓄能項(xiàng)目獲得授權(quán)專利21件（其中發(fā)明專利6件），發(fā)表論文12篇，研究成果已在依托工程陽江抽水蓄能電站成功應(yīng)用，并推廣至南寧、梅州二期、中洞等抽水蓄能電站，推動了超高水頭超大容量高穩(wěn)定性抽水蓄能機(jī)組的技術(shù)進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。
經(jīng)過近10年的技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、創(chuàng)新，國內(nèi)抽水蓄能技術(shù)自主化已經(jīng)有著較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，電機(jī)公司建立了抽水蓄能機(jī)組研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造體系，有著世界一流的水力模型試驗(yàn)室、發(fā)電電動機(jī)通風(fēng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置、大噸位推力軸承試驗(yàn)裝置等試驗(yàn)設(shè)施，以及世界先進(jìn)水平的機(jī)組設(shè)備制造廠房與數(shù)控機(jī)床設(shè)施；掌握了500m水頭段的抽水蓄能機(jī)組研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，也有能力向更高目標(biāo)挑戰(zhàn)；但在設(shè)計(jì)、制造700米級400MW以上的抽水蓄能電站還是空白，無論是其水力設(shè)計(jì)難度還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度必將上升到一個新的高度。
通過本項(xiàng)目的研究，機(jī)組的水力設(shè)計(jì)、制造工藝水平以及電站過渡過程計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)均取得重大突破，該成果是我國抽水蓄能技術(shù)自主化進(jìn)程中跨越式發(fā)展與趕超的重要節(jié)點(diǎn)，也是我國抽水蓄能技術(shù)發(fā)展的重要里程碑，使我國抽水蓄能開發(fā)技術(shù)躋身世界領(lǐng)先水平，也必將助力我國抽水蓄能“走出去”，對推動“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。
三、案例效果
建設(shè)陽江抽水蓄能電站，可優(yōu)化系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)，提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能。在受端的廣東電網(wǎng)建設(shè)抽水蓄能電站可提高西電東送電量，降低輸電成本，充分發(fā)揮西電東送聯(lián)網(wǎng)效益。建設(shè)陽江抽水蓄能電站還可提高聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)輸電極限，增加系統(tǒng)安全穩(wěn)定裕度，為受端系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的調(diào)相調(diào)壓手段，是解決廣東電網(wǎng)及聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題有力和有效的措施。伴隨廣東電力系統(tǒng)規(guī)模的快速擴(kuò)大，對事故備用容量的要求也迅速增加，建設(shè)陽江抽水蓄能電站，可很大程度上增強(qiáng)系統(tǒng)的事故反應(yīng)能力，適應(yīng)西電東送輸電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的運(yùn)行要求，保證系統(tǒng)安全。
陽江抽水蓄能電站是我國抽水蓄能工程的最高峰。電站最高水頭超過700米、機(jī)組額定轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分、綜合技術(shù)難度和技術(shù)水平為我國最高，被國家發(fā)改委列為40萬千瓦級抽水蓄能電站機(jī)組設(shè)備自主國產(chǎn)化的依托項(xiàng)目。
陽蓄電站一期3臺機(jī)組，工程設(shè)計(jì)年發(fā)電量12億千瓦時，已于2022年6月全部投產(chǎn)發(fā)電，每年可節(jié)約標(biāo)煤約16.9萬噸、減排溫室氣體總量約51.8萬噸，減少二氧化硫及粉塵排放0.35萬噸，對保障廣東省尤其是粵港澳大灣區(qū)電網(wǎng)安全、促進(jìn)陽江海上風(fēng)電等清潔能源消納，實(shí)現(xiàn)國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)具有重要意義。
電機(jī)公司依托本項(xiàng)目，成果應(yīng)用于多個重大工程，創(chuàng)新成果具有較強(qiáng)的移植性和推廣性，經(jīng)濟(jì)和社會效益明顯，應(yīng)用項(xiàng)目包括尚義4×350MW、易縣4×300MW、縉云6×300MW、鎮(zhèn)安4×350MW水泵水輪機(jī)、陽江3×400MW、濰坊4×300MW、天臺4×425MW、南寧4×300MW、撫寧4×300MW、梅州二期4×300MW共41臺套機(jī)組，合同金額為802308.55萬元。
公司研制的陽江抽水蓄能項(xiàng)目首臺轉(zhuǎn)子成功吊裝
持續(xù)引領(lǐng)水電技術(shù)的變革升級。電機(jī)公司依托抽水蓄能機(jī)組開發(fā)，創(chuàng)新研發(fā)了大扭轉(zhuǎn)翼型長短葉片轉(zhuǎn)輪，率先攻克水泵水輪機(jī)“S”特性和“駝峰”特性等世界性難題。哈電電機(jī)打破傳統(tǒng)混流式水電機(jī)組只在45-100%負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的狀況，自主研制0-100%全負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的新一代水電機(jī)組，具有更寬幅的穩(wěn)定工況，并在多個重大工程中應(yīng)用，這其中最為典型的便是被譽(yù)為“中國水電之母”的豐滿水電站，6臺機(jī)組投運(yùn)后，全部實(shí)現(xiàn)了“0-100%全負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行”，機(jī)組水導(dǎo)軸承擺度均控制在0.1毫米以內(nèi)，大軸擺度數(shù)據(jù)創(chuàng)下全國最優(yōu)。與此同時，這一技術(shù)還在李家峽電站改造、幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂等多個重大工程中實(shí)踐，持續(xù)鞏固著哈電電機(jī)該領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。
