抽水蓄能技术及成果应用

在我国抽水蓄能行业发展初期，抽水蓄能技术被国外垄断。经过多年发展，我国探索出了一条自主创新发展之路，抽水蓄能机组关键技术和成套设备实现从无到有、由弱到强的根本性跨越。

技术发展

2003年之前，我国抽水蓄能机组及其辅助机电设备全部依赖进口，之后，我国以工程为依托，不断攻克机组及控制设备关键技术，形成拥有自主知识产权的核心技术，研制出大型抽水蓄能机组及成套设备。

信息技术和机电技术的进步，推动抽水蓄能机电技术不断发展，变速抽水蓄能机组、中小容量抽水蓄能机组、海水蓄能机组、更大容量更高水头蓄能机组、智能化抽水蓄能机组的技术发展是抽水蓄能机电技术发展的重要方向。

主要设备

●水泵水轮机

水泵水轮机是集水泵和水轮机两种相反功能于一体的特殊水力机械，是抽水蓄能机组的重要组成部分和能量转换核心。

随着水力设计技术的发展，水泵水轮机的能量转换效率大幅提升。近期研制的水泵水轮机在抽水工况和发电工况的最优效率均能达到92%以上，我国最新投产的机组达到94%。

抽水蓄能机组有多种型式，由于混流式水泵水轮机具有应用水头范围广、单机容量大、经济技术综合优势突出等特点，成为目前世界上应用最广泛、技术最先进的机型，代表着大型、超大型抽水蓄能机组的发展方向。

主轴是水泵水轮机与发电电动机的连接部件，上端连接发电电动机轴，下端连接水泵水轮机转轮，其作用是传递机组转矩。由于抽水蓄能机组双向旋转，水泵水轮机主轴的使用条件远比常规水轮发电机组主轴复杂。

发电电动机是抽水蓄能电站实现电能与机械能相互转化的核心设备，因其在发电工况时作发电机使用，在抽水工况时作电动机使用，故称发电电动机。与单一功能的水轮发电机相比，发电电动机具有大容量、高转速、双向旋转、频繁启停、过渡过程复杂、设计制造难度大，需要专门启动措施等特点和难点。

●大型变速抽水蓄能机组核心控制设备关键技术研究

创新成果

随着风电、光伏发电等新能源发电快速增加，对电力系统的安全可靠运行提出更高要求。变速抽水蓄能机组可为电力系统提供更灵活可靠的热备用和旋转备用电能，提高新能源消纳水平和电网安全稳定性。

国网新源公司联合南瑞集团、中国电科院、许继集团等单位，对大型变速抽水蓄能机组交流励磁、调速器、继电保护和监控系统开展了关键技术研究和设备研制。提出一种交流励磁多支路并联系统的混合控制策略，形成变速抽水蓄能机组多工况运行转换控制流程，攻克了变速抽水蓄能机组交流励磁与调速器之间的协调控制问题。

通过这一研究，我国掌握了变速抽水蓄能机组核心控制设备关键技术，推动了变速抽水蓄能机组自主化工程应用进程。

●700米级350兆瓦抽水蓄能机组国产化关键技术研究

随着新技术、新材料、新工艺在抽水蓄能机组的广泛应用，开发高水头、大容量、高转速机组是目前行业的发展趋势，也是打破国外垄断、掌握关键核心技术的必由之路。

国网新源吉林敦化抽水蓄能有限公司联合清华大学、河海大学等国内高校联合攻关，在国内首次实现了700米级350兆瓦抽水蓄能机组的完全自主研发、设计和制造。发电机采用“一根轴”结构，成功解决了高转速机组摆度控制难题。推力轴承创新采用喷淋式冷却方式，既提高了机组效率，还提高了推力轴承的承载能力，使高速双向轴承运行更加安全。采用直筋机座+斜支臂结构、阻尼环内连接结构等新型结构，为后续高水头大容量抽水蓄能电站工程提供了重要的参考和借鉴。

●TBM施工关键技术研究

抽水蓄能电站地下隧洞群目前主要采用钻爆、反井钻、爬罐法开挖，安全风险高、施工工期长、作业面环境差，容易引发安全生产事故。国网新源公司大力推广以多类型硬岩隧道全断面掘进机（TBM）为代表的机械化施工设备，在国内率先将TBM施工方法引入抽水蓄能电站工程建设，并提出了适合TBM施工的抽水蓄能电站平洞、斜井等建筑物设计理念，统一了不同电站功能相近隧洞的开挖断面型式和尺寸。

来源：国网新源公司、《国家电网报》《抽水蓄能机组及其辅助设备技术》（中国电力出版社出版）

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