當(dāng)前，全球氣候治理的未來備受關(guān)注。我國提出“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，2030年風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上，要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
西北地區(qū)得天獨(dú)厚的新能源大規(guī)模發(fā)展是助力雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的主力軍，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中新能源的重要組成。風(fēng)電、太陽能發(fā)電因其隨機(jī)性、波動性、間歇性的特點(diǎn)，新型電力系統(tǒng)中迫切需要建設(shè)抽水蓄能電站以提高電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和促進(jìn)大規(guī)模新能源發(fā)展。
根據(jù)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，重點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目總裝機(jī)規(guī)模4.21億千瓦，其中西北地區(qū)近1億千瓦，抽水蓄能電站將成為西北地區(qū)新能源大規(guī)模、高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。
一、西北地區(qū)新能源大規(guī)模開發(fā)是落實(shí)雙碳目標(biāo)的重要抓手
西北地區(qū)日照時間長，戈壁荒漠廣布，太陽能、風(fēng)能資源十分豐富，具備規(guī)模化、一體化基地開發(fā)的良好條件。全區(qū)域風(fēng)能資源儲量約26億千瓦，技術(shù)可開發(fā)容量約11億千瓦；全區(qū)域太陽能資源儲量約780億千瓦，技術(shù)可開發(fā)容量約164億千瓦。截至2020年底，西北地區(qū)已建風(fēng)電、光電裝機(jī)總規(guī)模近1.3億千瓦，開發(fā)潛力巨大。
隨著西部大開發(fā)、黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展等重大戰(zhàn)略的實(shí)施，西北地區(qū)在社會主義現(xiàn)代化進(jìn)程中電力電量需求仍將不斷增長。預(yù)測到2035年西北地區(qū)年用電量約1.5萬億千瓦時，西北地區(qū)風(fēng)電、太陽能發(fā)電技術(shù)可開發(fā)容量對應(yīng)的年發(fā)電量可達(dá)28萬億千瓦時，約為西北地區(qū)年用電量的19倍。充分發(fā)揮風(fēng)能、太陽能資源優(yōu)勢大力發(fā)展新能源，一部分滿足當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)電量需求和非水可再生能源消納責(zé)任權(quán)重要求，另一部分通過跨區(qū)域輸送通道送至能源資源、土地資源受限的中東部、南部地區(qū)進(jìn)行更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。預(yù)計(jì)到2035年，西北地區(qū)各省區(qū)新能源規(guī)模將達(dá)到或超過1億千瓦，總規(guī)模約6億千瓦。大規(guī)模開發(fā)西北地區(qū)新能源是促進(jìn)資源優(yōu)化配置、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、落實(shí)雙碳目標(biāo)的重要抓手。
二、抽水蓄能是西北地區(qū)新能源大規(guī)模開發(fā)的“綠色巨型充電寶”、“穩(wěn)定器”、“助推劑”
抽水蓄能電站是西北地區(qū)新能源大規(guī)模開發(fā)利用的“綠色巨型充電寶”。到2035年，西北地區(qū)預(yù)測新能源裝機(jī)規(guī)模比西北電網(wǎng)最大負(fù)荷要大約4.4億千瓦，即使考慮外送通道送電負(fù)荷，在新能源大發(fā)時刻，新能源出力仍要遠(yuǎn)大于負(fù)荷需求。抽水蓄能電站可以利用多余新能源電能，將水從下水庫抽到上水庫并以勢能的形式儲存，在晚間新能源發(fā)電出力小或系統(tǒng)負(fù)荷高峰時，將水從上水庫放到下水庫，利用儲存的能量發(fā)電。通過抽水、發(fā)電工況的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)新能源電量的“時空挪移”，可以有效提高新能源消納利用率，提升輸電通道輸電小時數(shù)，保障西北地區(qū)新能源開發(fā)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。
