科技日报记者 李丽云 通讯员 夏曰滨
12月30日，世界总装机容量最大的抽水蓄能电站——丰宁抽水蓄能电站传来消息，由哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司研制的丰宁抽蓄1号机组正式投产发电。
该机组运行平稳，振动、摆度、温升数据优异，稳态工况下上导、下导、水导轴承摆度仅有0.06毫米，无叶区压力脉动100千帕，全部指标均达到精品标准，获得了业主方的高度评价。哈电电机携手参建各方，以高效清洁能源装备助力“绿色冬奥”。
丰宁抽蓄电站位于河北省承德市丰宁满族自治县境内，电站总装机容量3600兆瓦（12台机组），是当今世界总装机容量最大的抽水蓄能电站，一次蓄满可储存新能源电量近4000万度，全年可以消纳新能源87亿度，是世界最大的“超级充电宝”，紧急情况下最大可提供相当于三分之一个三峡水电站的调节出力。
丰宁项目创造了4项“世界第一”，3个“首次”：装机容量世界第一；储能能力世界第一；地下厂房规模世界第一；地下洞室群规模世界第一；首次实现抽蓄电站接入柔性直流电网；首次在国内采用大型变速抽水蓄能机组技术；首次系统性攻克复杂地质条件超大型地下洞室群建造关键技术。
稳定性与效率兼顾
哈电电机掌握了一套独有的抽水蓄能研发制造体系，在抽水蓄能项目水泵水轮机“S区”和“驼峰区”稳定性研究、降低水泵水轮机无叶区压力脉动幅值等一系列课题上取得了原创性成果，解决了水泵水轮机水力稳定性和效率难以兼顾的世界性难题，实现了100%自主知识产权，成功站在了世界抽水蓄能技术领域的前沿。
据哈电电机丰宁项目技术总负责人戴然介绍，丰宁水泵水轮机最大水头458米，额定转速428.6转/分钟，是未来十年蓄能项目的主流机型。哈电电机从转轮流道优化和叶片翼型设计创新入手，为丰宁项目开发了新型高稳定水泵水轮机模型转轮，在保持优异能量性能同时，大大提高了空载工况和额定工况的水力稳定性，关键性能指标达到国际领先水平。该新型转轮设计还获得了国家发明专利，从本质上提升了400米至500米水头段超大水头变幅水泵水轮机水力稳定性。
此外，哈电电机在丰宁水泵水轮机上还首次使用了具有哈电发明专利的顶盖防抬起装置，进一步提高了机组运行的安全可靠性；水导轴承采用小比径瓦结构，大幅提高了水导轴承的稳定性和承载能力。
刚度高、安全稳定
在高转速大容量抽蓄机组中，上机架支撑结构是关键技术之一。目前同类机组实现高刚度的普遍做法是设置阻尼器，但阻尼器目前仅有一家国外公司能够供货，不仅价格高、供货周期长，还可能存在技术风险。
哈电电机丰宁项目设计主管领导罗建华介绍说：“为突破技术壁垒，解决关键难题，哈电电机相关专家对弹簧板支撑结构从设计原理、结构细节、材料选型、强度计算、成本分析等多方面深入研究，走访多个电站进行调研，从多个方案中讨论、审查和优化，最终应用在丰宁项目上。机组在调试期间振动、摆度数据良好，证明哈电采用的弹簧板结构是完全可行的。”
除此之外，哈电电机在该项目发电电动机上还采用了行业首创的整体锻件磁轭结构，具有精度高、刚度好、稳定性强等特点，实现了技术突破；定子线棒主绝缘采用最新优化的多胶模压体系，主绝缘工作场强相较传统设计提高了11%，真机定子线棒击穿电压平均值超过了7.5倍额定电压，远高于6.0倍额定电压的标准要求；关键部件转子支架成功实现100%埋弧自动焊接。
智能运维行业领先
为助力打造丰宁数字化、智能化电站，哈电电机在机组上增加了多种高端智能监测模块，通过水电机组设计理念与智能传感、大数据分析、人工智能技术的深度融合，开发出了行业领先的机组智能运维系统。
该系统实现了机组关键部件在各种运行状态下的监测数据整合、在线故障诊断、趋势分析预判、机组健康评估等服务功能，将为电站机组运行及维护提供技术支撑，有效提高检修效率、缩短停机时间、降低运维成本，可为机组提供全生命周期的技术服务和管理。
电站分两期开发建设，一期工程6台单机容量300兆瓦的抽水蓄能机组，全部由哈电电机供货。预计2023年丰宁一期机组投运。
丰宁抽水蓄能电站主要承担所在电网的调峰、填谷、紧急事故备用任务，兼有调频、调相和黑启动、储能功能，对保障2022年北京冬奥绿色能源供应，促进新能源消纳、推动能源绿色低碳转型具有重要意义，是河北省区域电网乃至国家大电网安全的“稳定器”“调节器”“平衡器”。
该电站12台机组全部投运后，每年可消纳过剩电能87亿千瓦时，年发电量66.12亿千瓦时，可满足260万户家庭一年的用电。同时，每年可节约标准煤48万吨，可减少二氧化碳排放120万吨，相当于造林24万余亩。
（图片由陈力拍摄）
