中國儲能網(wǎng)訊：為應對全球氣候不斷變化，世界各國多采取以非化石能源為主導的模式，逐步建立發(fā)展本國能源體系。我國也在雙碳目標的驅(qū)動下努力構建新型能源體系，以期打造更安全、可靠的能源系統(tǒng)。二十大報告明確指出，要積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和，立足國內(nèi)能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動,為未來我國新型能源體系的建設提出了新的方向。
現(xiàn)階段，新能源體系中的翹楚當屬抽水蓄能。發(fā)展抽水蓄能可以有效提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力，有利于實現(xiàn)新能源大規(guī)模安全可靠替代，以推動“雙碳”目標的實現(xiàn)，是構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的關鍵手段。這里，我們將從抽水蓄能的基本情況和發(fā)展歷程兩個方面為大家作簡要敘述。
一、基本情況
1、功能定位
傳統(tǒng)的水利水電工程，如大家熟知的白鶴灘水電站、大藤峽水利樞紐工程等，一般兼有發(fā)電、防洪、航運、水資源配置等常規(guī)水利水電主要功能，具有1日或1周內(nèi)天然來水量按日、周負荷變化過程重新分配的特性，它們都可以稱作多功能的水電站（也叫傳統(tǒng)水電站）。
和傳統(tǒng)的水利水電工程相比，抽水蓄能電站是一類特殊水利水電工程，一般無防洪、灌溉、航運等綜合利用要求，功能相對單一，主要是儲能，集中體現(xiàn)服務于電網(wǎng)系統(tǒng)。其他如在調(diào)節(jié)功能方面，與傳統(tǒng)水電站類似，特別是日、周、季、量等調(diào)節(jié)功能基本一樣。
總體來看，抽水蓄能功能定位主要分為兩大類：一類是服務于電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)電源電力，第二類是服務新能源體系的大容量電力儲存?zhèn)}庫，也就是大家俗稱的巨型“充電寶”,較之于傳統(tǒng)水電站，既能充電還能發(fā)電，從而才有了“儲”的功能。
2、運行原理
抽水蓄能運行機制可以簡單用8個字概括，即“抽水儲能，放水發(fā)電”。其中：“抽水蓄能”是指利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫，電能轉化勢能儲存的過程；“放水發(fā)電”是指在電力負荷高峰期上水庫再放水至下水庫，勢能轉化電能發(fā)電的過程。發(fā)電工況同傳統(tǒng)水電站一樣，水電站如何發(fā)電，抽水蓄能就怎么發(fā)電。不難想象，水電站在一抽一發(fā)過程中，能量難免會有損失，電站平均下來每發(fā)3度電要消耗4度電抽水，或者每發(fā)4度電需要消耗5度電抽水，平均效率75%-80%。正是因為有抽放兩個環(huán)節(jié)，所以可以最大程度發(fā)揮削峰填谷作用，能很好緩解電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力。
另外，低谷和高峰兩個時段電價會有差距，據(jù)有關資料統(tǒng)計，現(xiàn)階段全國約50%的人口低谷和高峰時段電價差為4倍，預測平時段電價1千瓦時為0.75-0.8元，低谷時段電價為0.45-0.5元，高峰時段電價為1.8-2元，尖峰時段電價為2.16-2.4元，按照兩個時段的錯峰儲電發(fā)電，企業(yè)可獲毛利2塊左右，是競爭性電量電價形成的關鍵基礎。
抽水蓄能運行示意圖
3、構成元素
抽水蓄能和傳統(tǒng)水電站工程設施的構成幾乎一樣，一般也都包括水庫、輸水系統(tǒng)、廠房、進廠交通等建筑物。最大的不同是抽水蓄能有2個水庫，一個上水庫一個下水庫，比傳統(tǒng)水電站多一個下水庫。抽水蓄能的構成要素，諸如水工建筑物、機組設備、地質(zhì)勘察、施工建造、工程布置設計、安裝調(diào)試、安全監(jiān)測和運行維護等相關技術和標準，與水利水電工程技術和標準區(qū)別不大，很多可以相互適用，
一般情況下，每個常規(guī)抽水蓄能上下水庫的平均庫容各約1000萬立方米，裝機約120萬千瓦（4臺機組每臺約30萬千瓦），地下隧洞長度約2.5公里，水頭高度一般200到800米，造價80億元左右。建設周期為8-10年，包括1-4年前期工作,3-4年主體工程建設,及1-2年設備調(diào)試安裝，建成之后穩(wěn)定運營期超過40年。
二、發(fā)展歷程
