部分国家抽水蓄能项目发展状况

2016-01-25周荣,胡平

水利水电快报 2015年11期

部分国家抽水蓄能项目发展状况

摘要：随着间歇性可再生能源(比如风能、太阳能)的发展，世界各国都面临着大规模的能源储存技术问题。为了保证电网能够平稳运行，抽水蓄能发电成了能源储存技术的首选。对世界上部分国家推行的抽水蓄能商业开发状况、美国为抽水蓄能开发工作所做的建模研究、巴西对发展抽水蓄能的可行性所开展的分析研究工作情况，以及俄罗斯与中国所签订的关于合作开发抽水蓄能项目的相关协议等情况进行了介绍。

关键词：抽水蓄能水电站；发展前景；评估分析；世界

1概述

目前，世界上有一些地区正在对抽水蓄能行业的发展前景进行评估、分析。这些地区包括长期从事水力发电开发的主要国家，比如：美国、巴西以及俄罗斯等。这些国家在推广使用抽水蓄能开发技术方面取得了一定的进步。

在美国，水力发电的潜能是美国阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的研究焦点。美国阿贡国家实验室报告表明，需要建立一个能有助于杠杆作用发展的工具和市场，尤其是比较先进的系统。

最近，在巴西举办了一次战略会议，以对国家对电网服务的需求以及抽水蓄能的开发潜能展开讨论。该会议由巴西北部发输电公司(Eletronorte)举办，许多设备制造商及其他一些组织也参加了此次会议。

在俄罗斯，俄罗斯水力发电公司(RusHydro)已经与中国电力建设有限公司(中国电建集团)达成了协议，共同开发抽水蓄能工程。该公司还提出了扎戈尔(Zagorskaya)2抽水蓄能项目基础沉降的修复工作所需的相关保险方面的要求。

2美国开展的研究

相应研究表明，抽水蓄能在美国能源储存系统中仍占据着优势。

据粗略统计，美国约有40座抽水蓄能电站，其总装机容量大约为22 GW，而且这些抽水蓄能电站安装的机组都为标准的额定转速，均为同步发电机组设备。但是美国开发抽水蓄能电站的可能性并不是一成不变的。

为了能及时地输送能源，正越来越多地针对测试增加容量的范围和规模开展研究。

3美国抽水蓄能建模研究

美国阿贡国家实验室在2014年已经发布了2篇关于美国抽水蓄能电站发展潜能的研究报告。

第一项研究由阿贡国家实验室主导，研究主题为“建模分析美国先进的抽水蓄能价值”，并在2014年6月提交了最终研究报告。借助于该项研究，一些团队于2013～2014年发表了关于调查研究先进的抽水蓄能在多方面的价值报告，阿贡实验室对这些报告进行了归纳总结。

报告宣称，他们的研究发现能够支持这些抽水蓄能项目像传统水力发电项目一样作为商业案例进行开发，因此有助于吸引投资。

与阿贡实验室一起作为该研究团队核心成员的还包括：美华集团(MWH)、西门子(Siemens)公司、赞普拉能源(Energy Exemplar)以及美国国家可再生能源实验室(NREL)。由行业协会、研究机构和监管机构组成的咨询工作组为该团队提供咨询和指导。美国能源部的节能和可再生能源办公室为该研究提供资助。

为了该研究中的建模工作，对许多可以提供给电网的抽水蓄能参数，以及在如何利用新技术来提高这些动态响应方面开展了大量研究。这些新技术包括：可逆机组(水泵水轮机)的转速变量、三元抽水蓄能系统(利用分开的水力发电设备：同轴水轮机水泵)。

该研究的寻求结果包括利用中立厂商的方法对先进技术的影响进行建模，对美国西部电网在2022水平年的成本/收入进行建模。同时，也扣除了控制因素和不同的时间段。

近期，也就是在2014年8月份，阿贡国家实验室完成了进一步的研究报告，即抽水蓄能发电：有利于电网的可靠性和可再生能源变量的集成。有研究人员指出，在该报告中大量引用了先前的报告内容。按照水力发电监管效率法案(2013年)的要求，这份研究报告应属于技术审查，是用于为了支持美国能源部向美国国会介绍抽水蓄能发电潜能所做的准备材料。

