藏在深井里的抽蓄機(jī)組。 中電建水電開發(fā)集團(tuán)有限公司供圖

　　5月13日，全球首個(gè)梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)電站在四川省阿壩藏族羌族自治州小金縣并網(wǎng)運(yùn)行。至此，小金川河流域梯級(jí)小水電完成華麗轉(zhuǎn)身，在全國乃至全球都具有突破意義。

　　2009年以來，中電建水電開發(fā)集團(tuán)有限公司在小金川河陸續(xù)建成木坡水電站、贊拉水電站、春廠壩水電站，裝機(jī)容量共15.9萬千瓦。這些電站，與四川3000多座小水電情況類似，每年豐水期都被棄水問題困擾。

　　2018年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“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”選址春廠壩水電站，計(jì)劃將已有的梯級(jí)水電站改造成為梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)電站。一場(chǎng)“變形記”悄然在四姑娘山腳下展開。

　　改造有多難？

　　安裝抽蓄發(fā)電機(jī)組，﹃像在一口深井里繡花﹄

　　走進(jìn)春廠壩水電站，直觀的感覺是“迷你”。新建的抽蓄機(jī)組裝機(jī)容量只有0.5萬千瓦，僅為白鶴灘水電站百萬千瓦機(jī)組的兩百分之一；廠房面積也只有132平方米，不及白鶴灘水電站左右岸廠房的四百分之一。

　　其改造很費(fèi)了一番周折。第一步，需要在已投產(chǎn)的廠房里，擴(kuò)建安裝一臺(tái)抽蓄發(fā)電機(jī)組，這在國內(nèi)尚屬首次。

　　記者在廠房里碰到了中國電建成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院春廠壩抽水蓄能電站EPC項(xiàng)目經(jīng)理黃煌，他一語道破改造的難度，“就像在一口深井里繡花?！?/p>

　　黃煌所說的深井，直徑13米、深54.5米，其深度相當(dāng)于17層樓房。“要滿足抽蓄機(jī)組20—30米吸出高度的特殊要求，只能把機(jī)組安裝在深井的底部。”黃煌說，由于跟原來的廠房相隔只有幾米遠(yuǎn)，離小金川河和大壩也非常近，要保護(hù)原有電站不受損，深井開挖不能使用炸藥爆破。這讓建設(shè)者們犯了難。

　　“我們創(chuàng)新性地采用了液壓劈裂的方式開挖?！秉S煌說，灌漿、高壓懸噴、防滲墻等十八般武藝都用上，最終實(shí)現(xiàn)了深井的一次澆筑成型。

　　挖深井的問題解決了，要把機(jī)組安進(jìn)去又是新挑戰(zhàn)。深井底部作業(yè)面只有132平方米，“跟一套三室一廳的房子差不多大?！敝袊娊娏z修工程公司春廠壩抽水蓄能電站EPC項(xiàng)目機(jī)電施工負(fù)責(zé)人杜興說，作業(yè)面上堆放著上百種零部件，只能同時(shí)站下18名工人，這給多工序交叉作業(yè)帶來極大難度。他們提出了一種全新的臥式抽蓄機(jī)組安裝方案，在機(jī)電設(shè)備安裝到位后再統(tǒng)一澆筑基礎(chǔ)混凝土，減少機(jī)組安裝步驟，提高安裝效率。

　　裝上抽蓄機(jī)組之后，利用已經(jīng)建成的木坡、贊拉、猛固橋三座水電站，形成儲(chǔ)水的上庫和發(fā)電的下庫，從而把常規(guī)水電站（春廠壩水電站）改造成混合式抽水蓄能電站；再接入周邊分布式光伏，最終形成“19.5萬千瓦水電＋5萬千瓦光伏＋0.5萬千瓦抽水蓄能”的梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)電站。

　　水光蓄之間如何實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)？項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人、國網(wǎng)四川電科院副院長(zhǎng)丁理杰指著電站控制中心的屏幕說，有三個(gè)層面的互補(bǔ)，一是中長(zhǎng)期電量資源的互補(bǔ)，豐水期水電出力多時(shí)，光伏出力較少，枯水期水電不夠的時(shí)候，光伏頂上；二是短期調(diào)度計(jì)劃的互補(bǔ)，在電能過剩時(shí)，利用多發(fā)的電把水從下庫抽到上庫儲(chǔ)存，等用電高峰時(shí)，再從上庫向下庫放水發(fā)電；三是實(shí)時(shí)控制層面的互補(bǔ)，光伏出力波動(dòng)，通過穩(wěn)定的水電來調(diào)峰?！巴ㄟ^多層互補(bǔ)，就能實(shí)現(xiàn)水電、光伏、抽水蓄能三種能源方式之間的運(yùn)行最優(yōu)化?！?/p>

