對構(gòu)建新型電力系統(tǒng)意義重大抽水蓄能奏響高速發(fā)展進(jìn)行曲
“'十三五'期間，我國核準(zhǔn)開工大型抽水蓄能電站約3300萬千瓦，到'十三五'期末抽蓄總裝機(jī)達(dá)3149萬千瓦，成為助力風(fēng)電、光電等間歇性清潔能源大規(guī)模發(fā)展和穩(wěn)定上網(wǎng)、保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施。”在4月28日召開的水電行業(yè)盛會——2021中國水電發(fā)展論壇暨水力發(fā)電科學(xué)技術(shù)獎頒獎典禮上，中國水力發(fā)電工程學(xué)會理事長張野，對抽水蓄能電站的發(fā)展給予肯定。
不久前召開的中央財經(jīng)委員會第九次會議提出“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”，這一改革方向?qū)τ陲L(fēng)、光等可再生能源的發(fā)展帶來重大利好，與此同時也對電網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。素有“用水做成的巨型充電寶”之稱的抽水蓄能電站，憑借自身具備的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、儲能等功能，成為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要路徑。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，抽水蓄能正扮演著日益重要的角色。
抽水蓄能電站重要性日益凸顯
4月19日，國家能源局印發(fā)《2021年能源工作指導(dǎo)意見》，明確提出開展全國新一輪抽水蓄能中長期規(guī)劃，穩(wěn)步有序推進(jìn)儲能項目試驗示范。從中可以窺見，貫徹落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，抽水蓄能電站的重要性正日益凸顯。
“今年，中央財經(jīng)委員會第九次會議提出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。展望未來，清潔能源仍將保持快速增長。”國家電網(wǎng)調(diào)度控制中心原副總工程師、中國水力發(fā)電工程學(xué)會水電與新能源專委會主任委員裴哲義指出，伴隨新能源高比例接入電力系統(tǒng)，電網(wǎng)將面臨著調(diào)節(jié)難度加大、電力可靠供應(yīng)風(fēng)險增大、系統(tǒng)抗干擾能力減低等挑戰(zhàn)。他認(rèn)為，要解決上述挑戰(zhàn)，需要加快跨區(qū)域和能源互聯(lián)電網(wǎng)建設(shè)，加強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)靈活性建設(shè)，優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行。“可通過加快抽水蓄能電站建設(shè)等方式，增強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性。”
“在所有儲能方式中，抽水蓄能經(jīng)過了幾十年的工程實(shí)踐檢驗，技術(shù)最為成熟，也最具經(jīng)濟(jì)性，具有大規(guī)模開發(fā)潛力。抽水蓄能電站將成為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。”中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院有限公司（簡稱“北京院”）黨委書記、董事長，中國水力發(fā)電工程學(xué)會電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專委會秘書長郝榮國進(jìn)一步向本報記者解釋道，新能源的隨機(jī)性、波動性，決定了新能源并網(wǎng)規(guī)模越大，綜合平衡調(diào)節(jié)的需求就越大。研究表明，當(dāng)系統(tǒng)新能源電量占比達(dá)到10%時，系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求將隨新能源占比的提高而陡增。因此，為了保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要配套大量的調(diào)節(jié)和儲能電源。而抽水蓄能電站就像一個“用水做成的巨型充電寶”，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時將電能轉(zhuǎn)化為水的勢能儲存起來，負(fù)荷高峰時再將水能轉(zhuǎn)化為電能，且具有啟停時間短、調(diào)節(jié)速度快的顯著優(yōu)勢，可在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、儲能及事故備用等作用，促進(jìn)大規(guī)模風(fēng)電和太陽能發(fā)電的入網(wǎng)消納，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，助力我國早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。