同时，在该报告中还指出，抽水蓄能这种特别先进的技术或许可以成为西部电网辅助服务的重要组成部分，尽管报告只考虑了总容量的3%。

据说，市场结构调整将有必要使抽水蓄能电站从其能够提供的快速、重大支撑和调峰服务中更好地实现商业效益。该报告还强调指出，结构调整将促进类似的升级和电站商业运行案例的发展，并提高其商业收入，从而有助于促进投资。

2014年，联邦能源调整委员会(FERC)给一项试验开了绿灯：为部分水力发电行业建立一个现代化的2 a许可制方法展开研究。研究内容主要包括：由FERC提出的闭合回路项目研究(在一个封闭系统中循环用水)。

阿贡国家实验室在其最后一个研究报告中指出：“……研究结论表明，为新的抽水蓄能机组的研发提供进一步支持，对现有机组速度进行调整和改造，将会有利于电网运行的可靠性，促成可变再生能源的开发，从而减少美国电网的碳排放。”

报告在结尾部分提出了以下几个关键步骤。

(1) 研制新工具，以对将现有抽水蓄能电站转换为可变速式的可行性进行评估；

(2) 调查市场机制，以确定抽水蓄能向电网提供所有服务的准确补偿。

双轨制问题工具(改造和升级)和机制(市场规则)在欧洲正在持续展开讨论并着手进行相关的工作，例如，伊斯特欧(eStorage)的倡议，伊斯特欧已经获得了欧盟的资助。该项工作正由以阿尔斯通(Alstom)为首的联盟负责实施，该联盟包括法国电力集团(EDF)、比利时埃利亚公司(Elia)、挪威船级社(DNV KEMA)、伦敦帝国学院(Imperial College)以及Algoe公司，根据计划，将于2017年年底完成该项工作。

阿贡国家实验室的研究人员在报告的最后指出：尽管存在着一些技术挑战和市场壁垒，抽水蓄能已经被认可的效益早已推动了一大波新建项目的浪潮，而且已经提出将要新建50座抽水蓄能电站，总装机容量将达40 GW。

4美国西北水力发电协会开展的研究

西北水力发电协会(NWHA)最近对西北电力及保护委员会的水力发电(包括抽水蓄能)潜能的规模进行了研究。

该研究于2014年11月发布了研究报告，对2013～2014年期间进行的24项研究成果进行了审查，按照水力发电类别进行整理，包括抽水蓄能发电。2007～2014年期间，对4项关于抽水蓄能发电的项目进行了研究。

该审查报告称，根据这些研究，可以确定美国西北太平洋地区广泛而变化万千的水力发电潜能的范围。但是值得注意的是，他们没有对假定条件、数据及适用范围进行完全重叠研究，因此，需要更多的交叉验证来确立其一致性。

研究发现，对哥伦比亚河流域的联邦电力系统整合风电并恢复运行的灵活性来说，抽水蓄能发电非常重要。尽管已经提出将新建更多的抽水蓄能电站，然而，截至目前，该区域内只有一座抽水蓄能电站(该电站为约翰·W·科斯Ⅲ电站，装机容量为314 MW，位于大古力，由美国垦务局建设)。

该审查报告用了一个章节来介绍抽水蓄能的发展状况，对于相关信息和数据进行了筛选，在此基础上得出了结论。结论表明，该地区在不久的将来可以新建3个总装机容量接近3 500 MW的新项目，分别为：JD普尔(JD Pool)项目(装机容量为1 500 MW)、斯旺莱克北(Swan Lake North)项目(装机容量为1 000 MW)、班克斯莱克(Banks Lake)南项目(装机容量为1 040 MW)或者班克斯莱克(Banks Lake)北项目(装机容量为1 000 MW)。还有计划中的其他一些项目，包括戈登巴特(Gordon Butte)项目(装机容量为400 MW)。