　　突破在哪里？

　　攻克世界性難題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成全國產(chǎn)化

　　“從籍籍無名，到深感重任在肩?！敝袊娊ㄋ拇ㄐ〗鸫ㄋ婇_發(fā)有限公司總經(jīng)理?xiàng)畋貞?，原本寂靜的春廠壩水電站，迎來送往了無數(shù)批來自全國頂級(jí)科研院所、工程設(shè)備廠家的專家學(xué)者，他們都朝著同一個(gè)目標(biāo)努力——建成全球首個(gè)梯級(jí)水光蓄互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)示范工程。

　　水光蓄互補(bǔ)發(fā)電極其復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)行，需要攻克裝備研制、運(yùn)行控制、智能調(diào)度等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。作為抽水蓄能電站的“心臟”，發(fā)電機(jī)組是關(guān)鍵之中的關(guān)鍵。

　　常規(guī)的抽水蓄能發(fā)電機(jī)組，采用的都是恒定轉(zhuǎn)速的機(jī)組，功率不能調(diào)整，要實(shí)現(xiàn)水光蓄互補(bǔ)發(fā)電，常規(guī)機(jī)組無法達(dá)到要求，必須采用變速抽蓄機(jī)組。這對(duì)科研人員來說，是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。“變速抽蓄機(jī)組成套設(shè)備被國外壟斷，國內(nèi)還沒有投運(yùn)的先例?！倍±斫苷f，這意味著他們要開展突破性研究。

　　20人組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開始沒日沒夜攻關(guān)。經(jīng)過4年時(shí)間研發(fā)，終于生產(chǎn)出國內(nèi)首臺(tái)全功率變速恒頻可逆式抽蓄機(jī)組。這臺(tái)變速抽蓄機(jī)組，可以在百毫秒之內(nèi)，通過轉(zhuǎn)速變化來完成功率調(diào)節(jié)。簡(jiǎn)單來說，隨著日照條件的變化，光伏功率會(huì)進(jìn)行不同時(shí)間尺度的波動(dòng)，變速抽蓄機(jī)組根據(jù)光伏功率波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如一朵云過來遮住了光線，光伏出力急速跌落，抽蓄機(jī)組能在百毫秒內(nèi)迅速提升出力，確保水光蓄互補(bǔ)電站出力按計(jì)劃進(jìn)行。

　　機(jī)組打破國外壟斷，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成的全國產(chǎn)化。國網(wǎng)四川電科院技術(shù)專家史華勃牽頭提出“快速變轉(zhuǎn)速控制”與“快速變功率控制”相結(jié)合多階段協(xié)調(diào)控制策略，實(shí)現(xiàn)不同工況下勵(lì)磁、調(diào)速和變流器的協(xié)同控制，可在最大程度上使機(jī)組兼顧最優(yōu)效率運(yùn)行并具備毫秒級(jí)快速功率調(diào)節(jié)能力，可以說是變速抽水蓄能的核心和大腦。“這是一個(gè)極大的突破?！倍±斫苷f，預(yù)期可以降低同類設(shè)備價(jià)格20％以上，而接下來實(shí)現(xiàn)設(shè)備銷售，每年制造企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)營收1億元以上。

　　除了硬件突破，還配套研發(fā)了世界第一個(gè)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)。牽頭負(fù)責(zé)該課題的國電南瑞科技股份有限公司技術(shù)人員單鵬珠介紹，電力最大的特點(diǎn)是時(shí)供時(shí)銷、實(shí)時(shí)匹配，要讓水電、光伏、抽水蓄能所發(fā)的電力負(fù)荷平衡，是個(gè)特別精細(xì)的技術(shù)活。智能調(diào)度系統(tǒng)的“智能”程度，可以達(dá)到自己決策、自己糾偏，能夠根據(jù)周邊的氣象數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)光伏和水電站的發(fā)電情況，并利用抽水蓄能機(jī)組全功率變流器的毫秒級(jí)響應(yīng)能力，來匹配最合適的發(fā)電配比和聯(lián)合智能調(diào)度。

