抽水蓄能的责任

2015-12-02国网新源控股有限公司副总经理高苏杰

水电与抽水蓄能 2015年1期

国网新源控股有限公司副总经理高苏杰

抽水蓄能的责任

国网新源控股有限公司副总经理高苏杰

人类使用电能伊始，就一刻未停地探索着电能的储存方式。电能的使用给人类文明进步带来了划时代的进步。然而，电力供需双方的“时差”矛盾是客观存在的，伴随电力系统的不断发展，对“储电”技术的探索和研究也在加速进行。

抽水蓄能技术是人类最早研发出的“储能”方式之一，经过100多年数代科学家、工程技术人员前仆后继的努力，抽水蓄能技术已日臻完善。迄今为止，抽水蓄能电站是目前世界上唯一成熟的超大规模物理储能方式，具有经济、环保、高效、转换速度快、调节性能灵活、容量变换幅度大、寿命长达50年等特点。大规模开发抽水蓄能电站已成为支撑我国能源可持续发展的重要措施。

一、抽水蓄能技术发展历程

抽水蓄能电站自1882年在瑞士问世以来，已有130年的历史，但是具有近代工程意义的建设则是近四五十年才出现的。20世纪60年代，可逆式抽水蓄能机组已成为主要的机型，并得到广泛应用。20世纪70～80年代是国外抽水蓄能电站发展最快的时期，在这一时期兴建抽水蓄能电站已由欧美日等工业发达国家扩展到世界各国。近年来，世界很多国家的抽水蓄能电站建设仍在快速发展，且总的趋势是兴建高水头、大容量的抽水蓄能电站，以提高抽水蓄能电站的经济性和可靠性。

我国抽水蓄能电站的发展，相比欧美日等较晚，20世纪60年代起步后的近20年时间进展缓慢。1968年，河北岗南水电站引进了一台小型抽水蓄能机组。到20世纪80年代，我国经济步入高速发展阶段，电力负荷峰谷差越来越大，兴建抽水蓄能电站迫在眉睫。为了适应电力发展的需要，河北潘家口水电站从国外引进3台90MW抽水蓄能机组并相继投产，揭开了我国抽水蓄能大力发展建设的新篇章。1991年以来，我国先后建成投运广州广蓄、北京十三陵、浙江天荒坪、安徽响水涧、福建仙游等20多座大中型抽水蓄能电站。截至2014年底，全国抽水蓄能电站投产容量已达2181万kW，在建容量2114万kW，保持稳定增长。

按照国际现代电力系统的需求，抽水蓄能电站容量占所在电力系统总装机容量的比例不低于5%，而我国仅为1.76%，需要大规模建设抽水蓄能电站。根据国家的有关规划，至2020年，我国抽水蓄能电站建设规模将超过7000万kW，近期，随着国家能源局批复福建、海南等22个省（区）59个站点的抽水蓄能电站选点规划，我国新一轮抽水蓄能电站规划选点工作基本完成。

为打破国外垄断，自2003年起，我国经过10年的科研攻关，机组及成套设备由国外进口到完全自主化，实现了抽水蓄能机组关键技术和成套设备制造业从无到有、从弱到强的根本性跨越，取得了举世瞩目的成绩，彻底打破了制约我国抽水蓄能发展的瓶颈，同时，在建设、运行、维护和全方位管理方面也积累了广泛而宝贵的经验，形成了完整的技术体系。

二、抽水蓄能战略需求发展分析

（一）我国能源形势需要大规模开发抽水蓄能

从2012年开始，我国能源消费一直高居世界第一。2013年，我国能源消费达到37.6亿t标准煤(其中煤炭消费占66%)，2014年达到38.4亿t标准煤，预计到2020年、2050年这一数值将分别达到48亿、70亿t。即使这新增10亿、30亿t标准煤的能源全部使用清洁能源，也难以抵消化石能源消费对环境的破坏。因此，2014年中央经济工作会议对我国目前的能源资源和生态环境做出论断：“过去能源资源和生态环境空间相对较大，现在环境承载能力已经达到或接近上限。”

针对能源方面存在的问题，在新一届国家能源委员会首次会议上，李克强总理提出“节约、清洁、安全”的能源战略方针和“节约优先、绿色低碳、立足国内、创新驱动”的能源发展战略。随后，习近平总书记主持召开中央财经领导小组第6次会议，确立了我国能源安全发展的行动纲领，明确提出我国能源安全发展的“四个革命、一个合作”战略思想，要求“推动能源供给革命，建立多元供应体系”，“着力发展非煤能源，形成煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系”。

电网是能源结构优化升级的重要平台。建立多元供应体系，大力发展核电、风电、太阳能发电等清洁能源，必然以电网为重要载体——中央财经领导小组第6次会议即同时要求“同步加强能源输配网络和储备设施建设”。