根据FERC的最新(2014年10月1日)数据地图，抽水蓄能工程在美国西部的应用更加广泛，加利福尼亚州为抽水蓄能发展颁布的初步许可证的总装机容量为9 691 MW、华盛顿州的为5 100 MW、内华达州的为3 650 MW、亚利桑那州的为2 700 MW、犹他州的为2 300 MW、俄勒冈州的为1 400 MW。加利福尼亚州的抽水蓄能类型主要是采用的开放环路系统，其他州的则主要是采用的闭合回路系统。

5巴西发展抽水蓄能的可行性

巴西对发展抽水蓄能的可行性开展了研究，这是巴西北部发输电公司在2014年11月举办的研讨会上的焦点。巴西北部发输电公司是一家大型公共事业公司，该公司为巴西联邦政府的国有电力公司的子公司。

水力发电在巴西的电力行业中扮演着重要角色，由于巴西对更大容量的电网支持服务的需求不断增长，会议的核心内容主要是关注抽水蓄能是否能够加入发电体系中。

巴西国家经济社会发展银行(BNDES)方面称，为巴西能源行业预测了一个更为复杂的发电基础。该银行强调，虽然间歇性可再生能源的发展(比如风能、太阳能等)，将会使更多的热力发电厂为电网提供支持，但是水力发电仍将继续扮演主角儿。

将能源行业作为其最新投资前景，即2015～2018年行业前景与投资前景的一部分进行探讨。BNDES指出，由于有些地方的许多水电开发方案受到河流流量的限制，因而水力发电所能做的贡献也就有限，在这些地方，越来越多的资金开始投向间歇性可再生能源行业。银行方面称，电网公司可能会寻求更多燃气发电厂来获得电网所需的支撑。

据称，水力发电行业投资被预测高达563亿雷亚尔(约合194亿美元)，或者占2015～2018年期间预计发电总资产1 188亿雷亚尔(约合384亿美元)的47%。银行方面补充道，BNDES已经在将2022年之前完工的项目纳入其研究中。

作为对照，同时期的风能和太阳能的投资预计分别为355亿雷纳尔(约合121亿美元)和66亿雷纳尔(约合23亿美元)。

目前尚未获得抽水蓄能方面的相关数据，但是已经在对能源与水力发电供应链的可行性开展研究。

研讨会由巴西北部发输电公司于2014年年末在巴西利亚举办。会议吸引了许多来自欧洲国家的业界代表，以探讨抽水蓄能发电的发展机遇。

此次研讨会的赞助商中也包括设备制造商，比如：福伊特(Voith)、安德里茨(Andritz)、阿尔斯通、阿西布朗勃法瑞(ABB)公司以及通用电气(GE)公司，同时也包括公共事业公司，比如：法国电力公司(EDF)、巴西国有能源研究与设计公司-能源研究公司(EPE)。

此外，在此次研讨会上，巴西国家电力调度中心(ONS)巴西矿业与能源部(MME)做了专题报告。

研讨会议题的重点包含讨论界定正确的监管和市场框架来促进抽水蓄能投资的方式。该议题具有足够的吸引力来吸引电厂业主、投资者、支持者以及资助人。

6俄罗斯与中国签订合作开发协议

2014年年末，俄罗斯水力发电公司通过与中国电力建设有限公司(中国电建集团)签订协议，来促进其抽水蓄能装机容量的发展。为此，2家公司还成立了合资公司，在合资公司中，俄罗斯水力发电公司拥有51%的股份，为控股方；中国电建集团占49%的股份。

在签署协议时，2家公司同意其新成立的合资公司开始进行俄罗斯水力发电公司旗下的列宁格勒(leningradskaya)抽水蓄能项目开发的前期工作，该项目位于圣彼得堡(ST Petersburg)附近。然后，有可能继续合作开发俄罗斯的其它抽水蓄能项目。

