抽水蓄能有了“用武之地”

“現(xiàn)在還有不少人強(qiáng)調(diào)把重點(diǎn)放在對(duì)現(xiàn)有的煤電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造上，從而滿足大量新能源入網(wǎng)的需求。這是誤導(dǎo)！”《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）發(fā)布不久，中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)張博庭在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)再次強(qiáng)調(diào)。

他不止一次說(shuō)過(guò)：“煤電靈活性改造的實(shí)際調(diào)峰作用還不及抽水蓄能的1/7，且從經(jīng)濟(jì)性上看，通過(guò)煤電靈活性改造增加調(diào)峰能力也不宜提倡。”

為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，我國(guó)已提出將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，并要求“十四五”時(shí)期嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)、“十五五”時(shí)期逐步減少。而風(fēng)、光等新能源的高比例大規(guī)模發(fā)展成為必然，作為接納新能源發(fā)電能力最優(yōu)方式之一，抽水蓄能有了“用武之地”。

抽水蓄能調(diào)峰能力最高

在張博庭看來(lái)，人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)零碳（碳中和）的出路在于擺脫對(duì)化石能源的依賴。從可持續(xù)發(fā)展的角度看，實(shí)現(xiàn)百分之百依靠可再生新能源，才是人類的希望所在。

為此，我國(guó)提出“到2030年，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上”的發(fā)展目標(biāo)。

風(fēng)、光等新能源具有隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，這是共識(shí)。新能源規(guī)?；?、高比例發(fā)展，必須伴隨儲(chǔ)能大發(fā)展。抽水蓄能被看作是目前最經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能手段，同時(shí)還可以為電力系統(tǒng)提供必要的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，與現(xiàn)有其他調(diào)峰、儲(chǔ)能方式相比，具有較大的比較優(yōu)勢(shì)。

這一點(diǎn)得到張博庭的驗(yàn)證。他估算了幾種常用發(fā)電方式對(duì)接納新能源發(fā)電的能力，結(jié)論是調(diào)峰效率最高的為抽水蓄能（包括化學(xué)儲(chǔ)能），其次是水電、氣電等優(yōu)質(zhì)的常規(guī)能源，最后才是煤電。

以電力行業(yè)為例，就發(fā)展何種電源最有利于增加新能源入網(wǎng)而言，由于電力行業(yè)的主流（即煤電）有很大的發(fā)展慣性，因此，以往不僅社會(huì)宣傳上倡導(dǎo)增加煤電，實(shí)際情況也多是靠增加煤電裝機(jī)解決新能源入網(wǎng)難題。但由于國(guó)家已給出明確目標(biāo)，“今后通過(guò)大量增加煤電滿足新能源入網(wǎng)的路，已經(jīng)走不通了。”張博庭說(shuō)。

根據(jù)《中國(guó)可再生能源發(fā)展報(bào)告2020》，截至2020年底，我國(guó)抽水蓄能電站已建3149萬(wàn)千瓦，在建5373萬(wàn)千瓦，開(kāi)發(fā)規(guī)模居世界首位。但考慮電力系統(tǒng)的需求，中長(zhǎng)期我國(guó)抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模仍將大幅提升。

常規(guī)水電站改造“非常重要”

根據(jù)《規(guī)劃》，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模6200萬(wàn)千瓦以上；到2030年，投產(chǎn)總規(guī)模1.2萬(wàn)億千瓦左右；到2035年，滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展需求。為此，除了積極推進(jìn)在建項(xiàng)目建設(shè)、加快新建項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)外，《規(guī)劃》還要求因地制宜開(kāi)展中小型抽水蓄能建設(shè)。

所謂中小型抽水蓄能電站，是指裝機(jī)容量小于30萬(wàn)千瓦的抽水蓄能電站（包含混合式電站），其中小型抽水蓄能電站的裝機(jī)容量小于5萬(wàn)千瓦。水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院高級(jí)工程師于倩倩等人撰文介紹，截至2020年底，我國(guó)已建中小型抽水蓄能電站裝機(jī)容量85萬(wàn)千瓦，占已建抽水蓄能電站的比重不足3.0%。在建中小型抽水蓄能電站僅為安徽佛子嶺抽水蓄能電站，但已停工。

在抽水蓄能電站技術(shù)進(jìn)步和國(guó)內(nèi)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，規(guī)模效益明顯的大型抽水蓄能電站成為我國(guó)發(fā)展的主流。例如，截至2020年底，我國(guó)抽水蓄能選點(diǎn)規(guī)劃的82個(gè)推薦站點(diǎn)均為大型抽水蓄能電站。

于倩倩也是《規(guī)劃》編寫(xiě)組成員。她指出，目前國(guó)內(nèi)未單獨(dú)進(jìn)行系統(tǒng)性的中小型抽水蓄能電站資源普查，但我國(guó)中小型抽水蓄能電站的站點(diǎn)數(shù)量和裝機(jī)容量規(guī)模非?？捎^，同時(shí)資源分布范圍較大型站點(diǎn)更為廣泛，“只是前期工作和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估不夠深入”。

