消納綠電、調(diào)節(jié)負(fù)荷，河北豐寧抽水蓄能電站——巨型充電寶電網(wǎng)穩(wěn)定器

豐寧抽水蓄能電站部分機(jī)組。張騰揚(yáng) 李佳園攝影報(bào)道

黨的二十大報(bào)告提出，“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”。作為構(gòu)建新型能源體系的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，抽水蓄能和以電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等為代表的新型儲(chǔ)能技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)提供了重要支撐，同時(shí)也推動(dòng)了國(guó)內(nèi)能源行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

儲(chǔ)能的意義是什么，技術(shù)原理如何，未來又該怎樣發(fā)展？為回答這些問題，本版今日推出“經(jīng)濟(jì)聚焦·一線看儲(chǔ)能”系列報(bào)道，跟隨記者的腳步，來到河北豐寧、江蘇常州、山東滕州等地，關(guān)注不同儲(chǔ)能技術(shù)在當(dāng)?shù)氐膽?yīng)用和發(fā)展，同時(shí)采訪行業(yè)專家等相關(guān)人士，探討儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

——編者

京北200公里，發(fā)源于河北豐寧滿族自治縣的灤河，穿越連綿起伏的燕山山脈，流淌而下，蘊(yùn)含巨大能量。上世紀(jì)90年代，當(dāng)?shù)乇阍诖藬r河筑壩，建設(shè)水庫(kù)，蓄水發(fā)電。

而今，在該水庫(kù)上方的崇山峻嶺中，又修建起另一個(gè)上水庫(kù)。上下兩個(gè)水庫(kù)落差400多米。以水為介，升降間電能、勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化，既消納了張北地區(qū)輸送的富余風(fēng)光綠電，又維護(hù)了電網(wǎng)安全運(yùn)行，宛如一個(gè)巨大的“充電寶”。

這便是由我國(guó)自主設(shè)計(jì)建設(shè)、世界裝機(jī)容量最大的抽水蓄能電站——國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站。該電站于2013年開工建設(shè)，設(shè)計(jì)建設(shè)12臺(tái)30萬(wàn)千瓦機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)360萬(wàn)千瓦。2022年12月16日，豐寧抽水蓄能電站8號(hào)機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電，目前電站共計(jì)7臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)。

抽水蓄能電站如何運(yùn)轉(zhuǎn)、發(fā)揮怎樣作用、擁有哪些優(yōu)勢(shì)？記者近日走訪豐寧，一探究竟。

抽水蓄能電站運(yùn)行原理示意圖。漢青制圖（星球研究所）

豐寧抽水蓄能電站下水庫(kù)。張騰揚(yáng) 李佳園攝影報(bào)道

如何儲(chǔ)能？

向上抽水蓄能，向下放水發(fā)電

驅(qū)車來到豐寧抽水蓄能電站的上水庫(kù)，只見四周蒼茫逶迤、群峰環(huán)抱。這里海拔超過1500米，是目之所及的最高處。

“上水庫(kù)所在的這片山谷就像一個(gè)天然水盆，且上下庫(kù)間距和高差適中，可謂得天獨(dú)厚?！眹?guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司副總經(jīng)理吳培枝說。

然而，四下觀察，記者心生疑問：上水庫(kù)地處高處，既沒有上游來水河道，也沒有下游出水河道，只是孤零零的一座庫(kù)盆，水從何處來，又去往何處？

吳培枝指向水庫(kù)下方說：“山體深處修建了6條雙向水道，直徑約7米，連接上下水庫(kù)。上水庫(kù)通過水道向上抽水，也反過來向下水庫(kù)放水，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)蓄能和發(fā)電?！?/p>

驅(qū)車下山，行至一座巨大的山門。大門緩緩打開，只見一條巨大的通道向下延伸，向內(nèi)行駛一段，方才豁然開朗。地下廠房長(zhǎng)400多米、寬25米、內(nèi)高50多米，建于6條雙向水道上方。在廠房中央，一排白色圓頂形機(jī)組一字排開，連接地下輸水系統(tǒng)，這正是整座抽水蓄能電站的關(guān)鍵——12臺(tái)30萬(wàn)千瓦可逆式水泵水輪機(jī)發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。

“抽水時(shí)用電驅(qū)動(dòng)水泵，發(fā)電時(shí)則由勢(shì)能推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，一臺(tái)機(jī)組兼具抽水和發(fā)電功能?！眳桥嘀榻B。

正在此時(shí)，在廠房頂部中控室內(nèi)，電站運(yùn)營(yíng)部負(fù)責(zé)人接到電網(wǎng)調(diào)度的指令，坐在電腦前啟動(dòng)機(jī)組放水發(fā)電，機(jī)組附近的地板出現(xiàn)些許震動(dòng)?！皺C(jī)組可以在5分鐘內(nèi)由滿負(fù)荷抽水轉(zhuǎn)變?yōu)闈M負(fù)荷發(fā)電。相較傳統(tǒng)大型水電站，豐寧抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)葉片扁平且較小，輸水管道窄且流速快?！眳桥嘀忉?。

不過，管道窄，如果遇到砂石、木頭等雜物，豈不是容易阻塞水道甚至損傷葉片？

原來，流經(jīng)下水庫(kù)時(shí)，灤河河水會(huì)先被導(dǎo)入建設(shè)好的月牙形河谷進(jìn)行沉淀。每逢枯水期，還會(huì)對(duì)沉淀的泥沙及樹障進(jìn)行清理?！安粌H保障了蓄能系統(tǒng)安全運(yùn)行，還改善了灤河水環(huán)境。”吳培枝說。