列宁格勒抽水蓄能电站的装机容量为1560MW(仅为发电模式)，并且按照“设计、采购、施工”的EPC模式建设。合资公司的协议允许中国电建集团组建财团和中国会计事务所。

俄罗斯水力发电公司称，列宁格勒抽水蓄能电站的初步投资估计为1 380亿卢布(约合22.5亿美元)，其中大部分投资(高达75%)由中国和俄罗斯筹集。俄罗斯水力发电公司的首席执行官D.叶夫根尼(Evgeny Dob)在一份声明中称：“该协议的签署，是俄罗斯与中国合作中一个重要的里程碑，为俄罗斯能源行业引进了中国的投资、技术、人才”。他还补充道：“我们坚信这项合作将会为合作伙伴创造价值，并造福俄罗斯电力行业，开发运行方式灵活的抽水蓄能电站发电，是提高俄罗斯能源系统和电力供应可靠性的关键”。

中国电建集团董事长范集湘表示，中国电建集团高度重视俄罗斯电力、基础设施以及公路设施的发展，如今，中国与俄罗斯2国最大的公司(中国电建集团和俄罗斯水力发电公司)共同努力，来推进俄罗斯最大的抽水蓄能电站的建设。

该协议为俄罗斯水力发电公司与中国电建集团在最近洽谈的两大战略协议之一。另一项协议(与抽水蓄能无关)是与中国长江三峡集团公司合作开发俄罗斯远东地区的防洪发电项目，特别是开发阿穆尔(Amur)河流域。这项合作也是按照合资公司的形式进行。

7扎戈尔-2抽水蓄能项目的修复与改造

目前，已经有2/3的保险公司同意为俄罗斯水力发电公司属下的扎戈尔-2抽水蓄能建设项目(装机容量为840 MW)的地基沉降修复工作支付赔付款。

最近，俄罗斯水力发电公司预计，电站的试运行工作将分为2个阶段实施：第1阶段计划在2017年；第2阶段在2018年。

俄罗斯水力发电公司称，电站设计方JSC水利研究所(JSC Institute hydroproject)已经为修复工作设计了多个备选方案。该公司与拉米耶国际公司(Lahmeyer International)及其他各方一起，将共同审查备选方案。同时表示，在厂房结构下部进行补偿灌浆是最可取的选择方案。

该电站位于莫斯科州的谢尔吉耶沃地区(Sergievo-Posadskiy Distirct Moscow region)，目前正在改造中。在其施工接近完工的时候，该电站厂房的基础于2013年9月份遭受破坏。

俄罗斯水力发电公司在2015年2月末曾经声称：“阿尔法保险公司(AlfaStrakhovanie)和Sogaz保险公司已分别认定该事故为‘应保险的事件’，保险公司将会在分析项目文件并评估修复工作预算后给予赔付”。“第3家保险公司—Ingosstrakh保险公司，也已经决定对保险的合法性进行评估以及开展可能的赔付工作”。俄罗斯水力发电公司补充道。

扎戈尔-2抽水蓄能项目一期工程原计划于2012年年末进行试运行，虽然协议对并网发电有一定灵活性而免于处罚，2012年年末的试运行也获得了成功，但是并网工作则被推迟到了一期工程上线之后。

然而，下库没有被发现的渗漏已经破坏了电站厂房的部分基础、厂房结构右侧出现了下沉，而且厂房本身也被淹没，因此，不得不进行人员疏散和撤离。

渗漏的产生归因于伸缩缝被破坏和未完建的压力钢管取水口。在进一步地调查工作中，通过钻孔检查发现了冲腔。

已经有2个调查组对厂房基础遭受的破坏情况展开了调查。其中一个调查组由俄罗斯水力发电公司负责，另一个则由俄罗斯联邦生态、技术和原子能监督局(Rostekhnadzor)牵头。尽管规划工作始于1990年，但该项目于2007年才获得审批。俄罗斯水力发电公司于2010年收购了设计方——JSC水利研究所。

该电站的初步加固工作已于2014年完成，但项目的主要修复工作仍还在进行中。

(周荣胡平编译)