當前，中國正著(zhù)力構建清潔低碳、安全高效的新型能源體系。隨著(zhù)風(fēng)、光等新能源裝機規模和發(fā)電量比例的不斷上升，其波動(dòng)性、間歇性與電網(wǎng)安全之間的矛盾也日益凸顯。
“針對風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源間歇性、波動(dòng)性和分散性問(wèn)題，電力系統對調節電源的需求更加迫切。在諸多調節電源和儲能品種之中，抽水蓄能技術(shù)最成熟，壽命期長(cháng)，綠色環(huán)保，迎來(lái)發(fā)展新機遇。”5月20日，在國際大壩委員會(huì )第28屆大會(huì )暨第93屆年會(huì )抽水蓄能電站發(fā)展與展望專(zhuān)題研討會(huì )上，中國工程院院士、中國電建(4.770, -0.05, -1.04%)首席科學(xué)家張宗亮介紹道，“作為當前最成熟、規模效益最顯著(zhù)的大規模儲能方式，抽水蓄能電站是構建新型電力系統的核心支撐，對可再生能源發(fā)展發(fā)揮著(zhù)重要作用。”
《抽水蓄能中長(cháng)期發(fā)展規劃(2021—2035年)》明確，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規模6200萬(wàn)千瓦以上；到2030年，投產(chǎn)總規模1.2億千瓦左右；到2035年，形成滿(mǎn)足新能源高比例大規模發(fā)展的抽水蓄能現代化產(chǎn)業(yè)，全國抽水蓄能投產(chǎn)規模達到3億千瓦左右。
“從裝機容量11MW的中國首座抽水蓄能電站——崗南抽水蓄能電站，到裝機容量3600MW的全球最大抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站，中國抽水蓄能技術(shù)發(fā)展已躋身世界一流水平。”中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“北京院”）黨委書(shū)記、董事長(cháng)朱國金說(shuō)。
△ 朱國金在國際大壩委員會(huì )第28屆大會(huì )暨第93屆年會(huì )抽水蓄能電站發(fā)展與展望專(zhuān)題研討會(huì )上作特邀報告——《復雜條件下抽水蓄能電站建設關(guān)鍵技術(shù)研究與進(jìn)展》。
朱國金表示，抽水蓄能是目前技術(shù)成熟可靠、最具大規模開(kāi)發(fā)、經(jīng)濟高效的綠色儲能手段，抽蓄與風(fēng)光等新能源聯(lián)合運行，能有效降低基地發(fā)電側的棄風(fēng)和棄光率，維持電網(wǎng)穩定運行。
從技術(shù)特性上來(lái)看，抽水蓄能、新能源與新型儲能之間存在多維度互補關(guān)系。“所謂多能互補本質(zhì)上是通過(guò)技術(shù)融合、模式創(chuàng )新、統籌優(yōu)化，構建‘新能源+長(cháng)時(shí)穩基荷+短時(shí)快響應’的立體調節體系，在技術(shù)融合方面構建多時(shí)間尺度的調節能力：短時(shí)響應通過(guò)飛輪、鋰電、液流等功率型新型儲能承擔秒級調頻，平抑風(fēng)光出力波動(dòng)；中時(shí)平衡通過(guò)抽水蓄能+壓縮空氣儲能聯(lián)合運行，解決日內負荷峰谷差；氫儲能或重力儲能具有季節性調節能力，能夠發(fā)揮一定的長(cháng)時(shí)保障作用。”中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司總工程師王可解釋道。
與會(huì )專(zhuān)家普遍認為，隨著(zhù)新能源產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展與新型電力系統構建進(jìn)程提速，儲能作為關(guān)鍵調節性電源迎來(lái)重大發(fā)展機遇。“抽水蓄能+新型儲能”協(xié)同發(fā)展模式將成為儲能行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向。據了解，該模式通過(guò)深度挖掘兩類(lèi)儲能技術(shù)體系的互補特性，系統性提升多能互補協(xié)同效能，可為構建清潔低碳、安全可控、高效互動(dòng)的新型能源體系提供戰略性支撐。
“單一維度的技術(shù)創(chuàng )新已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足新型電力系統的需求，必須建立跨領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng )新機制，實(shí)現多學(xué)科的交叉融合，推動(dòng)電力市場(chǎng)機制改革與工程技術(shù)創(chuàng )新的協(xié)同促進(jìn)。”中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司黨委副書(shū)記、總經(jīng)理楊曉輝說(shuō)，推動(dòng)抽水蓄能與新型儲能融合發(fā)展，是能源系統向低碳化轉型的必然選擇，也是重塑能源治理格局的新路徑。這一融合的本質(zhì)，在于突破傳統儲能模式的約束，通過(guò)多維度儲能技術(shù)協(xié)同，實(shí)現電力系統從“單一調節”向“全譜域響應”的躍遷。