有何作用？

保障電網(wǎng)安全，減少棄風(fēng)棄光

“抽水蓄能是在電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí)，利用電網(wǎng)的富余電力將水從下水庫(kù)抽到上水庫(kù)儲(chǔ)存起來；在負(fù)荷高峰時(shí)，將上水庫(kù)儲(chǔ)存的水放到下水庫(kù)進(jìn)行發(fā)電，從而調(diào)解供需矛盾?！眹?guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司黨委書記、董事長(zhǎng)何一純說，抽水蓄能具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲(chǔ)能系統(tǒng)備用等功能，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)重要的穩(wěn)壓器、調(diào)節(jié)器和存儲(chǔ)器。

“春節(jié)期間，華北電網(wǎng)負(fù)荷低谷持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在豐寧抽水蓄能電站7臺(tái)已投運(yùn)機(jī)組全部運(yùn)行的情況下，國(guó)網(wǎng)華北分部調(diào)度控制中心緊急調(diào)用第八臺(tái)調(diào)試機(jī)組抽水啟動(dòng)5次，電站總出力最高達(dá)240萬(wàn)千瓦，有效保障了春節(jié)期間電網(wǎng)安全運(yùn)行?！眹?guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司運(yùn)行部負(fù)責(zé)人趙日升說。

除此之外，有效減少棄風(fēng)棄光也是豐寧抽水蓄能電站的一大本領(lǐng)。

北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)期間，張家口地區(qū)的風(fēng)電、光伏電能被源源不斷地輸送到各個(gè)場(chǎng)館。然而，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源受到自然因素影響，呈現(xiàn)隨機(jī)性與波動(dòng)性?！岸瑠W會(huì)開幕式及很多賽事在夜間舉行，那個(gè)時(shí)間沒有陽(yáng)光，風(fēng)力也不穩(wěn)定，需要通過放水發(fā)電，保障冬奧場(chǎng)館穩(wěn)定運(yùn)行。等到用電負(fù)荷小、風(fēng)力大的時(shí)候，又可以抽水蓄能?！焙我患兘榻B。

作為張北柔性直流電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，豐寧抽水蓄能電站幫助其將張家口地區(qū)的清潔電能輸送到各個(gè)冬奧場(chǎng)館，助力實(shí)現(xiàn)100%綠電供應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)期間，豐寧抽水蓄能電站投運(yùn)的1號(hào)、10號(hào)機(jī)組共抽水啟動(dòng)107次、發(fā)電啟動(dòng)94次，消納新能源1.15億千瓦時(shí)、發(fā)電8300萬(wàn)千瓦時(shí)。

據(jù)估計(jì)，2024年豐寧抽水蓄能電站完全建成投產(chǎn)后，每年將節(jié)省標(biāo)煤量48萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放130萬(wàn)噸，推動(dòng)華北地區(qū)的能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。

前景怎樣？

規(guī)?？焖贁U(kuò)大，管理有待完善

隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電的大規(guī)模開發(fā)，為緩解風(fēng)光發(fā)電與用電負(fù)荷的不匹配、降低棄風(fēng)棄光率，近年來國(guó)內(nèi)不少省份在風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)申報(bào)方案中，被要求“配套建設(shè)一定比例的儲(chǔ)能設(shè)施或提供相應(yīng)的調(diào)峰能力”?！疤貏e是在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶馗邏壕€路中，建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站，可以充分發(fā)揮其獨(dú)有的快速反應(yīng)特性，有效防范故障風(fēng)險(xiǎn)，防止事故擴(kuò)大和系統(tǒng)崩潰?！壁w日升說。

中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司黨委書記、董事長(zhǎng)丁焰章表示，發(fā)展抽水蓄能，提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵手段，有利于保障傳統(tǒng)能源有序退出，實(shí)現(xiàn)新能源大規(guī)模安全可靠替代，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展。

“相比于其他儲(chǔ)能方式，抽水蓄能具有設(shè)備壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能規(guī)模大、轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)成熟、清潔環(huán)保等特點(diǎn)，更適宜大規(guī)模開發(fā)?！焙我患冋f。數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，我國(guó)抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模約4579萬(wàn)千瓦。國(guó)家能源局2021年9月發(fā)布的《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》）提出，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1.2億千瓦左右。

盡管發(fā)展空間巨大，但由于存在價(jià)格機(jī)制不完善、相關(guān)政策落地執(zhí)行較慢等問題，未來要推動(dòng)抽水蓄能的健康穩(wěn)定發(fā)展，還需要進(jìn)一步改革電價(jià)制度和管理體制。2021年4月發(fā)布的《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見》指出，要堅(jiān)持并優(yōu)化抽水蓄能兩部制電價(jià)政策，健全抽水蓄能電站費(fèi)用分?jǐn)偸鑼?dǎo)方式，并強(qiáng)化抽水蓄能電站建設(shè)運(yùn)行管理。《規(guī)劃》也指出，要完善抽水蓄能價(jià)格機(jī)制，明確市場(chǎng)化調(diào)峰資源建設(shè)。

“未來，隨著抽水蓄能規(guī)模不斷擴(kuò)大、運(yùn)營(yíng)管理制度更加完善，將更有利于構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，助力‘雙碳’目標(biāo)實(shí)現(xiàn)?！焙我患冋f。