抽水蓄能電站是西北地區(qū)新能源大規(guī)模開發(fā)利用的“穩(wěn)定器”。一是抽水蓄能電站以其快速反應(yīng)能力平抑新能源發(fā)電出力波動性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，盡管在90%-95%的情況下新能源出力波動在10%以內(nèi)，但當(dāng)新能源規(guī)模達(dá)到千萬千瓦級乃至億千瓦級時，即使考慮區(qū)域間新能源具備自然互補(bǔ)的特征，其波動百分比雖減小，但波動絕對值增大，其發(fā)電出力波動將達(dá)到百萬千瓦至千萬千瓦，且出力波動速率快，往往在數(shù)分鐘乃至分鐘級內(nèi)完成裝機(jī)容量10%左右的出力波動。為了平抑新能源出力的不穩(wěn)定性，提高以新能源為主體新型電力系統(tǒng)電能質(zhì)量，需要為新能源配置快速反應(yīng)容量，追蹤新能源出力過程，以互補(bǔ)形式使得電力系統(tǒng)更加平穩(wěn)。抽水蓄能電站運(yùn)行靈活，響應(yīng)速度快，一般在100秒內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)從靜止到滿出力運(yùn)行。抽水蓄能電站利用其快速跟蹤能力配合新能源運(yùn)行，可降低因新能源出力波動對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響。
二是抽水蓄能電站既可保障高峰需求，也可穩(wěn)定發(fā)電運(yùn)行，以彌補(bǔ)新能源發(fā)電保證出力不足。光伏電站僅在白天出力，風(fēng)電有其隨機(jī)性的特征，因此，在電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰期需要各類電源加大出力的時段，風(fēng)電、光電均無法保證提供出力。對于西北地區(qū)數(shù)億千瓦的新能源裝機(jī)，其在電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰時段可保證提供的出力僅約千萬千瓦左右，高峰時段需要抽水蓄能電站提供保障電力支撐。西北地區(qū)新能源開發(fā)以特高壓直流外送為主，也需要抽水蓄能電站在外送輸電平臺中提供一定的穩(wěn)定出力，以滿足特高壓直流輸電要求。同時，在遭遇極端災(zāi)害天氣時，風(fēng)電、光伏往往難以為電網(wǎng)提供電力電量支撐，更需要抽水蓄能電站來保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
三是抽水蓄能電站調(diào)頻調(diào)相能力強(qiáng)，增強(qiáng)電力系統(tǒng)抗擾動能力。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，新能源和饋入直流等電力電子類電源大量代替常規(guī)電源，帶來系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量降低，一次調(diào)頻能力、動態(tài)無功支撐下降，頻率、電壓穩(wěn)定性和抗擾動能力惡化等新問題出現(xiàn)。抽水蓄能電站除具有調(diào)峰儲能作用外，還可以承擔(dān)調(diào)頻、調(diào)相等功能，并能為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動慣量，增加電力系統(tǒng)中的抗擾動能力。
抽水蓄能電站是西北地區(qū)新能源大規(guī)模開發(fā)利用的“助推劑”。西北地區(qū)新能源基地建設(shè)多位于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的電網(wǎng)末端地區(qū)，如甘肅河西、青海海西和海南、新疆吐哈、陜西北部等，在這些地區(qū)開發(fā)建設(shè)抽水蓄能電站，作為當(dāng)?shù)?、外送支撐電源和智能電網(wǎng)的重要組成，促進(jìn)新能源發(fā)展。西北地區(qū)冬季供暖功能的火電占比高，電網(wǎng)調(diào)峰能力受限，在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，西北電網(wǎng)內(nèi)新能源接入容量及比例將進(jìn)一步增加，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展下系統(tǒng)峰谷差也將進(jìn)一步拉大，網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰儲能需求也將進(jìn)一步增加。西北地區(qū)大規(guī)模新能源發(fā)展需要的儲能、調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相均離不開大規(guī)模的抽水蓄能，如果沒有大規(guī)模抽水蓄能電站建設(shè)，新能源發(fā)展將面臨瓶頸，抽水蓄能電站是促進(jìn)西北地區(qū)新能源發(fā)展的“助推劑”。同時，在西北地區(qū)進(jìn)行抽水蓄能電站開發(fā)建設(shè)，帶動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對于鞏固當(dāng)?shù)孛撠毠?jiān)成果，促進(jìn)共同富裕，加強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)等均具有重要的意義。