牢牢掌握抽水蓄能核心技術(shù)
3月26日，北京院勘測設(shè)計的又一里程碑項目——豐寧抽水蓄能電站，首臺主進(jìn)水閥順利完成吊裝就位，距離它正式投產(chǎn)運(yùn)行承擔(dān)歷史性重任又邁進(jìn)一步。
該電站位于河北省承德市豐寧滿族自治縣境內(nèi)，被譽(yù)為“水電重器”——總裝機(jī)容量3600兆瓦，具有周調(diào)節(jié)性能，安裝12臺單機(jī)容量300兆瓦的水泵水輪機(jī)，其中2臺為交勵磁變速機(jī)組，建成后將成為世界上最大的抽水蓄能電站。它還被稱為保障電網(wǎng)安全的“最后一根火柴”——將為2022年北京冬奧會和京津及冀北地區(qū)電網(wǎng)安全運(yùn)行加裝穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器。同時，它還被稱為“超級充電寶”——每年可消納過剩電能88億千瓦時，年發(fā)電量66.12億千瓦時，年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤48.08萬噸，可減少碳排放120萬噸，相當(dāng)于造林24萬余畝。
北京院副總經(jīng)理嚴(yán)旭東介紹：“初步測算，該電站建成并網(wǎng)后，可增加電網(wǎng)對風(fēng)電、太陽能等清潔能源的消納能力1000萬千瓦左右，將有力支撐'外電入冀'戰(zhàn)略實(shí)施，破解'三北'地區(qū)棄風(fēng)、棄光困局，促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，發(fā)揮出巨大的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。”
作為最早涉足抽水蓄能電站領(lǐng)域的先行者，北京院創(chuàng)造了多個國內(nèi)或世界第一：崗南抽水蓄能電站，國內(nèi)首座安裝抽水蓄能機(jī)組的工程；十三陵抽水蓄能電站，國內(nèi)第一座上水庫采用鋼筋混凝土全庫盆防滲；瑯琊山抽水蓄能電站，第一個在巖溶地區(qū)修建非全庫盆防滲上水庫；張河灣抽水蓄能電站，國內(nèi)首次采用瀝青混凝土復(fù)式斷面進(jìn)行上水庫全庫盆襯砌；西龍池抽水蓄能電站，國內(nèi)設(shè)計水頭最高并首次在嚴(yán)寒地區(qū)采用改性瀝青混凝土面板全庫盆防滲；文登抽水蓄能電站，國內(nèi)首次成功應(yīng)用TBM隧洞掘進(jìn)技術(shù)……從20世紀(jì)60年代至今，經(jīng)過50多年的積累，北京院掌握了抽水蓄能規(guī)劃、設(shè)計及工程總承包等一大批關(guān)鍵核心技術(shù)，建立了一整套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，培養(yǎng)了一大批專業(yè)技術(shù)骨干人才，為我國抽水蓄能領(lǐng)域攻克“卡脖子”技術(shù)難題以及前沿技術(shù)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。
抽水蓄能電站建設(shè)步伐加快
豐寧抽水蓄能電站的大手筆之作，是我國加快開發(fā)大型抽水蓄能電站步伐的縮影。郝榮國分析認(rèn)為，截至2020年底，我國抽水蓄能電站總裝機(jī)規(guī)模達(dá)到3149萬千瓦，但僅占我國電源總裝機(jī)的1.43%，占比偏低，仍無法滿足新能源快速發(fā)展的需求。未來在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的引領(lǐng)下，我國抽水蓄能建設(shè)步伐還將進(jìn)一步加快，發(fā)展前景十分廣闊。“'十四五'期間，我國將大力推動在建抽蓄電站按期投產(chǎn)，加快已納入規(guī)劃、條件成熟的抽蓄電站開工，加快被納入中長期發(fā)展規(guī)劃項目的前期工作。初步預(yù)計'十四五'期間抽水蓄能年度投產(chǎn)規(guī)模約500萬~600萬千瓦，五年內(nèi)新開工規(guī)模將在3000萬~4000萬千瓦。”
“不過，抽水蓄能電站加快發(fā)展步伐仍然面臨一些瓶頸。一方面，抽水蓄能電站電價機(jī)制尚不完善，抽水蓄能建設(shè)和運(yùn)行成本無法通過合理電價機(jī)制向電源側(cè)和用戶側(cè)傳導(dǎo)，電網(wǎng)企業(yè)承擔(dān)壓力過大；另一方面，我國各行業(yè)規(guī)劃自成體系，未協(xié)調(diào)統(tǒng)一，致使不少優(yōu)越的抽水蓄能站址資源受生態(tài)紅線制約，限制了抽水蓄能電站站址選擇。”郝榮國指出，為促進(jìn)抽水蓄能電站發(fā)展，要做好抽水蓄能電站科學(xué)規(guī)劃及合理布局，既要適度超前，也要科學(xué)合理，盡量壓低全社會用電成本。同時，隨著可再生能源裝機(jī)規(guī)模的增加，進(jìn)而對國土資源的利用提出新要求，建議國家相關(guān)部門協(xié)同做好國土空間規(guī)劃，協(xié)調(diào)好可再生能源發(fā)展與國土資源利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，因地制宜探索研究劃定“新能源開發(fā)建設(shè)生態(tài)保護(hù)功能區(qū)”，保障我國抽水蓄能及可再生能源的開發(fā)建設(shè)。