7月7日，粤港澳大湾区首个变速抽水蓄能工程——肇庆浪江300兆瓦级大型抽水蓄能电站地下厂房开挖完毕，全面进入机电安装的新阶段。这是我国大型变速抽水蓄能机组研制的又一里程碑节点，标志着我国加快向首台（套）装备实现工程应用的目标迈进。

　　以“变”应“变”，抽水蓄能助力能源转型的“接力长跑”

　　2023年6月12日，南方电网肇庆浪江、惠州中洞两座抽水蓄能电站机组及辅助设备采购合同在南方电网股份有限公司（以下简称“南网储能公司”）办公大楼内签订。这次合同签订因采购设备包含“首台国产300兆瓦、400兆瓦变速抽水蓄能机组”引起广泛关注，标志着国产大型变速抽水蓄能机组正式进入了工程应用阶段。

　　截至2024年5月底，我国风电、光伏装机总量达11.5亿千瓦，已占发电装机总量的37.8%，预计年内新能源发电累计装机规模将首次超过煤电装机规模。抽水蓄能电站具有上下两个水库，电力系统负荷低谷时用电抽水，负荷高峰时放水发电，是目前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源。在我国大力建设新型电力系统驱动下，抽水蓄能产业发展同步进入“快车道”，在运及在建抽水蓄能电站规模均稳居世界第一。与此同时，我国聚焦抽水蓄能机组这一电站核心装备，积极推动机组装备制造核心技术从“跟跑”“并跑”到“领跑”的跨越式发展。

　　安装变速抽水蓄能机组能够通过改变机组转速实现功率的灵活调节，更好地适应风电、光伏等间歇性、波动性新能源稳定接入电网。针对新能源“变”的特性带给电网稳定的挑战，我国持续加快了国产大型变速抽水蓄能机组技术攻关步伐。2017年7月，国家重点研发计划“海水抽水蓄能电站前瞻技术研究”项目启动，将“可变速抽水蓄能机组全景物理模拟技术”列为重要内容；2022年5月，我国自主研发的5兆瓦小型变速抽水蓄能机组在春厂坝抽水蓄能电站投运；同月，我国公布了年度能源领域首台（套）重大技术装备项目清单，“300兆瓦级变速抽水蓄能机组成套设备”列75个项目之首，明确南方电网肇庆浪江抽水蓄能电站等工程为其依托工程；2022年6月，中国科协发布年度10个产业技术问题，“如何研制大型可变速抽水蓄能机组”位列其中；2022年11月，300兆瓦级大容量变速抽水蓄能机组国产化依托工程全部开工建设；2022年12月，我国首个超大容量变速抽水蓄能工程南方电网惠州中洞抽水蓄能电站全面开工，将安装1台400兆瓦国产大型变速抽水蓄能机组；2023年5月，“海水抽水蓄能电站前瞻技术研究”科技成果通过鉴定，南方电网牵头研制了国内首套10兆瓦可变速机组主机及变流器工程样机，与武汉大学联合搭建了我国首座可变速抽水蓄能机组实证平台……

　　“国产大型变速抽水蓄能机组研制是产学研用多方同向发力、持续攻关的一场‘接力长跑’，尽管各方有着不同的职责任务，但终点共通，就是要以变速前沿技术催生抽水蓄能产业的新动能。”南方电网战略级技术专家彭煜民表示。

　　向“新”而行，工程建设推进与新质生产力发展的“双向奔赴”

　　穿过1600余米的交通洞，来到“300兆瓦级变速抽水蓄能机组成套设备”依托工程肇庆浪江抽水蓄能电站工程的“心脏”——地下厂房。这个外观如同“巨型地宫”的新厂房长179米、宽26米、高59米，总体积超过27万立方米，相当于108个标准游泳池大小。“厂房开挖历时近19个月，从上至下分7层施工完成，我们通过对爆破、支护、混凝土浇筑等关键流程的技术参数和作业指标进行严格管控，施工优良率高达96%，达到国内领先水平。”南网储能公司肇庆浪江抽蓄项目部工程管理专责张轩指着头顶上方开挖作业入口介绍。

　　据了解，对于一座总建设周期约7年半的抽水蓄能电站而言，挖好厂房仅仅是工程进入机电安装阶段的起始。每台抽水蓄能机组安装要经过5节尾水管组装、125吨重的蜗壳座环安装、基坑基础安装、导水机构安装、350吨重的机组定子安装、410吨重的机组转子安装等施工工序，历时24个月。要让抽水蓄能机组的抽水和发电两大功能得以发挥，还得开挖总容积近2000万立方米、接近一个半西湖大小的上下水库，总长超过20公里的35个地下隧洞、埋藏大山数百米处的2.8公里长的输水水道、500余米深的引水竖井。“目前，近2000名建设者正同步推进机电设备安装、上下水库及竖井开挖等40余个施工面的工作任务，整个工地本质上是新质生产力锻造的‘大熔炉’，提高劳动生产率的施工新模式处处可见。”南网储能公司肇庆浪江抽蓄项目部总经理郑智谈到。