三、西北地區(qū)抽水蓄能電站需求規(guī)模巨大、特點(diǎn)顯著、亟待開發(fā)
（一）抽水蓄能電站需求規(guī)模巨大
傳統(tǒng)電網(wǎng)下，西北地區(qū)各省區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷小，日負(fù)荷變化相對不大，對抽水蓄能電站需求不明顯。隨著新能源大規(guī)模開發(fā)，尤其是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，相關(guān)各省區(qū)預(yù)測新能源規(guī)模達(dá)1億千瓦以上，新能源規(guī)模數(shù)倍于最大負(fù)荷需求，需要建設(shè)抽水蓄能“蓄峰”（電力系統(tǒng)不能消納的新能源發(fā)電出力高峰）“補(bǔ)缺”（新能源發(fā)電出力小從而不滿足電力系統(tǒng)需要的空缺）；在新能源基地，大部分新能源需要和有調(diào)節(jié)電源打捆外送，抽水蓄能電站建設(shè)多作為基地配套電源的一部分，以多能互補(bǔ)形式來促進(jìn)新能源消納和保障輸電平臺的安全穩(wěn)定運(yùn)行。西北地區(qū)大規(guī)模新能源發(fā)展，其無論在當(dāng)?shù)叵{還是跨區(qū)域資源優(yōu)化配置，均需要建設(shè)大規(guī)模抽水蓄能電站。初步估計(jì)到2035年西北地區(qū)抽水蓄能電站需求規(guī)模約1億千瓦，抽水蓄能電站開發(fā)需求規(guī)模巨大。
（二）西北地區(qū)抽水蓄能電站特點(diǎn)顯著
1.工程建設(shè)特點(diǎn)顯著。西北大部分地區(qū)以干旱半干旱氣候?yàn)橹?，海拔高，氣溫低，水資源較為缺乏且部分河流泥沙含量大。為滿足過機(jī)含沙量要求，往往需要在庫尾布置攔沙壩或在取水后設(shè)置沉砂池；由于缺乏地下水補(bǔ)給，上、下水庫普遍需要采用全庫盆的防滲措施。由于海拔高、氣溫低，在后期施工建設(shè)中也具有一定難度，同時需要處理好高寒冰凍問題。因多數(shù)服務(wù)于大規(guī)模新能源發(fā)展，為跟蹤新能源出力的快速波動，抽水蓄能電站機(jī)組運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換將更加頻繁，對機(jī)組性能要求更高，尤其是對變速機(jī)組需求更為迫切。在部分區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，圍巖條件略差，也會降低站點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)性。
2.服務(wù)新能源的運(yùn)行特征明顯。相較于一般抽水蓄能在電網(wǎng)低谷抽水、高峰發(fā)電的運(yùn)行方式，西北地區(qū)抽水蓄能電站多在新能源大發(fā)時抽水儲能，新能源不足且系統(tǒng)需求大、或者新能源出力波動大時發(fā)電運(yùn)行，同時提供調(diào)頻調(diào)相服務(wù)，充分考慮與新能源配合運(yùn)行。
3.投資主體多元化趨勢明顯。根據(jù)相關(guān)政策，抽水蓄能電站容量電費(fèi)可在特定電源和電力系統(tǒng)間分?jǐn)?。西北地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站多服務(wù)于大規(guī)模新能源發(fā)展，乃至作為新能源基地配置電源的一部分打捆開發(fā)，其容量電費(fèi)在特定電源疏導(dǎo)形式可考慮從新能源發(fā)電量中計(jì)提部分收益或配套一定規(guī)模的新能源資源打捆開發(fā)，電站投資主體多元化趨勢明顯。
（三）西北地區(qū)抽水蓄能電站亟待開發(fā)
西北地區(qū)抽水蓄能電站的規(guī)劃研究始于上世紀(jì)，本次列入中長期規(guī)劃重點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目和儲備項(xiàng)目總計(jì)規(guī)模約1.5億千瓦，但截至目前，西北地區(qū)尚無已建抽水蓄能電站，只有在建的陜西鎮(zhèn)安、新疆阜康和哈密等3座抽水蓄能電站，總裝機(jī)規(guī)模僅380萬千瓦，開發(fā)潛力巨大，且與巨大的需求相比，亟待加快開發(fā)進(jìn)程以服務(wù)于大規(guī)模新能源發(fā)展。
“我們的藍(lán)圖是宏偉的，我們的奮斗必將是艱巨的”?，F(xiàn)階段，西北地區(qū)抽水蓄能發(fā)展仍較為緩慢，為高質(zhì)量完成抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃各階段目標(biāo)，需要各相關(guān)方盡早開展前期工作，共同促進(jìn)規(guī)劃站點(diǎn)按時序落地實(shí)施。（作者系中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司副總經(jīng)理趙光竹；中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司副總工程師王社亮）
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