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大型抽水蓄能电站有了“国产大脑”

2023/12/9 19:12:02 来源:科技日报

广州从化南昆山脉北侧,绿水青山相映成趣。这里建有我国首座大型抽水蓄能电站——广州抽水蓄能电站。今年,该电站投产30年后新添了个“第一”——第一次用上了“国产大脑”。

12月7日,记者从南方电网储能股份有限公司(以下简称“南网储能”)获悉,我国自主研制的首套抽水蓄能核心控制系统在广州、惠州两座抽水蓄能电站投运以来,截至记者发稿时,安全启动已超过1500次、累计运行超过1.7万小时。这标志着抽水蓄能电站4类核心控制子系统均成功实现了全面国产化,有力提高了我国能源产业链供应链的安全性。

改变核心控制系统受制于人局面

抽水蓄能电站是目前技术最成熟的大规模储能方式之一,是保障我国新能源消纳的重要力量。截至今年9月底,我国抽水蓄能在运总装机容量达到5000万千瓦,居世界首位,而到2030年投产总规模将达到1.2亿千瓦左右。

作为抽水蓄能电站的关键设备,抽蓄机组核心控制系统由计算机监控、调速、励磁、继电保护这四大系统组成,被喻为电站的“大脑”。

此前,这个“大脑”一直是我国的短板。尽管我国在抽水蓄能主机设备领域已实现全面国产化,多项技术国际领先,但核心控制系统的关键部件仍依赖进口,备品备件更新艰难,控制程序为“黑匣子”,核心功能优化存在盲区。

以“大脑”中的励磁系统核心部件直流灭磁开关为例,国际标准要求开关机械寿命达到2万次。“实际上,使用不到1年、开关动作次数不到3000次时,进口部件就发生了问题,厂商经多次催促才出具一份语焉不详的故障报告。”提起此事,南网储能修试公司技术专家闫文斌十分无奈。

“核心控制系统受制于人,是我国抽水蓄能领域实现科技自立自强的最后一块短板。”南网储能修试公司副总经理巩宇说,“我们下定决心啃下这块‘硬骨头’。”

这套系统国产化水平大致可分为“设备级”“部件级”和“元件级”,其中“元件级”自主可控水平最高,要求关键技术元件全部国产。

2021年2月,南网储能牵头组建研发团队,选取广州、惠州两座抽水蓄能电站为平台,开展四大系统的“元件级”国产设备研发。

“排兵布阵”攻克多项关键技术

“虽然一直盼着拥有‘国产大脑’,但真迈开这一步,心里特别虚。”南网储能修试公司自动化部总经理杨铭轩告诉记者,毕竟一个“大脑”涵盖核心控制器、调节器等206种设备,涉及近12万个元件。

设备选型是研发的第一步,也是决定后续环节能否实施的关键。“我们必须挑选出最合格的元件‘队员’,才能组建起一支‘足球队’。”杨铭轩打了一个比方。为此,团队前后走访了国内70多家相关设备制造商。

“足球队”组建起来了,如何根据“队员”的“身体素质”和“技术水平”进行“排兵布阵”,着实考验着团队。

面对我国新能源大规模并网对抽蓄机组提出的更高调速要求,团队自主研制出0.0001赫兹(Hz)分辨率国产调速器,精度等级比进口0.001Hz分辨率调速器更高。精度前移一个小数点的背后,是团队历时500余天攻克测频回路解析等关键技术的艰难创新。

励磁系统是保障电压和无功功率稳定的关键。目前我国直流励磁系统的关键设备——直流灭磁开关95%以上采用进口设备,没有适用于300兆瓦抽蓄机组的国产产品。

“常规的直流灭磁开关机械寿命约为1000次,而抽蓄机组要求至少2万次,对开关体积、磁保持、模块化组装等有着极其严苛的技术要求。”励磁系统研发负责人陈强介绍,团队与上海立新电器合作,把控绝缘材料选取、模具制作、生产工艺运用等全环节质量,用时一年终于研制出符合要求的直流灭磁开关。

整套设备性能达到国际领先水平

安装调试是直流灭磁开关投用前的“临门一脚”,整个励磁系统的国产化成败在此一举。

今年1月11日晚上10时,试验正式开始。在设置好所有的试验接线和录波仪器后,团队撤离至远处,“几乎是屏气敛息、提心吊胆”。当试验数据、装置部件检查结果合格了,团队才敢松一口气。

两年多来,团队咬紧牙关,逐一取得了40项重大技术创新,21项技术填补国内空白,其中调速系统和励磁系统已通过成果鉴定,设备性能达到国际领先水平。

随着继电保护、励磁、调速器、计算机监控四大系统的国产设备相继在两座抽水蓄能电站投运,我国抽水蓄能电站终于用上自主研发的“国产大脑”。经应用检验,新系统完全满足机组运行需求,多个方面性能优于进口设备。

“攻克抽水蓄能核心控制系统技术,实现整套设备自主可控,是我们主动要做的事,总得有人迈出这一步。而支撑我们前行的动力源于对‘中国制造’的信心。”巩宇语气坚定。

未来,南方电网将在所属7座已投运抽水蓄能电站的30多台机组陆续推广使用“国产大脑”。


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