我国抽水蓄能成套设备研制能力持续增强。
4月12日，国内单机容量最大的抽水蓄能电站——浙江仙居抽水蓄能电站1号机组成功并网发电，机组的核心水泵水轮机、发电机以及自动控制系统均拥有自主知识产权，实现了国内完全自主化，标志着我国已经掌握大型抽水蓄能电站核心技术。
业内专家指出，抽水蓄能技术实现根本性跨越，将强有力地支撑我国抽水蓄能行业快速发展，同时将使国内市场的抽水蓄能设备价格大幅下降，预计可为国家节省至少上百亿元资金。
依靠进口发展受限
抽水蓄能电站被认为是电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长、容量大、技术最成熟的储能装置，是新能源发展的重要组成部分。
然而2003年以前，我国抽水蓄能领域相关技术研究还处于一片空白，抽水蓄能电站的设备全部是舶来品。“抽水蓄能机组，因为需要双向运行，而且工况转换复杂，运行水头高，设备转速高，设计、制造的难度远远高于常规水电机组。以我国当时的重装备制造水平来说，发展抽水蓄能只能依靠进口设备。”国网新源公司副总经理高苏杰称。
依靠“拿来主义”就要付出高昂的代价。国外厂商依仗技术优势，设备引进毫无讨价还价的余地。技术服务受制于人，关键部件的供货周期有时需要3到6个月，建设抽水蓄能电站十分艰难。
中国电建华东勘测设计研究院总工程师陈顺义表示:“当时我国建一座抽水蓄能电站，核心机电设备投资占总体投资的一半以上，是国际市场一般水平的两倍左右。”
高昂的投资成本、滞后的技术服务等问题，严重制约我国抽水蓄能事业的发展。自上世纪60年代我国在河北岗南建成第一座抽水蓄能电站，经过近40年、发展，到2003年，抽水蓄能电站装机容量仍然只占电力装机总量的1.6%，而欧洲、日本等发达国家的抽水蓄能装机比例早已达到5%-10%。抽水蓄能行业的发展速度，与我国电力事业的高速发展严重脱节。
“当时国内抽水蓄能行业已经深刻认识到，实现抽水蓄能跨越式发展的基础，就必须打破国外技术垄断，实现核心设备自主化。”高苏杰说。
“三步走”后来居上
2003年3月21日，国家发改委组织国家电网公司、南方电网公司、中国机械工业联合会以及国内水电制造行业的龙头——哈尔滨电机厂有限责任公司和东方 电气集团东方电机有限公司等单位的专家代表，共商抽蓄设备自主化大计。当时会议正式提出，要采取“技术引进—掌握优化—自主创新”的“三步走”发展战略，通过产、学、研、用的戮力同心“总体战”，逐步实现我国抽水蓄能电站机组及成套设备制造自主化。
之后，在国家发改委统一组织下，招标领导小组经过一年多谈判，从国际知名的七家抽水蓄能装备制造商中确定了宝泉等三座新建抽水蓄能电站主机设备的中标对象。同时，“技术转让标”谈判后，设备制造商承诺无条件、无保留转让其核心技术。这种将设备与技术“打捆招标”的模式，为我国抽水蓄能技术的快速发展开辟了道路。
在国外先进技术的基础上，如何进行消化吸收再创新，成为一大挑战。其中水泵水轮机是抽水蓄能电站最核心的设备，破解其双向运行难题是当务之急。
据介绍，水泵水轮机是水泵与水轮机的结合，可以实现水泵抽水储能，又可以化身为水轮机拖动发电机发电，实现这种功能上的“可逆”，依靠的是它正反双向运行的独特能力。
“双向运行听上去简单，但做起来极难。”国家科技支撑计划“大型抽水蓄能机组成套设备研制”课题负责人覃大清解释，“水泵和水轮机的水力特性完全相反，依靠常规设计手段难以兼顾设备的稳定性和效率。国外一般采取在转轮上安装非同步导叶的机械手段提升设备稳定性，但是治标不治本。设备结构复杂，整体安全性降低，有时还会引发剧烈振动，导致机组无法并网。”