作為電力系統的“壓艙石”，抽水蓄能承擔著(zhù)基礎性、戰略性的調節任務(wù)，“抽水蓄能與新型儲能在新型電力系統中形成長(cháng)時(shí)+短時(shí)、集中+分布的多層次儲能體系，共同支撐高比例新能源的穩定運行和高效消納。隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)機制的不斷完善，兩者的協(xié)同將更加緊密。”朱國金表示。
統籌技術(shù)融合與模式創(chuàng )新，是破解多能互補系統性挑戰的必由之路。“未來(lái)，通過(guò)深化抽蓄+新能源+新型儲能的立體耦合，將為新型電力系統提供兼具經(jīng)濟性與可靠性的解決方案。”王可說(shuō)。
此外，在“雙碳”目標下，電源轉型路徑整體呈現出清潔化發(fā)展的態(tài)勢，“抽水蓄能由傳統保障電網(wǎng)安全穩定運行向能源電力、經(jīng)濟社會(huì )多領(lǐng)域綜合效益發(fā)揮轉變，抽水蓄能電站將在規?；瓌?dòng)經(jīng)濟發(fā)展和促進(jìn)鄉村振興等方面發(fā)揮重要作用。”張宗亮說(shuō)。
朱國金同時(shí)表示，政策支持是推動(dòng)抽水蓄能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要因素。當前，行業(yè)發(fā)展亟需在電價(jià)機制、審批流程、標準規范等方面獲得更有力的政策保障，從而持續營(yíng)造良好的發(fā)展環(huán)境，推動(dòng)抽水蓄能業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展。
突破“新技術(shù)”，構建“抽水蓄能+”多元儲能矩陣
豐寧抽水蓄能電站，裝機3600MW，是世界最大的抽水蓄能電站，被譽(yù)為世界最大的“充電寶”和抽蓄領(lǐng)域的“百科全書(shū)”。它的單體地下廠(chǎng)房規模世界第一，洞室群規模世界第一。地下洞室工程地質(zhì)條件復雜，北京院通過(guò)對地下洞室群圍巖變形機理、破壞規律、巖錨梁錨桿受力特性及支護時(shí)機等進(jìn)行深入研究，提出了相應的加固措施，系統性攻克了復雜地質(zhì)條件下超大型地下洞室群變形控制技術(shù)問(wèn)題。
遼寧清源抽水蓄能電站則聚焦嚴寒地區水庫冰情防控這一世界性難題，建立了水庫冰情數學(xué)模型，揭示了嚴寒地區水庫冰情生長(cháng)消融演變規律，首創(chuàng )了考慮機組運行影響的最大冰厚和冰凍庫容計算方法，提出了水庫防冰害對策措施，研發(fā)了可壓縮型止水結構、低溫高塑性有機硅密封填料及氟改性聚氨酯防冰拔材料，構建了適應嚴寒地區的鋼筋混凝土面板防滲設計體系。
“‘十四五’期間，我國新型儲能技術(shù)百花齊放，進(jìn)入了多元化的高速發(fā)展時(shí)期。技術(shù)路線(xiàn)上覆蓋功率型、能量型、短時(shí)、長(cháng)時(shí)等多種技術(shù)品類(lèi)。”朱國金介紹道。
我國抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展可以追溯到20世紀60年代，從1968年我國第一座抽水蓄能電站——崗南抽水蓄能電站建設開(kāi)始，經(jīng)歷了幾十年的工程實(shí)踐與技術(shù)沉淀。
“未來(lái)5到10年，我國抽水蓄能行業(yè)將迎來(lái)規?；?、智能化和市場(chǎng)化發(fā)展的關(guān)鍵階段。”朱國金告訴《中國報道》記者，在“雙碳”目標和新型電力系統建設推動(dòng)下，裝機容量將保持年均15%以上的高速增長(cháng)，預計到2030年將突破1.2億千瓦。技術(shù)迭代將聚焦大容量機組、超高水頭、變速機組、智能化運維體系構建，數字孿生、AI調度算法等技術(shù)應用，將提升電站綜合效率至80%以上。機組設備國產(chǎn)化率可能從當前90%提升至100%，徹底突破核心控制系統“卡脖子”環(huán)節。
國際水電協(xié)會(huì )副首席執行官巴勃羅·瓦爾韋德認為，在抽水蓄能智能化建設運營(yíng)方面也將實(shí)現較大突破。人工智能正在推動(dòng)抽水蓄能行業(yè)從“體驗驅動(dòng)”向“數據智能”轉型，通過(guò)全過(guò)程的智能重構，在效率、成本、安全保障等方面實(shí)現了全面突破，未來(lái)將進(jìn)一步向無(wú)人化、環(huán)?；?、全球化方向發(fā)展。
在抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，中國電建可謂以重大工程實(shí)踐鑄就行業(yè)典范。“中國電建愿同各位專(zhuān)家一道，共同探索破解發(fā)展難題。”中國電建黨委副書(shū)記、總經(jīng)理王斌在會(huì )議致辭中表示，錨定“新定位”，強化抽水蓄能電站與風(fēng)光基地、特高壓通道的協(xié)同規劃，深度融入新型電力系統。突破“新技術(shù)”，聚焦復雜地質(zhì)、超高水頭難題和前沿領(lǐng)域攻關(guān)，以技術(shù)創(chuàng )新與模式創(chuàng )新驅動(dòng)行業(yè)發(fā)展推動(dòng)“新融合”，構建“抽水蓄能+”多元儲能矩陣，助力全球能源綠色發(fā)展。
與新型儲能技術(shù)協(xié)同發(fā)展，支撐全球綠色能源轉型
△ 遼寧清源抽水蓄能電站?！?遼寧清源抽水蓄能電站。
在全球能源結構加速向可再生能源轉型的背景下，風(fēng)電、光伏裝機規模持續上升，2023年全球可再生能源新增裝機占比達到86%。國際能源署預測，到2025年抽水蓄能等儲能技術(shù)將承擔全球35%的電網(wǎng)調節需求，市場(chǎng)規模突破4800億元，而2050年儲能需求將激增至當前數十倍。
數據顯示，中國作為全球最大抽水蓄能市場(chǎng)，截至2024年底裝機容量達5869萬(wàn)千瓦，占全球總量的30%以上，連續8年穩居世界第一。國內規劃到2030年裝機達1.2億千瓦，年均增速15%，遠超全球3.7%的平均水平。
據了解，抽水蓄能憑借80%以上的能量轉化效率、50年以上超長(cháng)使用年限，以及單站百萬(wàn)千瓦級的調節能力，仍然是當前最經(jīng)濟的大規模儲能方案。它的度電成本僅是電化學(xué)儲能的1/3至1/2，而且，抽水蓄能電站能提供調頻調相、事故備用及黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)功能。
抽水蓄能行業(yè)是否已經(jīng)具備了“走出去”的潛力？在國際市場(chǎng)競爭中，該行業(yè)有哪些機遇和壁壘？“目前，中國已掌握700米級超高水頭機組國產(chǎn)化技術(shù)，并已實(shí)現400MW級變速抽蓄機組技術(shù)攻關(guān)。包括常規水電、抽水蓄能、新型儲能在內的電力系統靈活調節資源和儲能設施，都將迎來(lái)良好的發(fā)展機遇和廣闊的增長(cháng)空間。”朱國金告訴《中國報道》記者，然而，抽水蓄能技術(shù)在國際化發(fā)展進(jìn)程中還是面臨很多現實(shí)挑戰。
在他看來(lái)，一方面，國標與歐美標準的差異和國產(chǎn)設備國際市場(chǎng)認可度限制，構成了顯著(zhù)的市場(chǎng)準入壁壘。另一方面，各國不斷強化的本地化率要求和地緣政治動(dòng)蕩為跨國合作增添了不確定性。第三，新興市場(chǎng)抽水蓄能電價(jià)機制不健全、投資回收期較長(cháng)等，阻礙了抽蓄行業(yè)盈利模式的發(fā)展。第四，生態(tài)環(huán)境影響評估也逐漸成為項目推進(jìn)的關(guān)鍵制約因素。這些多維度的挑戰需要我們通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新、國際合作和政策協(xié)調等方式系統性地突破。
“未來(lái)抽水蓄能將從‘電力配角’升級為‘能源轉型基石’。”朱國金說(shuō)，隨著(zhù)中國技術(shù)標準向“一帶一路”國家輸出，通過(guò)中東歐調節電源缺口、東南亞新能源配套需求、非洲電網(wǎng)升級三大增量市場(chǎng)，抽水蓄能將與新型儲能技術(shù)協(xié)同發(fā)展，共同支撐全球綠色能源轉型。
國際大壩委員會(huì )主席米歇爾·利諾認為，當前我們正處在前所未有的重要階段，不確定性加劇，同時(shí)面臨氣候變化危機，人口持續增加，生活標準不斷提高，需要進(jìn)一步提高蓄水能力。應對挑戰，必須在全球范圍內齊心協(xié)力采取前所未有的措施，向低碳經(jīng)濟和低碳生活方式轉型。應建設新的大壩和水庫，扭轉人均蓄水量下降趨勢，并加快水電發(fā)展速度，大力發(fā)展抽水蓄能，促進(jìn)可再生能源大規模并網(wǎng)。
據了解，截至目前，國際大壩委員會(huì )已發(fā)布三個(gè)世界宣言，即2008年發(fā)布的《世界宣言：非洲能源與大壩可持續發(fā)展》、2012年發(fā)布的《世界宣言：儲水設施與可持續發(fā)展》以及2019年發(fā)布了《世界宣言：大壩安全》。
責任編輯： 江曉蓓
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