　　價(jià)值有多大？

　　為水電開發(fā)利用找到新路，可推廣到水光資源富集地區(qū)

　　作為全球首個(gè)水光蓄互補(bǔ)電站，春廠壩水電站“變形”具有怎樣的示范意義？

　　首先，為水電的開發(fā)利用找到了一條新路。丁理杰告訴記者，水電是我國目前最大的儲(chǔ)能系統(tǒng)。截至2020年底，全國所有儲(chǔ)能電站（主要包括抽水儲(chǔ)能電站、超大型電池組電站等）加起來的裝機(jī)容量為327萬千瓦，而四川僅雅礱江二灘水電站的裝機(jī)就達(dá)330萬千瓦。“也就是說我們一個(gè)水電站蓄一兩個(gè)小時(shí)，就可以達(dá)到全國所有儲(chǔ)能電站的量?！痹诙±斫芸磥恚拇?000萬千瓦、位居全國第一的水電裝機(jī)容量，是最好的“蓄電池”。怎樣才能更好地發(fā)揮水電“蓄電池”的作用？春廠壩水電站就提供了一種新的可能。

　　楊炳全介紹，小金川河的幾座小水電都面臨棄水問題，豐水期有30％—50％的水電被棄掉，這也是四川大多數(shù)小水電面臨的共性問題。要解決棄水問題，要么加大就地消納的力度，要么新建電力外送通道，這對(duì)小水電業(yè)主來說，無法掌握主動(dòng)權(quán)。隨著國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目在春廠壩水電站的示范應(yīng)用，據(jù)初步測(cè)算，項(xiàng)目投產(chǎn)后，每年可增加水電消納量975萬千瓦時(shí)，產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益?！安粌H提升水力發(fā)電量，水電的價(jià)值也將得到放大?！睏畋f，因?yàn)閰⑴c光伏調(diào)峰，未來調(diào)峰電價(jià)將體現(xiàn)在水電價(jià)格里，四川也正在研究調(diào)峰電價(jià)的價(jià)格體系。

　　四川小水電眾多，除小金川河流域外，雜谷腦河、臥羅河、鴨嘴河等流域水光資源同樣非常豐富，這些流域已有小水電裝機(jī)超過200萬千瓦、光伏裝機(jī)超過80萬千瓦，且小水電、光伏接入場(chǎng)景與春廠壩水電站類似，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)制和推廣。日前，四川省發(fā)展改革委、省能源局印發(fā)《四川省“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》明確提出，要有序建設(shè)抽水蓄能電站，對(duì)利用上下游梯級(jí)水電站建設(shè)的混合式抽水蓄能電站，開展選點(diǎn)研究。“我們這個(gè)示范項(xiàng)目生逢其時(shí)，正好與國家和省上的能源戰(zhàn)略高度契合?！倍±斫苷f。

　　還有一個(gè)重要的示范意義是證明了水光蓄互補(bǔ)運(yùn)行模式的可行性?！笆濉蹦?，四川新能源（風(fēng)電、光伏）裝機(jī)僅600余萬千瓦，占電力總裝機(jī)的比例小，即便滿發(fā)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定構(gòu)成的威脅也不大。但根據(jù)規(guī)劃，到“十四五”末，四川新能源裝機(jī)將達(dá)到2200萬千瓦，占比將接近15％，而未來占比還將持續(xù)提升，這就對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性提出了新的挑戰(zhàn)。通過水光蓄互補(bǔ)運(yùn)行，將不確定的光伏能源變成完全可控、可調(diào)度的能源，將大大保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　春廠壩水電站的投資方中電建水電開發(fā)集團(tuán)有限公司，也從傳統(tǒng)的水電開發(fā)向多能互補(bǔ)的抽水蓄能電站轉(zhuǎn)型。2021年，在河北、新疆維吾爾自治區(qū)、湖南等地獲得多個(gè)抽水蓄能項(xiàng)目開發(fā)權(quán)，裝機(jī)規(guī)模660萬千瓦；目前正在密切跟蹤四川、河北、廣西壯族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)等地10余個(gè)抽水蓄能項(xiàng)目，裝機(jī)規(guī)模超1000萬千瓦。雅礱江流域水電開發(fā)有限公司也對(duì)春廠壩水電站的多能互補(bǔ)模式產(chǎn)生很大興趣，希望能將示范成果應(yīng)用到流域的兩河口、錦屏等大型梯級(jí)水電站。