为了破解这一世界性难题，研究人员用了2年时间，通过对几十个水泵水轮机模型和上百种设计方案的分析论证和试验，制定了以水泵与水轮机特性并行迭代的水力优化设计方法，采用水力手段，从根本上保障了水泵水轮机双向运行的稳定性。此外，依托国家973计划“水力发电设备前沿技术研究”等科研课题研究，研究人员还研发出降低水泵水轮机无叶区压力脉动方法、混流式水泵水轮机长短叶片转轮等独创技术，获得5项发明专利。在保证稳定性的同时，实现了水泵水轮机效率的同步提高。
在此基础上，我国首个完全自主设计研制的安徽响水涧抽水蓄能电站水泵水轮机真机模型，成功通过了瑞士洛桑中立试验台的模型验收试验，最优效率达94.28%。
自主研发提升竞争力
随着抽水蓄能市场的不断壮大，对设备可靠性和安全性的要求越来越高。
“抽水蓄能机组发电机的研制难度是常规水电机组的2到3倍，转子高速运转带来结构安全性的巨大考验。”哈尔滨电机厂前总工程师王国海表示，“和常规水电机组相比，抽水蓄能发电机转子运行转速高。与三峡相比，虽然响水涧电站的单机容量不足三峡的一半，但转速却是三峡发电机的3倍多。在这么高的转速下，发电电动机转子要频繁承受机组启停、正反转过程中交变负荷和冲击负荷，结构安全性面临巨大考验。”
结构安全性研究没有捷径可走，只能依靠过硬的设计能力。“产品质量首先是设计出来的，其次才是制造出来的。”在东方电机有限公司副总工程师郑小康带领下，设计攻关团队经过反复测算试验，最终确定转子柔性固定方案，即自动适应转子不同转速、不同工况的需要，保持恒定约束力，大幅加强转子结构安全性。
设备的安全可靠更离不开控制系统的保障。自动控制系统被誉为抽水蓄能电站的“大脑”和“中枢神经”，用来指挥、协调、控制电站的所有设备。由于抽水蓄能机组运行工况多、转换复杂，其控制系统模型和参数设计极其复杂，安全可靠性要求极高，已成为抽水蓄能领域的核心技术。
如此高含金量的技术，早已被国际知名企业牢牢控制，技术引进无从谈起，也就意味着没有任何成熟经验可以借鉴和参考。为此，国家电网曾先后两次立项，由国网新源公司和南瑞集团公司共同承担，开展大型抽水蓄能电站自动控制系统自主研制工作。
据了解，目前具有完全自主知识产权的大型抽水蓄能电站计算机监控、励磁、调速和保护系统，通过自主调试，成功应用于安徽响水涧、福建仙游抽水蓄能电站。不仅如此，引进控制系统存在的机组启动转速摆动大、参数测量精度低、灭磁速度慢等问题，也一一被克服。
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仙居抽水蓄能电站工程位于浙江仙居县湫山乡境内，是国家重点工程。总投资为58.51亿元，总装机容量150万千瓦，安装4台37.5万千瓦立轴单极可逆混流式机组，是国内单机容量最大的抽水蓄能电站，设计年抽水用电量32.63亿千瓦时，年发电量25.13亿千瓦时。电站枢纽由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和开关站等建筑物组成。上水库主坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高86.7米，水库总库容1294万立方米;下水库利用已建下岸水库，下水库主坝为混凝土拱坝，最大坝高64米，总库容13504万立方米，有效库容9261万立方米。
目前，该电站2、3、4号机组正紧锣密鼓地进行安装，2号机组预计4月23日总装完成，4月30日整组启动调试，7月1日并网发电。3号机组预计4月30日定子吊装完成，5月30日转子吊装完成，8月10日总装完成，8月18日整组启动调试，10月1日并网发电。4号机组预计在12月31日并网发电，届时将全面实现“一年四投”节点目标。
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