我国清洁能源资源丰富，水能可开发资源近6亿kW；风能、太阳能可开发资源分别超过25亿、27亿kW。如果全部有效开发这些清洁能源，将显著改善我国能源结构。2014年11月19日，国务院发布《能源发展战略行动计划（2014～2020）》（国办发〔2014〕31号），明确把发展清洁低碳能源作为调整能源结构的主攻方向，要求大幅增加风能、太阳能、地热能等可再生能源和核电消费比重，到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%。其中，核电装机容量达到5800万kW，在建容量达到3000万kW以上；风电装机容量达到2亿kW，光伏发电装机容量达到1亿kW左右；地热能利用规模达到5000万t标准煤。

我国70%以上的清洁能源集中在西部、北部地区，本地难以完全消纳，而且距离东中部负荷中心一般超过1000km，大规模开发后将面临突出的弃水、弃风、弃光问题，只有依托特高压电网，辅以大容量储能设施，将西部、北部地区丰富的清洁能源大规模送出，在全国范围内消纳，才能实现我国清洁能源的大规模高效开发。

根据国外研究资料，储能系统若用于实现平滑风电波动，实现波动值小于10%，功率配比为15%～30%，储能容量1.5 h以上；用于平滑光伏电站输出波动，实现光伏波动小于10%，功率配比为15%～20%，储能容量2h以上。因此，我国风电、光电的大规模发展，需要配套建设大量的储能装置。

到目前为止，人们已经探索和开发了多种形式的电能存储方式，主要可分为化学储能、物理储能和电磁储能。电磁储能功率小、成本高，目前，大规模的储能装置除抽水蓄能外仅有压缩空气储能、部分化学电池储能装置，综合技术、经济比较，当前乃至今后较长一段时期，大规模储能技术中只有抽水蓄能技术相对成熟。

总之，从我国环境面临的严峻形势以及风电、太阳能发电的发展趋势看，服务于风电、太阳能发电的抽水蓄能机组将需要相当大的规模。

（二）我国抽水蓄能发展还应进一步加速

1.适应大规模清洁可再生能源开发的需要

改革开放以来，我国抽水蓄能取得了长足发展，但是离我国能源结构特别是电力系统的需求还有很大差距。根据有关研究成果，为实现2020年我国非化石能源消费占比达到15%以上的减排目标，考虑我国水电、风电、太阳能发电的合理规模、开发布局和合理消纳，电力系统协调发展等，预测2020年满足我国电力系统安全稳定运行的抽水蓄能电站最低需求约为0.73亿kW，合理规模为0.97亿～1.3亿kW。综合电网需求和建设可能，《可再生能源发展“十二五”规划》提出2020年全国抽水蓄能电站建设预期目标为7000万kW。《国家发展改革委关于促进抽水蓄能电站健康有序发展有关问题的意见》提出2025年全国抽水蓄能电站总装机容量达到约1亿kW。可实际上，按照现有的抽水蓄能发展方式，实现上述2020年、2025年各阶段性目标的可能性很小。特别是西北地区，“十三五”期间风电、太阳能发电将有快速发展，对抽水蓄能的需求十分紧迫，但受建设工期限制，2020年前规划建设的6个抽水蓄能电站（总装机容量680万kW）届时尚无一能够投产。如果维持目标不变，那么需要在实现目标的途径上继续深入研究，采取切实有效的发展措施。

2.适应智能电网建设、推动能源互联的需要

电力是非化石能源开发利用的主要途径，我国清洁能源利用需要走集中开发、规模外送和大范围消纳的发展道路。电网是集能源输送、市场交易、优化配置等功能于一体的基础设施，是现代能源体系的重要组成部分。

坚强智能电网是能源大规模开发、远距离输送、高效率利用的重要战略平台。发展特高压电网，对于保障能源安全、防治大气污染、解决电网安全问题、促进经济增长都具有十分重要的意义。

针对大规模利用化石能源导致的资源紧张、气候变化、环境污染等问题，国家电网公司创新提出“全球能源互联网”战略构想，开辟了解决全球能源和环境问题的新途径，得到国内外能源和电力专家的广泛认同。

全球能源互联网以智能电网为基础，以特高压电网为骨干网架、以输送清洁能源为主导，是全球互联泛在的坚强智能电网，将由跨洲、跨国骨干网架和各国电压等级电网构成，连接“一极一道”和各洲大型能源基地，适应各种分布式电源接入需要，能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户；能够将具有时区差、季节差的不同国家和地区电网连接起来，促进新能源大规模开发利用和大范围协调互济，推动能源革命和可持续发展；是解决制约人类社会发展的能源安全、环境污染和温室气体排放问题的治本之策，是落实中央要求的重要举措。

构建全球能源互联网，能够开发利用分布广、潜力大的清洁能源，保障能源长期稳定供应。预计2050年全球能源消费总量将达到300亿t标准煤，如果2015～2050年风电和太阳能发电保持12.4%左右的年均增长，到2050年可再生能源发电量可达到75万亿kWh，占全球能源消费总量的比重将达到80%。