　　在电站引水调压井正井作业平台上，约10层楼高的井架映入眼帘，正在紧张进行工程引水深竖井施工作业。走到井边往下看，一个深度超过500米的“长洞”直通山体内部，正在进行正井扩挖。这是“引水深竖井正井法”先进施工法首次应用我国水电工程领域，此前主要应用于矿山开挖领域。这套施工法包括凿岩、排渣、灌浆、排水等13道复杂工序，实现井架支撑、主副提升、稳车悬吊、立井钻爆等16个机械装备系统的协同作业，可直接减少现场人工作业人员约30%，大幅优化工程工期，做到“更少人工、更快施工”。

　　电站设计长度5050米的自流排水洞，将在两个月后迎来名字响亮的“掘进者”——“肇庆一号”。“肇庆一号”是代表目前隧洞施工技术最先进水平的装备“全断面硬岩隧道掘进机”，简称“TBM”。利用TBM掘进作业，不仅在掘进速度达到传统人工钻爆的4倍，而且能够大大降低作业安全风险，已在南宁抽水蓄能电站高质量地完成掘进作业。肇庆浪江抽水蓄能电站自流排水洞的TBM作业将实现该套装备在粤港澳大湾区抽蓄工程领域的首次应用。

　　“我们正充分利用抽水蓄能工程建设的规模优势，加快推进先进施工技术、方法和经验在9个在建抽水蓄能工程的复制应用，积极探索发展新质生产力的科学路径，更高效地为变速抽水蓄能机组等高端技术装备的应用搭好平台。”南网储能公司基建部总经理余建生如是说。

　　凝心聚力，技术攻关和产业发展的“深度融合”

　　2023年3月，我国首台自主研制变速抽水蓄能机组的超大直径护环锻件在江苏无锡成功下线。这个直径约5米、外观并无特殊的“圆环”，是东方电机联合派克科技一年多来技术攻关的重大成果，填补了超大直径非磁性金属护环锻件国产化制造空白，吸引了南方电网等近10家设备业主单位、设计研究机构技术代表们远道而来见证。

　　这种新型护环技术将用于肇庆浪江抽水蓄能电站的300兆瓦变速抽水蓄能机组。“变速机组同定速机组名字只是一字之差，却需要从零开始重塑一个新设备，需要很多像护环锻件这样的国内首创。”前来参与见证的南网储能公司技术专家徐鹏表示。

　　徐鹏口中的“重塑”源于变速抽水蓄能机组的特殊结构原理。抽水蓄能机组集发电和抽水两大功能于一体，主要包括发电电动机和水泵水轮机。变速机组的水泵水轮机在结构和原理上与定速机组没有差别，差别主要在发电电动机。

　　根据电机学原理，电机由固定部分的定子和转动部分的转子构成，实现机电能量转换的必要条件是定子和转子的旋转磁场同步运行。对于常规的定速机组，由于电网频率本身恒定，固定的定子的旋转磁场转速也不会变化，当转子采取静态不变的直流磁场旋转时，只要设置固定的转速，就可以实现定转子旋转磁场的同步。变速机组则大不相同，由于转子本身需要改变速度来实现功率的灵活调节，要与定子的旋转磁场同步，只能选取同样动态的交流磁场，根据转速变化需要同步调节交流磁场的运动频率，以实现两者磁场同步。

　　机组原理变化了，带给研发团队的是整个研制工作“从无到有”的技术攻关。“我们成立了主机设备、控制保护、仿真研究、网源协调、标准建立等5个技术攻关组，联合高校院所、设备厂商同步推进16项攻关任务，按周管控进度、按月总结进展。”南网储能公司基建部副总经理雷兴春指着电脑里的技术攻关进度表说。

　　当前，肇庆浪江抽水蓄能电站变速机组的交流励磁设备已完成电压电流设计参数校核、输出电压波形仿真，基本完成整机试验平台设计，正在进行电气细化设计以及联调试验方案编制工作。“就变速机组而言，不仅是加持关键技术的交流励磁系统，通风系统、绝缘系统、结构设计、刚强度、制造工艺，每个领域都需要重新设计研究！”已经联合各个设备厂商召开数十次专题技术研讨会的南网储能公司建管分公司机电部总经理叶飞感慨道。

　　技术研究过程允许不断地“探索尝试”，技术成果转化的产品一旦投入工程应用，就必须做到安全“万无一失”，仿真是检验研发功能的有效工具。技术攻关启动以来，彭煜民带领技术团队成员一直致力于变速机组不同运行工况的控制策略研究。“目前，我们已经完成了机组工况转换流程的编制和数模仿真平台的搭建，正持续开展有关功能测试。”彭煜民介绍。

　　随着技术攻关的各个击破和依托工程的加快建设，我国首台（套）变速抽水蓄能机组实现工程应用的脚步正加速临近。“多年来的设备研制，强烈感受到了关键核心技术攻关新型举国体制对高端装备产业链自主化的强大赋能，这也是我们作为技术工作者的底气所在。”雷兴春说。