近年來，哈電電機(jī)組織制修訂各類國際標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)，特別是在水輪機(jī)行業(yè)、大型旋轉(zhuǎn)電機(jī)行業(yè)，分別首次代表我國，作為國際標(biāo)準(zhǔn)召集人，牽頭制定了IEC 62882《混流式水輪機(jī)壓力脈動換算技術(shù)規(guī)范》、IEC 60034-33《同步水輪發(fā)電機(jī)和發(fā)電電動機(jī)基本技術(shù)條件》，大大提升了我國在國際大水電領(lǐng)域的影響力和國際標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)，對國內(nèi)企業(yè)開發(fā)國際市場，參與“一帶一路”建設(shè)起到重要的推動作用。哈電電機(jī)在發(fā)電裝備領(lǐng)域共獲得國家科技進(jìn)步獎4項(xiàng)、省部級科技獎勵60項(xiàng)。其中就包括哈電電機(jī)為適應(yīng)建設(shè)新型電力系統(tǒng)需要，研制的抽水蓄能機(jī)組。迄今為止，哈電電機(jī)共參與了28座電站、100臺套抽水蓄能機(jī)組的研制，總?cè)萘窟_(dá)2932萬千瓦，國內(nèi)市場占有率穩(wěn)居第一。哈電電機(jī)中標(biāo)的由三峽集團(tuán)投資建設(shè)的浙江天臺抽水蓄能電站主機(jī)設(shè)備，單機(jī)容量425兆瓦，為國內(nèi)之首；額定水頭724米，為世界最高；是我國綜合難度最大的抽水蓄能電站工程項(xiàng)目。
不斷增添著“新動能、新本領(lǐng)”。站在新時代，電機(jī)公司更為關(guān)注傳統(tǒng)元素的現(xiàn)代化表達(dá)，將智能制造、數(shù)字化制造引入生產(chǎn)。開發(fā)的焊接機(jī)器人工作站，采用“人機(jī)協(xié)同遙控焊接技術(shù)”，使人工勞動強(qiáng)度下降90%，使生產(chǎn)效率提升一倍左右，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性大幅提高,并能有效降低耗材，極大改善作業(yè)環(huán)境。助力我國“智能制造”行穩(wěn)致遠(yuǎn)，哈電電機(jī)構(gòu)建了以水電云服務(wù)平臺為中心，集故障智能診斷、產(chǎn)品維護(hù)、售后服務(wù)、備品管理及產(chǎn)品優(yōu)化為一體的水力發(fā)電設(shè)備智能遠(yuǎn)程運(yùn)維新模式支持系統(tǒng)，而今已在國網(wǎng)新源豐滿水電站、葛洲壩電站等得到應(yīng)用，填補(bǔ)了我國在電站遠(yuǎn)程智能運(yùn)維方面的長期空白。
電機(jī)公司行業(yè)影響力持續(xù)擴(kuò)大：100萬千瓦水電、100萬千瓦火電，125萬千瓦核電機(jī)組成功研制；引水大泵打破國外壟斷，一枝獨(dú)秀；脈沖發(fā)電機(jī)填補(bǔ)國內(nèi)空白，主要指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平；大型抽水蓄能機(jī)組性能先進(jìn)、指標(biāo)優(yōu)良；我國單機(jī)容量最大的600千瓦海底式潮流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化生產(chǎn)。
積極履行社會責(zé)任。公司站在助力東北振興、推動龍江經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全局高度，形成互利共贏的戰(zhàn)略合作局面。現(xiàn)有長期供貨的本地供應(yīng)商近200家，緊密合作的外委加工供應(yīng)商40余家，本地配套率達(dá)34%以上，近5年本市配套總額超過40億元。
加大宣傳力度，樹立企業(yè)良好形象。公司以打造巨型“充電寶”為依托，在新華社、中央廣播電視總臺、經(jīng)濟(jì)日報、科技日報等中央媒體重點(diǎn)欄目、重要版面刊發(fā)。人民日報《我們這十年|中國精度》，新華社《奮進(jìn)新征程 建功新時代 非凡十年|黑龍江：在黑土地上奮力闖新路、開新局》，中國新聞社《今昔對比黑龍江，這些變化“杠杠滴”》，中國電力報《非凡十年|“紅色血脈”擎起民族動力之魂》等，央視《大國重器》第三季《動力澎湃》《智造中國》《中國大區(qū)域》《了不起的保險》《蓄能新觀察》等, 公司案例《打造綠色發(fā)展新“名片”》榮獲 2023 企業(yè)社會責(zé)任優(yōu)質(zhì)案例獎項(xiàng)、《傳承》榮獲“大國頂梁柱 奮進(jìn)新征程”第三屆中央企業(yè)社會主義核心價值觀主題微電影（微視頻）優(yōu)秀作品、《屹立在水電“珠峰”上的奇跡》入選質(zhì)量強(qiáng)國建設(shè)微視頻優(yōu)秀作品名單，并在第五屆中國質(zhì)量（成都）大會上展播。一系列宣傳展示了公司高質(zhì)量發(fā)展成果,樹立了企業(yè)良好形象。
四、展望
電機(jī)公司將深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平新時代中國特色社會主義、黨的二十大精神，持續(xù)引領(lǐng)我國水電裝備技術(shù)水平和實(shí)力持續(xù)躍升，助力國家實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國和‘雙碳’目標(biāo)。新一輪能源變革蓄勢待發(fā)，哈電電機(jī)將用創(chuàng)新創(chuàng)造驅(qū)動能源裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，以實(shí)力實(shí)干擘畫大國重器新藍(lán)圖。