当前，国家电网公司积极发展亚欧能源一体化，推进与周边国家电网互联互通，加快发展新能源，提高清洁能源比重，减少二氧化碳排放，发展高压输电和智能电网，对于落实“一带一路”战略具有十分重要的意义。

储能技术是智能电网建设的关键环节，渗透于电力系统的发电、输电、变电、配电、用电的各个环节。发展特高压，推进亚欧能源一体化，构建全球能源互联网，在更大范围、更为复杂的层面调配能源资源，瞬间供需不平衡的问题将较常规电网更加突出，需要具有良好储能性能的抽水蓄能对其安全稳定运行提供保障。

三、抽水蓄能电站的发展前景和责任使命

（一）抽水蓄能电站建设展望

中国能源结构呈现清洁化、低碳化发展趋势。非化石能源在能源消费中的比例将从2020年15%上升到2050年的38%左右。为适应能源结构调整的需要，在考虑风电、核电等发展规划成果的基础上，各水平年水电在非化石能源消费中的比重分别达到51.6%、39.5%和31.2%左右。风电、核电的大规模开发建设需要配套建设一批具有较好调节性能的抽水蓄能电站。

我国幅员辽阔，且资源分布不均。西部地区水能、风能、煤炭资源较丰富，而负荷中心在东部，需实施西电东送。这些西电东送项目一般具有输电距离长、输电规模大等特点，为保障西电东送安全可靠运行，需要在受端和送端配套一定规模的抽水蓄能电站。

随着国务院鼓励社会资本投资水电建设相关规定出台，抽水蓄能电站的开发热情和开发积极性很高。《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会资本投资的指导意见》（国发〔2014〕60号）、《国家能源局关于鼓励社会资本投资水电站的指导意见》（国能新能〔2015〕8号）明确在抽水蓄能建设领域引入社会资本，通过招标确定开发主体。从目前来看，社会资本投资建设抽水蓄能的积极性较高，我国抽水蓄能电站的开发建设会呈现出良好的发展态势。

2014年，国家能源局出台了一些有关抽水蓄能建设管理体制和电价机制等相关政策，为抽水蓄能的加快开发奠定较好基础。主要包括《国家发展改革委关于完善抽水蓄能电站价格形成机制有关问题的通知》（发改价格〔2014〕1763 号）、《国家发展改革委关于促进抽水蓄能电站健康有序发展有关问题的意见（发改能源〔2014〕2482 号）》、《国家能源局综合司关于落实抽水蓄能电站选点规划进一步做好抽水蓄能电站规划建设工作的通知》（国能综新能〔2014〕699 号）。

从电力系统储能技术来看，抽水蓄能电站是技术成熟、可靠且经济的储能电源，其具有储能规模大、寿命长且利于节能减排等优势，并具备与其他电源联合运行的必要性和可行性，储能效益及附加效益显著。近年来，我国抽水蓄能电站的建设步伐呈现加快趋势，核准开工数量和规模都达到历史新高。今后，随着我国经济社会的发展，电力系统规模的不断扩大，用电负荷和峰谷差持续加大，电力用户对供电质量要求不断提高，随机性、间歇性新能源大规模开发，对抽水蓄能电站发展提出了更高要求。加快抽水蓄能电站的开发建设是今后我国电力发展的重点方向之一。

抽水蓄能电站的建设规模是跟电力系统总装机容量密切相关的。研究表明，从整个电力系统经济性来看抽水蓄能电站占系统总装机的比例为10%～15%是最为合理的，变速抽水蓄能机组占抽水蓄能机组容量的25%以上。

按照《国家发展改革委关于促进抽水蓄能电站健康有序发展有关问题的意见》（发改能源〔2014〕2482号），2025年我国抽水蓄能电站建设目标规模为1亿kW，抽水蓄能产业发展具有广阔的市场应用前景。

（二）抽水蓄能技术发展趋势展望

在国家发展全球能源互联网和推进“一带一路”战略的重大战略面前，对抽水蓄能技术发展提出了更高要求，需要密切跟踪变速抽水蓄能机组、海水蓄能机组以及更大容量、更高水头蓄能机组等前沿技术，加快抽水蓄能技术创新，推动我国抽水蓄能技术水平再上新台阶。

变速抽水蓄能机组技术是最具代表性的国际前沿技术，是抽水蓄能领域重大技术变革和电网柔性技术的重要体现。变速抽水蓄能机组在发电和抽水状态下都可灵活调节电网的有功功率，有效增加旋转备用容量，提升电网对风电、太阳能发电等间歇性新能源的消纳水平；同时，将变速抽水蓄能机组作为储能产业发展的重要方向，可实现机组小型化，以满足分布式电源对储能装置的需求。目前欧洲、日本等发达国家垄断了抽水蓄能变速机组的关键技术，我国变速抽水蓄能技术还处于空白状态，积极开展变速抽水蓄能机组的科研工作，争取早日掌握变速抽水蓄能机组核心技术，实现工程应用，赶超世界先进水平，为“中国制造2025”争光。