大型抽水蓄能電站有了“國產(chǎn)大腦”
◎本報記者 葉 青
通 訊 員 黃 昉
廣州從化南昆山脈北側(cè),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(chǎn)30年后新添了個“第一”——第一次用上了“國產(chǎn)大腦”。
12月7日,記者從南方電網(wǎng)儲能股份有限公司(以下簡稱“南網(wǎng)儲能”)獲悉,我國自主研制的首套抽水蓄能核心控制系統(tǒng)在廣州、惠州兩座抽水蓄能電站投運以來,截至記者發(fā)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(tǒng)均成功實現(xiàn)了全面國產(chǎn)化,有力提高了我國能源產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈的安全性。
改變核心控制系統(tǒng)受制于人局面
抽水蓄能電站是目前技術(shù)最成熟的大規(guī)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(chǎn)總規(guī)模將達到1.2億千瓦左右。
作為抽水蓄能電站的關(guān)鍵設備,抽蓄機組核心控制系統(tǒng)由計算機監(jiān)控、調(diào)速、勵磁、繼電保護這四大系統(tǒng)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(xiàn)全面國產(chǎn)化,多項技術(shù)國際領先,但核心控制系統(tǒng)的關(guān)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(yōu)化存在盲區(qū)。
以“大腦”中的勵磁系統(tǒng)核心部件直流滅磁開關(guān)為例,國際標準要求開關(guān)機械壽命達到2萬次?!皩嶋H上,使用不到1年、開關(guān)動作次數(shù)不到3000次時,進口部件就發(fā)生了問題,廠商經(jīng)多次催促才出具一份語焉不詳?shù)墓收蠄蟾?。”提起此事,南網(wǎng)儲能修試公司技術(shù)專家閆文斌十分無奈。
“核心控制系統(tǒng)受制于人,是我國抽水蓄能領域?qū)崿F(xiàn)科技自立自強的最后一塊短板。”南網(wǎng)儲能修試公司副總經(jīng)理鞏宇說,“我們下定決心啃下這塊‘硬骨頭’?!?/p>
這套系統(tǒng)國產(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)元件全部國產(chǎn)。
2021年2月,南網(wǎng)儲能牽頭組建研發(fā)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(tǒng)的“元件級”國產(chǎn)設備研發(fā)。
“排兵布陣”攻克多項關(guān)鍵技術(shù)
“雖然一直盼著擁有‘國產(chǎn)大腦’,但真邁開這一步,心里特別虛?!蹦暇W(wǎng)儲能修試公司自動化部總經(jīng)理楊銘軒告訴記者,畢竟一個“大腦”涵蓋核心控制器、調(diào)節(jié)器等206種設備,涉及近12萬個元件。
設備選型是研發(fā)的第一步,也是決定后續(xù)環(huán)節(jié)能否實施的關(guān)鍵?!拔覀儽仨毺暨x出最合格的元件‘隊員’,才能組建起一支‘足球隊’?!睏钽戃幋蛄艘粋€比方。為此,團隊前后走訪了國內(nèi)70多家相關(guān)設備制造商。
“足球隊”組建起來了,如何根據(jù)“隊員”的“身體素質(zhì)”和“技術(shù)水平”進行“排兵布陣”,著實考驗著團隊。
面對我國新能源大規(guī)模并網(wǎng)對抽蓄機組提出的更高調(diào)速要求,團隊自主研制出0.0001赫茲(Hz)分辨率國產(chǎn)調(diào)速器,精度等級比進口0.001Hz分辨率調(diào)速器更高。精度前移一個小數(shù)點的背后,是團隊歷時500余天攻克測頻回路解析等關(guān)鍵技術(shù)的艱難創(chuàng)新。
勵磁系統(tǒng)是保障電壓和無功功率穩(wěn)定的關(guān)鍵。目前我國直流勵磁系統(tǒng)的關(guān)鍵設備——直流滅磁開關(guān)95%以上采用進口設備,沒有適用于300兆瓦抽蓄機組的國產(chǎn)產(chǎn)品。
“常規(guī)的直流滅磁開關(guān)機械壽命約為1000次,而抽蓄機組要求至少2萬次,對開關(guān)體積、磁保持、模塊化組裝等有著極其嚴苛的技術(shù)要求?!眲畲畔到y(tǒng)研發(fā)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(chǎn)工藝運用等全環(huán)節(jié)質(zhì)量,用時一年終于研制出符合要求的直流滅磁開關(guān)。
整套設備性能達到國際領先水平
安裝調(diào)試是直流滅磁開關(guān)投用前的“臨門一腳”,整個勵磁系統(tǒng)的國產(chǎn)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(shù)據(jù)、裝置部件檢查結(jié)果合格了,團隊才敢松一口氣。
兩年多來,團隊咬緊牙關(guān),逐一取得了40項重大技術(shù)創(chuàng)新,21項技術(shù)填補國內(nèi)空白,其中調(diào)速系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)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(diào)速器、計算機監(jiān)控四大系統(tǒng)的國產(chǎn)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(fā)的“國產(chǎn)大腦”。經(jīng)應用檢驗,新系統(tǒng)完全滿足機組運行需求,多個方面性能優(yōu)于進口設備。
“攻克抽水蓄能核心控制系統(tǒng)技術(shù),實現(xiàn)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(wǎng)將在所屬7座已投運抽水蓄能電站的30多臺機組陸續(xù)推廣使用“國產(chǎn)大腦”。
(科技日報廣州12月7日電)
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