科普 | 抽蓄机组为啥“变速”？今天我们从“变频空调”说起

近日，一个好消息传来，东方电机成功中标广东肇庆浪江抽水蓄能项目全部机组及其附属设备。单看消息，这次中标并没有什么特殊之处，然而细看这个项目，记者却发现了不同之处——这个抽水蓄能项目竟然可以“变速”。△肇庆浪江抽水蓄能项目效果图
2023年6月30日，记者来到东方电机重跨车间蹲点采访时，一台变速抽蓄科研试验样机的主轴正在加工制造。为啥要变速？变速将会带来哪些改变？面对记者的疑问，东方电机水轮发电机设计高级工程师刘小松进行了讲解。广东肇庆浪江抽水蓄能工程是“十四五”期间国家重点实施项目，是我国能源领域首台（套）重大技术装备项目依托工程，是粤港澳大湾区首个应用可变速抽水蓄能机组的工程。工程总装机容量1200兆瓦，安装4台300兆瓦抽水蓄能机组，其中1台机组为可变速机组。

“为啥要建可变速机组？这得从机组以最优方式运行和支撑电网稳定说起。”刘小松介绍，在新型电力系统下，机组变速运行，可解决大规模新能源并网发电带来的系统不稳定问题，快速跟踪并消纳电网功率波动，也可解决定速抽水蓄能机组在工频下，由于转子转速固定，抽水时无法调节输入功率的问题。“变速和定速抽蓄能相比，其优点之一：变速抽蓄对电站能提供更好的经济性。”东方电机机械工程高级工程师吕坤补充解释，定速机组在水泵工况无法调节输入功率，抽水调峰、调频及电网频率自动控制性能受到一定限制，制约了机组的可运行时间。变速机组在水泵工况通过改变转速运行，有效达到输入功率调节的目的，同时由于可变速机组的转子速度在一定范围内可以调整，抽水电量与转子速度的3次方成比例。因此，在夜间抽水运行时可以调整抽水电量到最佳方案。

△国内首台自主研制的变速抽蓄机组超大直径护环锻件在下线见记者仍疑惑不解，刘小松举了个例子——定速抽水蓄能机组就像老式电风扇，启动之后只能按照一个速度旋转；后来通过改变转子磁极数量，东方电机制造出了有级变速机组，可以实现两档调节。“这就类似于我们最早一批的空调，我设定房间温度26度，当温度过低，就关闭压缩机实现升温；当温度过高就开启压缩机进行降温。”而能够实现无级变速的抽水蓄能机组就类似于现在的“变频空调”，“我只要将温度设定在26度，空调就会根据温度变化，无间断调整转速和功率，维持室内恒温。”刘小松说，和定速抽水蓄能机组相比，转子结构和控制系统的不同，让变速抽水蓄能机组在运行灵活、稳定可靠、反应迅速等特点方面更具优势。“目前我们仍然处于科研和设计同步进行的阶段，按照计划，力争在今年10月开展样机试验，预计在2025年完成产品交付。项目建成后年发电量可达到13.5亿千瓦时，每年可减少二氧化碳排放量90万吨，将进一步助力粤港澳大湾区加快构建新型电力系统，建设新型能源体系。”刘小松说。