廣州從化南昆山脈北側，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(gè)“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(jiǎn)稱(chēng)“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在廣州、惠州兩座抽水蓄能電站投運以來(lái)，截至記者發(fā)稿時(shí)，安全啟動(dòng)已超過(guò)1500次、累計運行超過(guò)1.7萬(wàn)小時(shí)。這標志著(zhù)抽水蓄能電站4類(lèi)核心控制子系統均成功實(shí)現了全面國產(chǎn)化，有力提高了我國能源產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈的安全性。
抽水蓄能電站是目前技術(shù)最成熟的大規模儲能方式之一，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(wàn)千瓦，居世界首位，而到2030年投產(chǎn)總規模將達到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由計算機監控、調速、勵磁、繼電保護這四大系統組成，被喻為電站的“大腦”。
此前，這個(gè)“大腦”一直是我國的短板。盡管我國在抽水蓄能主機設備領(lǐng)域已實(shí)現全面國產(chǎn)化，多項技術(shù)國際領(lǐng)先，但核心控制系統的關(guān)鍵部件仍依賴(lài)進(jìn)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。
以“大腦”中的勵磁系統核心部件直流滅磁開(kāi)關(guān)為例，國際標準要求開(kāi)關(guān)機械壽命達到2萬(wàn)次。“實(shí)際上，使用不到1年、開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數不到3000次時(shí)，進(jìn)口部件就發(fā)生了問(wèn)題，廠(chǎng)商經(jīng)多次催促才出具一份語(yǔ)焉不詳的故障報告。”提起此事，南網(wǎng)儲能修試公司技術(shù)專(zhuān)家閆文斌十分無(wú)奈。
“核心控制系統受制于人，是我國抽水蓄能領(lǐng)域實(shí)現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(shuō)，“我們下定決心啃下這塊‘硬骨頭’。”
這套系統國產(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(kāi)展四大系統的“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(zhù)擁有‘國產(chǎn)大腦’，但真邁開(kāi)這一步，心里特別虛。”南網(wǎng)儲能修試公司自動(dòng)化部總經(jīng)理楊銘軒告訴記者，畢竟一個(gè)“大腦”涵蓋核心控制器、調節器等206種設備，涉及近12萬(wàn)個(gè)元件。
設備選型是研發(fā)的第一步，也是決定后續環(huán)節能否實(shí)施的關(guān)鍵。“我們必須挑選出最合格的元件‘隊員’，才能組建起一支‘足球隊’。”楊銘軒打了一個(gè)比方。為此，團隊前后走訪(fǎng)了國內70多家相關(guān)設備制造商。
“足球隊”組建起來(lái)了，如何根據“隊員”的“身體素質(zhì)”和“技術(shù)水平”進(jìn)行“排兵布陣”，著(zhù)實(shí)考驗著(zhù)團隊。
面對我國新能源大規模并網(wǎng)對抽蓄機組提出的更高調速要求，團隊自主研制出0.0001赫茲（Hz）分辨率國產(chǎn)調速器，精度等級比進(jìn)口0.001Hz分辨率調速器更高。精度前移一個(gè)小數點(diǎn)的背后，是團隊歷時(shí)500余天攻克測頻回路解析等關(guān)鍵技術(shù)的艱難創(chuàng )新。
勵磁系統是保障電壓和無(wú)功功率穩定的關(guān)鍵。目前我國直流勵磁系統的關(guān)鍵設備——直流滅磁開(kāi)關(guān)95%以上采用進(jìn)口設備，沒(méi)有適用于300兆瓦抽蓄機組的國產(chǎn)產(chǎn)品。
“常規的直流滅磁開(kāi)關(guān)機械壽命約為1000次，而抽蓄機組要求至少2萬(wàn)次，對開(kāi)關(guān)體積、磁保持、模塊化組裝等有著(zhù)極其嚴苛的技術(shù)要求。”勵磁系統研發(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)節質(zhì)量，用時(shí)一年終于研制出符合要求的直流滅磁開(kāi)關(guān)。
安裝調試是直流滅磁開(kāi)關(guān)投用前的“臨門(mén)一腳”，整個(gè)勵磁系統的國產(chǎn)化成敗在此一舉。
今年1月11日晚上10時(shí)，試驗正式開(kāi)始。在設置好所有的試驗接線(xiàn)和錄波儀器后，團隊撤離至遠處，“幾乎是屏氣斂息、提心吊膽”。當試驗數據、裝置部件檢查結果合格了，團隊才敢松一口氣。
兩年多來(lái)，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)填補國內空白，其中調速系統和勵磁系統已通過(guò)成果鑒定，設備性能達到國際領(lǐng)先水平。
隨著(zhù)繼電保護、勵磁、調速器、計算機監控四大系統的國產(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，新系統完全滿(mǎn)足機組運行需求，多個(gè)方面性能優(yōu)于進(jìn)口設備。
“攻克抽水蓄能核心控制系統技術(shù)，實(shí)現整套設備自主可控，是我們主動(dòng)要做的事，總得有人邁出這一步。而支撐我們前行的動(dòng)力源于對‘中國制造’的信心。”鞏宇語(yǔ)氣堅定。
未來(lái)，南方電網(wǎng)將在所屬7座已投運抽水蓄能電站的30多臺機組陸續推廣使用“國產(chǎn)大腦”。
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