隨著全球?qū)夂蜃兓年P(guān)注不斷增加，許多國(guó)家紛紛采取行動(dòng)，以減少碳排放并轉(zhuǎn)向更可持續(xù)的能源。目前，在我國(guó)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，火電的比重偏高十分明顯，主要依賴煤炭等不可再生能源，這導(dǎo)致碳排放量大幅增加，并對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。在這一背景下，我國(guó)也提出了實(shí)施雙碳目標(biāo)的承諾，即到2030 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，到2060 年后實(shí)現(xiàn)碳中和。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，中國(guó)需要進(jìn)行能源利用方式的轉(zhuǎn)換，其中抽水蓄能機(jī)組的重要性逐漸凸顯。

抽水蓄能技術(shù)作為一種重要的能源存儲(chǔ)技術(shù)，具有高效能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存能力，以及強(qiáng)大的調(diào)節(jié)能力，為可再生能源的集成和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供重要的解決方案。隨著我國(guó)近年來經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，抽水蓄能電站以其獨(dú)特的靜態(tài)效益和動(dòng)態(tài)效益得到了大力發(fā)展，近年來，中國(guó)加大了抽水蓄能機(jī)組的規(guī)模擴(kuò)建力度，推動(dòng)了多個(gè)大型抽水蓄能電站的建設(shè)。然而，運(yùn)行穩(wěn)定性問題是抽水蓄能項(xiàng)目建設(shè)面臨的最大挑戰(zhàn)。抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行時(shí)有多種工況，在其運(yùn)行過程中工況之間時(shí)常發(fā)生轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)輪內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的水力現(xiàn)象，特別是在偏工況運(yùn)行條件下，水力不穩(wěn)定現(xiàn)象突出。比如水泵水輪機(jī)經(jīng)歷泵工況下的啟動(dòng)或者停機(jī)時(shí)，經(jīng)常進(jìn)入小流量區(qū)域運(yùn)行，但是在泵工況小流量區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，水泵水輪機(jī)的流量-揚(yáng)程曲線存在嚴(yán)重的不穩(wěn)定性。可逆式水泵水輪機(jī)是現(xiàn)代抽水蓄能電站中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)組類型，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪正轉(zhuǎn)抽水，反轉(zhuǎn)發(fā)電的雙重功能。然而，在水泵水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪高速旋轉(zhuǎn)與靜止部件之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)靜干涉現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓力脈動(dòng)，與蝸殼中的壓力波干涉、反射、疊加而出現(xiàn)了某種程度的重合，產(chǎn)生相位共振，這些現(xiàn)象的最直接的表現(xiàn)為異常的水力噪聲和振動(dòng)，產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)信號(hào)會(huì)在流道及蝸殼中進(jìn)一步傳播，這種脈動(dòng)特性是水泵水輪機(jī)機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的重要原因之一。在復(fù)雜的水壓力荷載作用下，水泵水輪機(jī)組會(huì)產(chǎn)生一定程度的振動(dòng)，尤其是轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)體與流體會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的流固耦合現(xiàn)象，當(dāng)激勵(lì)模態(tài)與轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)相對(duì)應(yīng)時(shí)，可能引發(fā)強(qiáng)烈的共振，進(jìn)而破壞機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上所述，隨著我國(guó)雙碳目標(biāo)的提出和能源利用方式的轉(zhuǎn)換，抽水蓄能機(jī)組作為能源系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分變得越來越重要。通過使用先進(jìn)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，加大對(duì)水泵水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)復(fù)雜性和水動(dòng)力學(xué)特性的研究，分析水泵水輪機(jī)在不同工況下的內(nèi)部流動(dòng)特征，深入了解水泵水輪機(jī)組的內(nèi)部水力特性，振動(dòng)產(chǎn)生的條件和傳播規(guī)律，對(duì)改善抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性至關(guān)重要。這將為優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能化控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)抽水蓄能機(jī)組的可靠運(yùn)行和有效利用。