相較于電化學儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等新型電儲能方式而言，抽水蓄能產(chǎn)生和應用要很早。世界第一座抽水蓄能電站于1882年誕生在瑞士，至今已有140多年的歷史，經(jīng)過漫長時間的蛻變和發(fā)展，抽水蓄能目前技術已經(jīng)非常成熟。
截至2021年底，全世界抽水蓄能電站裝機容量達16500萬千瓦，我國裝機容量3669萬千瓦，占世界裝機容量的22.2%，其次為日本和美國，分別為2750萬千瓦和2200萬千瓦。根據(jù)儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟CNSEA數(shù)據(jù)，2021年底我國已投運儲能項目累計裝機量為46.1GW，占全球市場總規(guī)模的22%，其中抽水儲能占比為86.3%，占比非常大。
這些成績并非一蹴而就，盡管我國抽水蓄能電站起步相對較晚，但經(jīng)過50多年的發(fā)展歷程，技術和運營水平得到了很大提升。以1968年河北崗南混合式抽水蓄能電站的建設為伊始，我國抽水蓄能經(jīng)歷了起步、探索、成熟等幾個發(fā)展節(jié)點：
1、1968-1983年，起步發(fā)展階段，以1968年崗南水庫電站和1973年北京密云水庫白河水電站為代表，標志我國抽水蓄能電站建設正式拉開序幕。
2、1984-2003年，探索深入發(fā)展階段，以1984年潘家口抽水蓄能電站開工建設為標志，我國抽水蓄能電站進入第一階段建設高峰，隨著建設的不斷探索和深入，尤其是廣東大亞灣核電站和浙江秦山核電站的建設，在2000年前后持續(xù)推動了廣州抽水蓄能電站和天荒坪抽水蓄能電站的建設。
3、2004-2020年，成熟發(fā)展階段，2004年，《國家發(fā)展改革委關于抽水蓄能電站建設管理有關問題的通知》發(fā)布，明確抽水蓄能電站主要由電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)進行建設和管理。隨后，國網(wǎng)新源控股有限公司、南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司２家抽水蓄能專業(yè)建設管理及運營公司成立。這一時期，中國抽水蓄能成熟穩(wěn)步發(fā)展，電站裝機規(guī)模躍居世界第三。
4、2020年至今，新發(fā)展階段， 2021年，《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》的發(fā)布，該規(guī)劃對抽水蓄能建設支持力度空前，水經(jīng)會多篇文章都有提及。另外，《國家發(fā)展改革委關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》（發(fā)改價格〔2021〕633號）出臺，抽水蓄能電價得到了規(guī)范，指導意義非常大，一定程度上緩解了過去價格模糊問題，對電價的進一步市場化具有重要推進作用。
長龍山抽水蓄能電站上水庫
隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，用戶對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行要求也逐漸增加，抽水蓄能電站具備的填谷、調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等多項輔助功能，在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、優(yōu)化電源結構、改善電能質(zhì)量等方面，同傳統(tǒng)水電站一樣發(fā)揮著不可替代的作用，是國家電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，有著良好的發(fā)展前景。同時，抽水蓄能也與流域江河水資源緊密聯(lián)系在一起，是流域工程調(diào)度與水資源管理的重要組成部分。隨著抽水蓄能電站數(shù)量、單體規(guī)模以及總規(guī)模的不斷增多，其管理要同時考慮這種“雙組成”特點，更好地實現(xiàn)安全運行和效益運行的雙保險、雙豐收。
為促進抽水蓄能健康發(fā)展、提升電站綜合效益發(fā)揮，近50年以來，國家不斷加強了有關發(fā)展和規(guī)劃文件政策的出臺指導，市場主體、電價機制、建設規(guī)模等方面逐步得到了規(guī)范和明確，但也應當看到，抽水蓄能還存在地域發(fā)展不平衡、工程建設現(xiàn)代化不足、電價機制不順等問題。水經(jīng)會后期將對抽水蓄能建設發(fā)展規(guī)劃政策、存在的問題以及面臨的挑戰(zhàn)和機遇等再為大家陸續(xù)梳理總結。