事實(shí)上，《規(guī)劃》提出鼓勵(lì)依托常規(guī)水電站增建混合式抽水蓄能“非常重要”。張博庭進(jìn)一步解釋道，傳統(tǒng)的抽水蓄能主要為煤電、核電調(diào)峰，所以功率大、作用單一的純抽水蓄能優(yōu)勢(shì)明顯。如果為新能源入網(wǎng)服務(wù)，有些問(wèn)題就需要注意。例如，新能源發(fā)電可能由于天氣變化，偶爾出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間電力短缺。相比純抽水蓄能，混合式抽水蓄能是一種理想的“長(zhǎng)時(shí)蓄能”方式。

除此之外，相比新建的抽水蓄能電站，由常規(guī)水電站改造的混合式抽水蓄能成本較低，其經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力更好。

更為關(guān)鍵的是，抽蓄改造是具備條件的水、風(fēng)、光互補(bǔ)的發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

“今后具備條件的水、風(fēng)、光互補(bǔ)基地發(fā)展到一定程度后，幾乎都會(huì)提出這種要求?！睆埐┩フf(shuō)，此外，我國(guó)水能資源豐富，已開(kāi)發(fā)的梯級(jí)水電站眾多。與此同時(shí)，在冬季枯水期，雖然常規(guī)水電站的發(fā)電能力普遍有所下降，但卻是發(fā)揮其抽蓄功能的大好時(shí)機(jī)。

在張博庭看來(lái)，服務(wù)于新能源發(fā)電的抽水蓄能與服務(wù)于傳統(tǒng)煤電、核電的調(diào)峰特點(diǎn)有所不同。對(duì)于前者，混合式抽水蓄能的優(yōu)勢(shì)會(huì)非常明顯。

龍頭水庫(kù)電站建設(shè)要加速

歐美國(guó)家水電的另一個(gè)重要作用是對(duì)電網(wǎng)的調(diào)蓄能力，但在我國(guó)，這一作用并未得到應(yīng)有的發(fā)揮。張博庭將這種現(xiàn)象的存在主要?dú)w于龍頭水庫(kù)電站建設(shè)滯后，有效庫(kù)容有限。

以美國(guó)為例，張博庭進(jìn)一步介紹，中美兩國(guó)的國(guó)土面積和水資源總量相近，盡管我國(guó)水庫(kù)大壩的數(shù)量居世界第一，水電裝機(jī)是美國(guó)的3倍多，但我國(guó)的水庫(kù)調(diào)蓄能力比美國(guó)小得多。目前，我國(guó)江河開(kāi)發(fā)的庫(kù)容系數(shù)僅為美國(guó)的一半左右?！八畮?kù)調(diào)節(jié)能力的不足，不僅威脅國(guó)家水安全，也威脅著我國(guó)能源安全?！?/p>

因此，早在多年前，很多專家就呼吁加快龍頭水庫(kù)電站建設(shè)。但到目前為止，我國(guó)僅有的幾個(gè)龍頭水庫(kù)電站要么未建、要么在建。

其實(shí)，這樣的現(xiàn)象不難理解。在市場(chǎng)化開(kāi)發(fā)水電的情況下，由于龍頭水庫(kù)電站的開(kāi)發(fā)回報(bào)率低，即便企業(yè)愿意優(yōu)先投資開(kāi)發(fā)龍頭水電站，也無(wú)法承擔(dān)由此帶來(lái)的移民多及生態(tài)、環(huán)保問(wèn)題多等負(fù)擔(dān)。

除此之外，“如果一個(gè)流域只有一個(gè)投資開(kāi)發(fā)主體，開(kāi)發(fā)商可以通過(guò)下游水電站所增加的補(bǔ)償效益，彌補(bǔ)龍頭水庫(kù)電站的巨大開(kāi)發(fā)成本。但如果一個(gè)流域有多個(gè)開(kāi)發(fā)主體，開(kāi)發(fā)商就很難獲得下游水電站所增加的補(bǔ)償效益。所以，他們只能晚開(kāi)發(fā)甚至不開(kāi)發(fā)”。張博庭說(shuō)。

就在《規(guī)劃》發(fā)布之后不久，雅礱江兩河口水電站歷經(jīng)16年正式投產(chǎn)發(fā)電，這是西南六大水電基地投產(chǎn)的第一個(gè)龍頭水庫(kù)電站。據(jù)計(jì)算，兩河口水電站平均每年發(fā)電量加上增加補(bǔ)償年發(fā)電量，相當(dāng)于減少原煤消耗1330萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放2130萬(wàn)噸、減少二氧化硫排放20萬(wàn)噸。也就是說(shuō)，兩河口水電站投產(chǎn)發(fā)電相當(dāng)于少建4座年產(chǎn)400萬(wàn)噸的大型煤礦。

值得一提的是，雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司是兩河口水電站的唯一投資開(kāi)發(fā)主體。

在國(guó)際上，政府負(fù)責(zé)水利水電開(kāi)發(fā)是通行做法。就我國(guó)而言，張博庭舉例說(shuō)，小浪底水利樞紐的成功在于國(guó)家直接投資建設(shè)；三峽大壩的成功是由于國(guó)家直接投資建設(shè)，企業(yè)利用市場(chǎng)化方式建設(shè)和運(yùn)營(yíng)電站。

“各國(guó)的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整之所以常被稱為能源革命，就是因?yàn)槠湟欢ú粌H僅是依靠市場(chǎng)就能完成的。”張博庭補(bǔ)充道。